205

6.2. PRZEKSZTAŁTNIK STATYCZNY

mają zadanie generowania prądowych sygnałów bramkowycli f_(i odblokowujących _; zawory. Właściwy moment pojawienia się sygnałów 7_f; odpowiadający kątowi wysteiowania tyrystorów jest sterowany napięciem U_s stanowiącym sygnał sterujący przekształtnika. Do układu sterowania wprowadzone są również sygnały logiczne informujące o gotowości układu ZZ do przyjęcia sygnałów I_G. Wielkością wyjściową jest napięcie wyprostowane l/,_0a, a przy istnieniu obciążenia np. w postaci silnika S jego prąd twornika l u h prąd wzbudzenia.

Zespół zaworów ZZ — to w przypadku nicnawrotnego przekształtnika

mostek taki, jak na rys. 6.10. W takim prostowniku jest możliwe uzyskanie ujemnego

; napięcia wyprostowanego t/_/07 = (/,„ cos a przy kącie opóźnienia w przedziale

90^ 180". Jednakowoż ze względu na jednokierunkowe przewodzenie zaworów

napięcie to nie może wymusić przepływu prądu. Może ono stanowić tylko przeciw-

wagę zewnętrznemu napięciu, np. sile elektromotorycznej twornika, lub samoin-

dukcji uzwojenia wzbudzenia, niezbędną dla regulacji prądu, który w ujemnych

połówkach sinusoid napięcia zasilającego będzie „prądem oddawanym do sieci".

f Pełną nawrotność prostownika uzyskuje się łącząc dwa mostki w sposób np. po-

kazany na rys. 6.14.

Dla zewnętrznego obwodu obciążającego mostek I wymusza prąd f_d[ —

w kierunku od zacisku Al do B2 twornika silnika. Mostek II w tym

= __.'"... ^J R

samym czasie jest wysforowany tak, by mógł przejąć prowadzenie prądu

'doall

Rys. 6.H. Nawrotny prostownik w uklad/ie mostkowym: a) schemat; W napięcia wyprostowane i kąty opó/nicnia /anionu

206

207

6. UKŁADY ZASILANIA SILNIKÓW ELEKTRYCZNYCH^ 6.2. PRZEKSZTAŁTNIK STATYCZNY

r* _ r r

= __1L1 płynącego w tworniku od zacisku B2 do Al, czyli by mógł realizować!
R '•<*

cos a, -

-- --

oddawanie energii do systemu w czasie hamowania silnikiem, gdy E > U_d. Wa-a runkiem prawidłowej współpracy takiego układu nawrotnego dwu mostków jestf współzależne regulowanie kąta wysterowania nie dopuszczające do przepływaj prądów wyrównawczych

,cos ot„

- -— <u

z czego wynika warunek współzależnego sterowania

a, + a„ > 180°

Obok prądu wyrównawczego stałego /„. pojawia się prąd wyrównawczy od tętnień, napięć wyprostowanych obydwu mostków, który jest skutecznie zmniejszany przez włączone w obwód dławiki D. Na temat układów prostownikowych dla napędów elektrycznych istnieje bardzo bogata literatura analizująca większą rozmaitość możliwych do realizacji schematów i w sposób bardziej wyczerpujący. Podają ją' cytowane już dzieła [9], [8].

I

WM

Dla prawidłowej pracy prostownika układ sterowania powinien generować| impulsy wysterowujące tyrystory w grupie I i grupie II w sposób współzależny,. i umożliwiający ingerencję sygnałów logicznych lub sygnałów od układu zabezpie-J czeń, tak by w każdej chwili było możliwe całkowite zablokowanie odpowiedniej grupy prostownikowej.

UP		a —	—— 1 "5 l_ ==>^
				r* ——— fj
1	F		SL
GU„

\-ir

b)

u„,

N

.

*Rys. 6.16. Napięcie porównawcze w funkcji czasu (a) oraz kąt opóźnienia zapłonu jako funkcja

| napięcia porównawczego (b)

!-' '

4 Wówczas kąt opóźnienia wysterowania tyrystora (tyś. 6.16)

j Jeśli wysterowanie następuje w chwili, gdy i/₀ = U_s, jak to widać z rys. 6.17, to j| napięcie na wyjściu prostownika będzie określone jako

U m, = t/„₀ cos a = l/,,, cos * l l - -—- ) = [/,,„ sin

2\'~'u«./~ ""'"'\~i~L.

', będzie więc zmieniać się sinusoidalnie ze zmianą napięcia sterującego. Gdyby na-• pięcie porównawcze zmieniało się nie liniowo, lecz np. wg funkcji (/„ = U₀„, cos a

U wówczas przy a = arccos—--".- napięcie wyprostowane byłoby liniową funkcją

U Om

napięcia sterującego

t/do. = U_ao cos l arccos ---'-- ) = U_JO '-

\ ^U0m/ '-'Om

Należy pamiętać, że układ sterujący wysterowywany jednym sygnałem U, generuje w sposób współzależny sygnały sterujące dla wszystkich tyrystorów oraz dla obydwu f mostków, jeśli prostownik jest nawrotny.

Rys. 6.15. Schemat strukturalny sterowania prostownikiem

GUo — generator napięć odniesienia; UP — układ porównujący; UL — układ logiki; WM, -j

wzmacniacz mocy dający na wyjściu prądy bramkowe /,_; '"•*

Układ sterowania US obejmuje, jak to widać z rys. 6.15, generator napięcia;?
odniesienia GU₀, komparator UP, w którym następuje porównanie napięcia sterow­
niczego U_s z napięciem odniesienia Ł/„, układ logiczny UL zezwalający na pojawienie '
się na wyjściu napięcia bramkowego U_G oraz wzmacniacz mocy WM dający na wyj­
ściu prądowy sygnał 7_C wysterowujący tyrystor. Napięcie porównawcze może być
napięciem liniowo zmiennym w czasie wg funkcji •;

t/o =

\ — ____ w zakresie od a = O do a = k

Rys. 6.17. Włączenie impulsu bramkowego, gdy U," U₀

208

6. UKŁADY Z\S1LANIA SILNIKÓW ELEKTRYCZNYCH

209

«.2. PRZEKSZTAŁTNIK STATYCZNY

Przy liniowym napięciu porównawczym współczynnik wzmocnienia prze­kształtnika wraz z układem sterowania będzie miał posiać

dU„

U_d

^cos

n U_s

t t 7/~

om 2 \2 U₀„ i odpowiednio przy napięciu kosinusoidalnym

k'_r = ° = const

Dla powszechnego dziś sterowania wg liniowego napięcia porównawczego współ­czynnik wzmocnienia będzie zmieniał się w granicach od - przy U, — O do O

2-

przy U, = U„„,. W analizie układów sterowania wystarczającym okazało się przy­bliżenie uwzględniające przedział sterowania zawarty między 15° i 75° dla pracy prostownikowej oraz 105" i 165° dla falownikowej

miastowa. Natomiast przy zwiększaniu kąta «, co odpowiada zmniejszeniu napięcia, w niekorzystnym przypadku może reakcja prostownika pojawić się po czasie równym czasowi pracy anody T/m (rys. 6.18b). Średnio statystycznie można więc przylać.

T

te prostownik zachowuje się jak człon z czystym opóźnieniem t = . , co w przy-

2m

padku mostków ,1-fazowych daje t=.--= 1,66 ms. Jest to opóźnienie bardzo

małe, w większości przypadków pomijalne wobec stałych czasowych obwodu za­silanego.

Ostatecznie więc schemat blokowy przekształtnika z transmitancją operato­rową

przybliżaną niekiedy przez człon inercyjny o stałej czasowej równej opóźnieniu

będzie miał postać jak na rys. 6.19b.

u_d

'U₀

0,96 ~J°-

Dynamiczne właściwości prostownika należałoby precyzować, uwzględniając dyskretny charakter włączania do pracy kolejnych zaworów. W rzeczywistości jednak w przeważającej liczbie przypadków stosowania prostowników w napędach elektrycznych mamy do czynienia z odbiornikami o dostatecznie dużych indukcyj-nościach czy też momentach bezwładności, zapewniających wystarczające uśrednia­nie i ciągłość momentów obrotowych i prędkości.

Przy niewielkich zmianach kąta wysterowania (rys. 6.18a) w kierunku zwiększenia napięcia, czyli zmniejszenia kąta a, reakcja prostownika będzie natych-

Rys. 6.18. Opóźnienie reakcji prostownika przy małych zmianach sygnału sterującego: a) zwięk- ' szenie napięcia U_m,: h) zmniejszenie napięcia U_io,

\

a) u

Rys. 6.19. Opóźnienie rcnkc.ii prostownika przy dużej zmianie sy_enalu sterującego: przejście na zakres ujemnych napięć ll_in (a); schemat blokowy przekształtnika (b)

Szczególny przypadek stanowi przesterowanie prostownika do pracy in-;wertorowej. Zmiana kąta od a, do «₂ > -?. jest związana z przejściem napięcia przemiennego w zakres wartości ujemnych, co wymaga czasu

A, < T( - + J

m 2n

'Przypadek ten ilustruje rys. 6.19a.

'14 St.fro\v;ini? l rr"*"

6. UKŁADY ZASILANIA SILNIKÓW ELEKTRYCZNYCH

210

g.₂. PRZEKSZTAŁTNIK STATYCZNY

211

Charakterystyka zewnętrzna prostownika w stanie ustalonym podaje za­leżność jego napięcia średniego od prądu obciążenia

U_Ml-t<R (6.1)

Całkowita rezystancja obwodu prostownika widziana od strony prądu wyprosto-wanepo będzie zawierała zastępczą rezystancję transformatora wyznaczoną z uśred-nionego spadku napięcia w okresie komutacji i w okresie międzykomutacyjnym (jak to ilustruje rys. 6.20) oraz zastępczą rezystancję odpowiadającą spadkowi napięcia od komutacji

jak SEM twornika, aż do wartości zależnych od kąta wysterowania

dla a < -~- do (/„ = (E_nl!,,), _{= 0} = V2 U_T

cos -- -a

dla « > -~ do U _t = (£_m.,), = ₀ = v/2 U r

W zakresie prądów przerywanych kolejne zawory przejmują prąd po jego zaniku do zera, czyli bez procesu komutacji. Prąd jest wymuszony napięciem pulsującym — początek i koniec przewodzenia są funkcją prądu, a ten z kolei zależy od wspomnia­nych kątów — charakterystykę prostownika opisuje równanie przestępne. Przybli­żoną ocenę charakterystyk w zakresie prądów przerywanych daje równanie

II

Analogicznie i indukcyjność transformatora będzie od strony prądu stałego, czyli od strony twornika silnika, widziana jako średnia z okresu komutacji i międzyko-mutacyjnego

gdzie L, i R, — indukcyjność rozproszenia i odpowiednio rezystancja jednej fazy

systemu zasilającego prostownik.

Rys. 6.20. Rezystancja R i indukcyjność L obwodów zasilania przekształtnika: a) w okresie komutacji; b) w okresie międzykomutacyjnym

Na przebiegi prądu w obwodzie zewnętrznym zasilanym z prostownika będzie miała wpływ całkowita rezystancja i indukcyjność obwodu: układ zasilania — twornik — obwód prądu wyprostowanego. Zatem stała czasowa elektromagnetyczna wyrazi się zależnością

Indeksy oznaczają : 5 — układ zasilania, d — dławik wygładzający, T — twornik.

W zakresie prądów ciągłych charakterystyka statyczna prostownika jest

liniowa wg równania (6.1). Po wejściu w zakres prądów przerywanych, jeśli odbiorni-

kiem jest Iwornik silnika, średnie napięcie prostownika będzie wzrastało, podobnie

^

4n

gdzie /(A) = ---- jest funkcją kąta przewodzenia A = .9₂-'9|. Dla A = 2n/m wA²

funkcja/(A) = iji/k, czyli tak jak dla przewodzenia ciągłego. Pochodna

f)U.

d/„ -|>W^w'(^2L< + ^L<< + ^Lr) + (2R_J+K,, + K₇)] = -R„

tmai

przybiera dla !_d = O -» A = O wartość /?„ = — oo, z czego wynika, że charakterystyka w punkcie l_d = O jest styczna do osi rzędnych. Rodź nę charakterystyk statycznych proslownika pokazano na rys. 6.2).

'/Granica prądów przerywanych

Rys. 6.21. Charakterystyki zewnętrzne prostownika

6.2.3. Przekształtnik statyczny jako źródło wyższych harmonicznych i mocy biernej

Jeśli w obwodzie prądu wyprostowanego indukcyjność dławika wygładza­jącego oraz odbiorn.ka są dostatecznie wielkie, aby prąd /,, można było uważać za gładki, to w pierwszym przybliżeniu przy pominięciu procesu komutacji (q — 0) w prądzie przemiennym pojawią się harmoniczne rzędu

v — km + l

fc = 1,2,3 ...

249

8.2. Sil,NI K PR. ST. 7ASII.. 7. NAWROrNHCiO PRZEKSZT. STEROWANIU i()

•"" ^"f -"-/

Rys

stru........... .

prostowniki!

/, — c/as rcv-ciso\i ini;\ slriiniionia

s. K.5. Silnik obcow/limlny -r isihny 7. nieiiowiotnepo przekształtnika, 7.e /mian.-) kierunku

iimionia: a) schcmal; b) pr/chio«i prędkości to. prądu /, strumieni.! '/'„ oraz k:jla wystetowania

wlewnika

— c/as rcv-cisow mi;\ slruniicnia

we -- rozruch, hamowanie, re\\vrsowanic — przebiegają stosunkowo wolno, np. w maszynach wyciągowych.

1'r/ykladowy schemat napędu nawrolnego z revvcrsow:inicm slrnmieniM jest pokazany na rys. 8.5. /.miana kierunku strumienia następuje l u po wyrcpiilc>w:miii wysterowania prawic do 180' i dopiero po jej zakończeniu pojawia sic sterowanie kątem na stały pi;jd hamowania. W układach przemysłowych, np. w napędach maszyn wyciągowych, steruje sic równocześnie napięcie na zaciskach twornika i strumień (l 7.11. prąd magnesujący silnika), tak by prąd w obwodzie twornika utrzymać na stałym poziomic. Pozwala to na względnie szybkie i ciągle przejście momentu obrotowego przez zeio i ponowne jego pojawienie się z zachowaniem poprzedniego znaku. Spośród omówionych układów stosuje się w nowoczesnych rozwiązaniach w zasadzie tylko układ ze zmianą kierunku strumienia. Przy niezbyt wygórowanycli .wymaganiach odnośnie do dynamiki spełnia on wszystkie inne wymagania, jakie powinien zaspokajać nowoczesny napęd elektryczny.

8.2. Silnik prądu stałego zasilany z nawrotnego przekształtnika sterowanego

Nawrotny przekształtnik, jak to już zaznaczono w rozdz. 6, składa się z, dwu wspólzależnie sterowanych przekształtników, z których każdy może mieć na zaciskach (wyjściowych napięcie dodatnie lub ujemne, lecz prąd może przewodzić tylko w jednym kierunku zgodnie z układem połączeń zaworów. Do najczęściej spotykanych układów przekształtnikowych nawrotnych należą:

250

251

8. STEROWANIE NAPĘDAMI PRZEKSZTAŁTNIKOWYMI PRĄDU STAL. M 8.2. SILNIK PR. ST. ZASIL. Z NAWROTNEGO PRZEKSZT.STHROWANnGO

1

Li

(i,'

k

a) układ przeciwrównolegly omówiony w rozdz. 6 i pokazany na rys. 6.14,

b) układ krzyżowy lub ósemkowy stosowany już w dawnych przeksztaltni- .f kach rtęciowych,

c) układ ,,H" uważany za nowoczesny szczególnie przydatny w napędach dużych mocy.

Najprostszy przeciwrównolegly układ nawrolny może być zasilany z jednego transformatora lub ze wspólnej sieci z innymi odbiornikami. Przy zachowaniu omówionych w rozdz. 6 zasad sterowania można silnie ograniczyć prąd wyrów-' nawczy zarówno przez utrzymanie zależności a[ + a_n > 180, jak i przez odpowiedni^ dobór dławików D,, D₂ i D₃, D₄, z których jeden jest obciążony prądem wyprosto--wanym /<;, a drugi w tym samym czasie może jako nienasycony ograniczać skutecznie! prąd wyrównawczy. Konieczność stosowania czterech dławików wynika z możli-j \vosci zamykania się prądów wyrównawczych również przez połówki mostków. |

Układ krzyżowy ma w rozwiązaniach nowoczesnych dwa mostki zasilane z dwu uzwojeń wtórnych transformatora TP. Wyprostowany prąd /j jest wymuszany ,.| dla każdego kierunku przez jeden z mostków i jedno uzwojenie wtórne transformato­ra. Zasada sterowania oraz dobór dławików są analogiczne jak w przypadku układu przcciwrównoleglego. Schemat układu krzyżowego współpracującego z silnikiem | jest pokazany na rys. 8.6.

W układzie, którego nazwa wywodzi się od struktury schematu przypomi­nającej literę H, prąd wyprostowany J_a dla każdego kierunku jest wymuszany przez ,'i

obydwa wtórne uzwojenia transformatora trójuzwojeniowego lub obydwa uzwojenia dwu transformatorów zasilających cały układ. Jak widać z rys. 8.7, niezbędny jest tylko jeden dławik wpięty między punkty gwiazdowe wtórnycli uzwojeń, który ma równocześnie wygładzać prąd I_d oraz ograniczać prąd wyrównawczy. Należy zwrócić

J uwagę, że układ H utworzony został nie z dwu mostków 3-fazowych, lecz z czterech układów trójpulsowych. W rezultacie otrzymano układ 6-pulsowy nawrotny z do­brym wykorzystaniem transformatora. W dalszym ciągu nawrotny przekształtnik będzie traktowany jako jeden zespól wysterowywany sygnałem l/„ klóry określa tak wielkość, jak i kierunek napięcia na zaciskach przekształtnika. Zespól ten bez

j dokonywania przełączeń umożliwia przepływ prądu w obydwu kierunkach względem swoich zacisków.

Prosta strukturę napędu z nawrotnym przekształtnikiem w obwodzie twor-

| nika pokazano na rys. 8.8. Sygnał sterujący U, reguluje w sposób zależny kąty

^ O,

l, H

Rys. 8.S. Nawrotny napęd przekształtnikowy: a) schemat; b) charakterystyki statyczne

U, — napięciowy sygnał sterujący; US — układ sterowania kątami opóźnienia zapłonu y, i

, wysterowania przekształtników tworzących układ nawrotny, tak by stale była utrzymana zależność «| + a,, > 180°. Dzięki temu w układzie nie pojawią się w stanie ustalonym ani przy małych odchyłkach sterowania prądy wyrównawcze. W zakresie prądów ciągłych, tzn. przy dostatecznie dużym obciążeniu i odpowiednio dobranych

^dławikach wygładzających, charakterystyki napędu mogą z dobrym przybliżeniem

ibyć opisane za pomocą transmitancji operatorowych podanych w p. 4.1 i 6.2.

E;Dla otwartego układu otrzymalibyśmy więc równania

Rys. S.fi. Nnwrolny pr7ck<i7tallnik » układzie

krzyżowym

7'i. T",, — uzwojenia wtórne Irójuzwojenio-

wcco transformatora zasilającego; O,, Dj —

dławiki wyglad/aincc; I_M, h\; - P^IJl^(|y P^rzc-

ksztallnika

Rys. 8.7. Nawrotny przekształtnik w ukła­dzie H. Charakterystyczne jest połączenie zaworów w grupach przypominających mo­stki. Oznaczenia - jak na rys. 8.6

i* l

I

254

255

8. STEROWANIE NAPĘDAMI PRZEKSZTAŁTNIKOWYMI PRĄDU STAŁ.

8..1. PRĄD PRZERYWANY W ODWODZIE TWORNIKA

gdzie

f III

yt __ __•___

;. =

cos 3_t —cos 3 ₂ 2 cos ar sin ——

Równanie (8.2) stanowi często podstawę do skonstruowania schematu blokowego silnika z przekształtnikiem w zakresie prądów przerywanych. W schema­cie tym pokazanym na rys. 8.10 nie występuje wyraźnie indukcyjność obwodu

Rys. 8.10. Schemat blokowy silnika obcowzbudnego w zakresie prądów przerywanych

twornika, co często prowadzi do mylnych interpretacji. Indukcyjność obwodu twornika decyduje o wartości kąta 9₂, czyli o czasie przewodzenia t,,. Transmitancje operatorowe silnika w zakresie prądów przerywanych otrzymuje się bezpośrednio ze scłiematu blokowego: — dla prędkości

l

x B

\ ~T~ .S •———•

x

w (s) M, „(s)

(8.3a)

x , B J+s--x

się parametrów układu. Funkcjonowanie takich regulatorów jest oparte na ciągłej identyfikacji pomiarowej w pętli prądowej, powodującej zmianę nastaw odpowied­nich członów regulatora zależnie od zmierzonych przebiegów prądu. Możliwe jest również ominięcie stosowania regulatorów adaptacyjnych przez tzw. suboptymalne dostrojenie regulatora dla całego zakresu prądów ciągłych i przerywanych. Jest to jednak wyjście kompromisowe nie zapewniające najwyższych właściwości dynamicz­nych, które napęd przekształtnikowy mógłby rozwinąć. Należy w tym miejscu zaznaczyć, że prądy przerywane pojawią się zawsze w napędzie z nienawrotnym przekształtnikiem, gdy obciążenie silnika zmaleje poniżej pewnej minimalnej wartości zależnej od liczby taktów (pulsów) przekształtnika, kąta wyslerowania a oraz indukcyjności obwodu twornika.

W napędach z. nawrotnym przekształtnikiem w obwodzie twornika prądy przerywane przy przejściu przez bieg jałowy pojawią się wówczas, gdy układ pracuje bez prądów wyrównawczych. Wówczas nawrót, czyli zmiana kierunku prądu w tworniku, przebiega w ten sposób, że wpierw maleje do zera prąd w grupie pro­stowniczej, a następnie po krótkiej przerwie bezprądowej narasta prąd w grupie inwertorowej przejmującej sterowanie procesem hamowania. Przebieg ten jest po­kazany na rys. 8.11. Dla wielu procesów technologicznych tak długi czas nawrotu prądu (momentu obrotowego) jest nie do przyjęcia. Czas ten można skrócić, do­puszczając pojawienie się kontrolowanych przez układ sterowania prądów wyrów­nawczych. Wówczas równocześnie z zanikaniem prądu w grupie prostowniczej pojawia się narastanie prądu w grupie inwertorowej. Różnica tych prądów jest prądem twornika. Z ilustracji na rys. 8.12 widać wyraźnie skrócenie c/asu rewerso-wania prądu w tworniku. Układ bez prądów wyrównawczych wymaga precyzyjnie działającej blokady tychże prądów, natomiast układ z prądami wyrównawczymi — ich równie precyzyjnej regulacji. Zagadnienia doboru odpowiednich układów blokujących i regulacyjnych są przedmiotem automatyki układów napędowych.

Na rysunku 8.13ajest pokazany ideowy schemat układu napędowego z na­wrotnym przekształtnikiem w obwodzie twornika z blokadą prądów wyrównaw-

— dla prądu

B

s — x

(8.3b)

I (s)

l-f

Występujące w równaniach (8.3) współczynniki A oraz x są zmienne, gdyż zależą od czasu trwania przepływu prądu i od jego średniej wartości. Wynika stąd, że regulatory prądu, których struktura oraz nastawy są dobierane w trakcie syntezy obwodów regulacyjnych, powinny wykazywać zdolność adaptacji do zmieniających

Rys. 8.11. Zmiana kieunku prądu twornika w napędzie nawrotnym bez prndów wyrównawczych

r

8. STEROWANIE NAPĘDAMI PRZEKSZTAŁTNIKOWYMI PRĄDU STAL.

256

*

Rys 8.12. Zmiana kierunku prądu łwornika w napędzie nawrolnym z prądami wyrównawczymi

s. 8.14. Nnwrotny napęd przekształtnikowy 7. regulowanymi prąciami wyrównawczymi li** — /aclany prąci wyrównawczy

R) s. 8.11. Nawrotu) napccl przekształtnikowy z blokada prądów wyrównawczych: a) schemat strukturalny: b) przebiegi prądów /, oraz /,, przy zadanym zmniejszeniu prędkości o Aw_E

czych. Przeciwrównolegly układ dwóch mostków 3-fazowych jest połączony przez dwa wyłączniki szybkie WK z obwodem twornika obejmującym również dławik wygładzający Dl. Oddzielne układy sterowania US zawierające generatory im­pulsów bramkowych oraz układy do ich przesuwania są sterowane sygnałem wyjścio- • wym z oddzielnych dla każdego mostka regulatorów prądu /?/, Rf„. Sygnał prądo-j wego sprzężenia jest pobierany z układu ptzekładników prądowych zainstalowanych ; w obwodzie zasilania każdego z mostków. Nadrzędny regulator prędkości Ra> '< wprowadza na wejście regulatorów RJ_} oraz Rf„ sygnały proporcjonalne do prądu; (momentu obrotowego) tak od siebie uzależnione, że w tym samym czasie może? przewodzić prąd tylko jeden mostek. Niech pracuje mostek I jako prostownik, j Napięcie zadające U_n, jest wówczas dodatnie. Regulator RI„ ma na wejściu ujemny j

257

9.3. PRĄD PRZERYWANY W OBWODZIE TWORNIKA

sygnał, tak że jego napięcie wyjściowe odpowiada maksymalnemu napięciu inwertoro-wemu mostka II. Logiczny układ LOG blokuje przy tym impulsy bramkowe na tyrystory mostka If. Pracuje mostek I, prąd wyrównawczy nie płynie.

Jeśli na wejściu pojawi się sygnał zadający na przykład obniżenie prędkości o Aco2, tzn. U_ml < £/_m, to na wyjściu Rca sygnał zmienia znak. Regulator Rf, zostaje wysforowany w kierunku zmniejszenia prądu mostka I, impulsy bramkowe tyrystorów tegoż mostka zostają zablokowane w chwili, gdy w obwodzie mostek I — twornik prąd zaniknie do zera. Po upływie czasu r„, w którym są zablokowane obydwa mostki układ LOG odblokuje impulsy bramkowe mostka II, regulator Rf,, reguluje prąd hamowania silnika zgodnie z nastawionymi parametrami. Przebiegi prądów oraz prędkości w omówionym przypadku pokazano na rys. 8.13b.

Jak już wspomniano, problem prądów przerywanych staje się nieistotny w układach z regulowanym prądem wyrównawczym. Płynący zawsze w jednym kierunku (!) prąd wyrównawczy będzie w mostku prostowniczym sumował się z prądem obciążenia, a w mostku inwertorowym będzie się od niego odejmował. Powoduje to konieczność niewielkiego niekiedy przedymensjonowania elementów półprzewodnikowych. Również dławiki wygładzające powinny być tak dobrane, by jeden z nich nie obciążony w danej chwili prądem twornika ograniczał skutecznie prąd wyrównawczy przy zachowaniu jego ciągłości.

Na rysunku 8.14 silnik M jest zasilany z nawrotnego przekształtnika w ukła­dzie krzyżowym. Mostki I oraz II mają własne układy sterowania US oraz własne regulatory prądu R f, i Rf„. Do obydwu regulatorów prądu jest wprowadzony sygnał zadający wielkość prądu wyrównawczego /„.,. Sygnał sprzężenia prądowego jest

258

8. STEROWANIE NAPĘDAMI PRZEKSZTAŁTNIKOWYMI PRĄDU STAŁ.

pobierany z, układów przekładników prądowych. Sygnał zadający prąd generowany pr/ez regulator prędkości Ro> wchodzi do wejścia Rf, bezpośrednio przez diodę zezwalającą na jeden kierunek wysterowania prądu oraz do Rf„ przez diodę i in-wcrtor (— 1), co odpowiada drugiemu kierunkowi prądu zgodnemu z przewodzeniem mostka II.

Nawrót prądu przy przejściu napędu od pracy silnikowej na hamowanie odzyskowe jest szybki, jak to pokazano na rys. 8.12, a stlcfa prądów przerywanych jest wyeliminowana. Dzięki temu wyeliminowane zostaje zniekształcenie charakte­rystyki statycznej m =f(M) w okolicy przechodzenia przez stan biegu jałowego od pracy silnikowej do hamowania generatorowego ze zwrotem energii do systemu poprzez inwei torowo pracujący mostek układu nawrotnego.

Napędy z silnikiem obcowzbudnym prądu stałego zasilanym z przekształtnika
n;uvrotnego mogą, podobnie jak układy Leonarda mieć uzależniony od napięcia
twornika prąd wzbudzenia silnika. I tu mówi się wówczas o zależnym wzbudzeniu
przy dwustrefowej regulacji prędkości obrotowej. Idea oraz struktura układu są
takie same, jak w przypadku napędu silnik — generator. Ze względu na małą
incrcyjność przekształtnika zasilającego twornik można oczekiwać lepszych właści­
wości dynamicznych. j

8.4. Struktura układu ora/, parametry elementów

W odróżnieniu od szeroko rozpowszechnionych i stosowanych do dziś układów elektromaszynowych napędów z silnikiem obcowzbudnym prądu stałego, układy z przekształtnikami tak nienawrolnymi, jak i nawrotnymi, wykorzystują w szerokim zakresie możliwości jakie stwarza w dziedzinie konstrukcji regulatorów nowoczesna elektronika. Jak to było pokazane w rozdz. 7, układ Leonarda zawierał obwody porównania sygnałów sprzężeń zwrotnych z tzw. wartościami progowymi ograniczającymi współrzędne stanu: prąd lub prędkość. Pozwalało to na kształto­wanie charakterystyki statycznej oraz na pewne optymalizowanie stanów dynamicz­nych. W nowoczesnym napędzie z silnikami prądu stałego zasilanymi z przekształtni­ków statycznych dominuje tzw. kaskadowa struktura regulatorów, w której nad­rzędnemu regulatorowi piędkości jest podporządkowany regulator prądu z jego własną pętlą sprzężenia zwrotnego. Gdyby w grę wchodziła regulacja położenia, j wówczas odpowiedni regulator byłby z kolei nadrzędnym dla wspomnianego re-j gulatora prędkości. Na rysunku 8.15 obrazującym schematycznie strukturę układu j

Gil

		Ł/r				^(te^		1	, co
					"p		"H		"M
				"/
						K<j

R\s. 8.15. Scliomnt Mokowy napędu przekształtnikowego 7. rcculncin prądu podporządkowiO regulacji prędkości obrotowej

---