Rzeszów 2001-01-28

STEROWANIE NAPĘDAMI ELEKTRYCZNYMI

projekt

Temat: Opisać przebiegi elektryczne, podać podstawowe zależności i charakterystyki dla silnika obcowzbudnego zasilanego z trójfazowego prostownika mostkowego (praca hamulcowa - falownik ).

Recenzent : Wykonał : Dariusz Dobosz mgr inż. Ryszard Schab IV EDPG L11

1. Silnik obcowzbudny prądu stałego

W silniku obcowzbudnym prądu stałego , prędkość kątowa wału opisana jest wzorem:

U_d-napięcie zasilające obwód wirnika maszyny

R_tI_d- spadek napięcia na rezystancji obwodu wirnika

c-stała konstrukcyjna maszyny

Φ-strumień wzbudzenia maszyny

ω₀-prędkość kątowa przy biegu jałowym

-spadek prędkości kątowej przy obciążeniu maszyny

Rys 1. Schemat obwodu wirnika i obwodu wzbudzenia obcowzbudnej maszyny prądu stałego.

Rys 2. Charakterystyki mechaniczne silnika obcowzbudnego prądu stałego.

2. Układy mostkowe.

Układy przekształtnikowe dwukierunkowe, zwane również mostkowymi, charakteryzują się tym, że prąd obciążenia przepływa kolejno w obu kierunkach przez uzwojenie wtórne transformatora. Samo uzwojenie może być połączone w gwiazdę lub wielobok.

Na rys. 3 i 4 przedstawiono schemat oraz charakterystyki układu mostkowego zasilanego z uzwojenia połączonego w gwiazdę.

Rys 3. Układ dwukierunkowy (mostkowy), strona wtórna transformatora połączona w gwiazdę.

Rys 3. a) przebiegi napięć wejściowych; b) przebieg napięcia wyjściowego U_d; c) impulsy załączające tyrystory; d) ch-ki obciążenia prostownika U_d=f(I_d) dla różnych kątów wysterowania α; e) ch-ki wyjściowe napięcia prostownika U_d w zależności od kąta wysterowania α.

Dwukierunkowa praca uzwojenia fazowego strony wtórnej transformatora jest możliwa dzięki temu, że zacisk wyjściowy każdej fazy jest połączony z dwoma zaworami przeciwnie połączonymi. W obwodzie wyprostowanym działa przy połączeniu uzwojenia wtórnego w gwiazdę napięcie skojarzone, równe sumie geometrycznej dwóch napięć fazowych.

Układ mostkowy napędowy może pracować tak w stanie prostownikowym jak i falownikowym.

Napięcie wyprostowane:

przy czym: U_IIp- napięcie międzyprzewodowe,

m - ilość faz uzwojenia wtórnego.

Dla układów mostkowych pulsacja p = 2m

Układy mostkowe mogą w zasadzie pracować również w zestawieniu przeciwrównoległym.

3. Praca i hamowanie silników zasilanych z przekształtnika

W układach przekształtnikowych przejście od pracy silnikowej układu napędowego do hamowania uzyskuje się bez strat w wyniku płynnej zmiany napięcia zasilającego twornik silnika. W układach napędowych nie wymagających hamowania stosowane są układy przekształtnikowe jednokierunkowe do pracy tylko silnikowej - praca w jednym kwadrancie wykresu ω = f(M). W układach napędowych, w których wymagana jest nie tylko praca silnikowa, ale i hamowanie, są stosowane układy przekształtnikowe nawrotne - praca w czterech kwadrantach wykresu ω = f(M). Układ napędowy w I kwadrancie pracuje w stanie pracy silnikowej z prędkością kątową ω zmieniającą się w granicach o do ω_N przy obciążeniu układu napędowego M₀ = 0....M_N (rys.5). W kwadrancie III silnik pracuje z prędkością kątową ujemną o przedziale od 0 do -ω_N. W kwadrancie II i IV układ napędowy hamuje odzyskowo, to znaczy przekazuje energię mechaniczną układu napędowego do sieci zasilającej. Podczas nawrotu silnika (z prędkości ω na prędkość -ω) napięcie podawane na twornik jest tak sterowane przez przekształtnik, żeby natężenie prądu ograniczenia I_dg (moment ograniczenia M_dg) nie przekroczyło wartości dopuszczalnej dla układu napędowego

[zwykle I_dg = (1,5....2)I_dN]. Podczas trwania nawrotu jest utrzymywana stała wartość prądu, do czasu osiągnięcia zadanej wartości prędkości kątowej ω w kierunku przeciwnym. Prędkość ustala się w punkcie B w zależności od momentu obciążenia silnika -M₀. Przebieg nawrotu silnika od prędkości ω (punkt A) do prędkości -ω (punkt B) został oznaczony na wykresie (rys.5) strzałkami.

Rys 5. Obszary pracy układu napędowego z silnikiem prądu stałego

Zmianę kierunku momentu maszyny obcowzbudnej można uzyskać bądź przez zmianę kierunku prądu wirnika, bądź przez zmianę kierunku prądu w uzwojeniu wzbudzenia. Zmianę kierunku przepływu prądu wirnika i wzbudzenia maszyny prądu stałego można realizować przez przełączenie odpowiednich zacisków maszyny lub przez zastosowanie przekształtników nawrotnych.

Rys 6. Dwukierunkowy układ napędowy prądu stałego z przełączaniem obwodu wirnika: a) schemat układu; b) przebiegi czasowe napięcia prostownika, prądu maszyny i prędkości kątowej S₁, S₂ - styczniki

Na rys.6 przedstawiono dwukierunkowy układ napędowy z przełączaniem - za pomocą styczników - obwodu wirnika maszyny obcowzbudnej prądu stałego. Przełączanie styków styczników może następować wówczas, gdy wartość prądu wirnika jest równa zero. Dlatego obwody sterujące taki układ napędowy musza zawierać podzespoły synchronizujące chwile przełączania styków styczników z chwilami, w których prąd wirnika będzie równy zeru. Zmiana kierunku wirowania wału maszyny odbywa się w trzech etapach. W etapie pierwszym następuje wysterowanie przekształtnika sieciowego do pracy falownikowej, hamowanie generatorowe maszyny i malenie prądu wirnika do zera. W drugim, trwającym zwykle 0,1...0,3s następuje przełączenie styków styczników w obwodzie wirnika. W czasie trwania etapu drugiego prąd wirnika jest równy zeru. Etap trzeci to wysterowanie przekształtnika do pracy falownikowej, a następnie prostownikowej i narastanie prądu wirnika, który zaczyna obracać się w kierunku przeciwnym. Hamowanie generatorowe maszyny występuje w przedziale czasu od t₃ do t₄ (rys.6). Dwukierunkowe układy napędowe z przełączaniem obwodu wirnika maszyny obcowzbudnej pracują w zakresie mocy od 20 do 250 kW.

Literatura:

1. „Napędy przekształtnikowe” K. Bisztyga, M. Franaszek, L. Szklarski - skrypty uczelniane 1976.

2. „Napęd elektryczny” S. Januszewski, A. Pytlak i inni Warszawa 1994.

3. „Układy tyrystorowe” J. Luciński Warszawa 1978.

4. „Technika tyrystorowa” R. Barlik, M. Nowak.

6

---