STEROWANIE NAPĘDAMI ELEKTRYCZNYMI

PROJEKT

TEMAT : Silnik obcowzbudny prądu stałego - regulacja predkosci.

WYKONAŁ:

Stosio Maciej

IV EDP

Układy napędowe z maszynami prądu stałego stanowią najszerszą i jednocześnie najstarszą dziedzinę zastosowań przekształtników tyrystorowych. W urządzeniach przemysłowych najbardziej są rozpowszechnione napędy przekształtnikowe z obco-wzbudnymi maszynami prądu stałego

Przekształtniki tyrystorowe umożliwiają ciągłą regulację prędkości kątowej wału maszyny prądu stałego przez zmianę napięcia zasilającego obwód wirnika. Zmianę prędkości można także uzyskać przez zmianę strumienia wzbudzenia. Metoda ta, polegająca na zmniejszeniu prądu uzwojenia wzbudzenia maszyny, jest stoso­wana jedynie przy prędkościach większych niż znamionowe. Maszyna pracuje wówczas w tzw. drugiej strefie regulacji, przy zmniejszonym momencie napędowym i za­chowaniu stałej mocy oddawanej przez maszynę.

Ze względu na rodzaj zastosowanego przekształtnika tyrystorowego układy można podzielić na zasilane z linii prądu przemiennego oraz zasilane ze źródeł prądu stałego.

Większość napędów przemysłowych zawiera obcowzbudną maszynę prądu stałego, zasilaną z prostowników sterowanych włączonych bezpośrednio lub przez transformator do linii energetycznej 3 x 380/220 V, 50 Hz. W zależności od wymagań stawianych układom napędowym są stosowane różne rodzaje prostowników. Przy mocach znamionowych maszyn nie przekraczających 10 kW są stosowane prostowniki zasilane z linii jednofazowej. Maszyny o większych mocach zasila się z prostowników trójpulsowych lub sześciopulsowych mostkowych. Napięcia znamionowe maszyn prądu stałego wynoszą 220 V lub 440V. W przypadku maszyny o napięciu znamionowym 220 V jest korzystne zastosowanie układu prostownika trójpulsowego, z którego przy całkowitym wysterowaniu uzyskuje się napięcie wyprostowane 257 V. Silniki o napięciu znamionowym 440 V są zasilane z reguły z prostowników sterowanych sześciopulso­wych mostkowych, których napięcie wyjściowe przy pełnym wysterowaniu wynosi Uo= 2,34-220 V =515 V.

W obu przypadkach jest zbyteczny transformator prostownikowy. Prostowniki należy jednak zasilać przez dławiki sieciowe, ograniczające stromość narastania prądów tyrystorowych. Tylko w układach napędowych z prostownikami trójpulsowymi o mocach większych niż 20 kW stosuje się transformatory w celu wyelimino­wania nadmiernego obciążenia przewodu neutralnego linii zasilającej.

W przemyśle hutniczym i górniczym są stosowane układy napędowe prądu sta­łego wielkiej mocy (kilkaset kilowatów). W układach tych maszyny prądu stałego są zasilane napięciem stałym 650-750 V, uzyskiwanym z prostowników dwunasto-

pulsowych złożonych.

Prosty układ ciągłej regulacji prędkości kątowej wału obcowzbudnej maszyny prądu stałego

W tym układzie bezpośredniej kontroli i stabilizacji podlega napięcie zasilające obwód wirnika maszyny. Przy stałym strumieniu wzbudzenia zmieniając napięcie wyjściowe prostownika, uzyskuje się zmianę prędkości biegu jałowego, a tym samym i prędkości . Dławik L, szeregowo włączony z wirnikiem maszyny, zapewnia przewodze­nie ciągłe prądu w całym zakresie regulacji prędkości kątowej i zmian momentu obciążenia. Przedstawiony układ umożliwia pracę prądnicową maszyny prądu stałego. Praca taka występuje przy napędzaniu maszyny od strony wału. Typowym przykładem stanu pracy prądnicowej maszyny prądu stałego Jest opuszczanie ładunku za pomocą urządzeń dźwigowych. Kierunek wirowania wału w stanie ustalonym przy pracy prądnicowej jest przeciwny do kierunku wiro­wania przy pracy silnikowej. Przy pracy prądnicowej maszyny energia jest przekazywana od prądnicy, przez przekształtnik sieciowy pracujący jako falownik, do linii Ziającej prądu przemiennego.

Układ nie zapewnia stabilizacji prędkości kątowej wału maszyny prądu stałego. Przy obciążeniu maszyny momentem znamionowym prędkość kątowa wału maleje o kilka procent. W wielu urządzeniach tak duże zmiany prędkości kątowej przy zmianach momentu obciążenia są niedopuszczalne. Dlatego układy Pędowe muszą być wyposażone w obwody automatycznej regulacji prędkości kątowej wału maszyny.

Na rysunku przedstawiono schemat funkcjonalny jednokierunkowego układu napędowego prądu stałego z obwodem automatycznej regulacji prędkości kątowej maszyny. Pomiar rzeczywistej wartości prędkości kątowej jest realizowany przez tachometryczna sprzężoną z wałem maszyny prądu stałego. Prostownik trójfazowy mostkowy zasila obwód wirnika maszyny prądem jednokierunkowym, zapewniając tym samym tylko jeden kierunek momentu napędowego maszyny. W przypadku, gdy indukcyjność obwodu wirnika jest na tyle duża aby zapewnić przewodzenie ciągłe prądu w całym zakresie pracy układu napędowe można zrezygnować z dławika L szeregowo włączonego z wirnikiem. W regulatorze prędkości kątowej Ra> następuje porównanie sygnału proporcjonalnego do wartości zadanej prędkości kątowej oraz sygnału z prądnicy tachometrycznej PT proporcjonalnego do wartości rzeczywistej co prędkości kątowej wału maszyny. Napięcie wyjściowe regulatora prędkości kątowej jest sygnałem proporcjonalnym do zadanych wartości momentu i prądu wirnika maszyny. Regulator prądu T porównuje wartość zadaną z wartością rzeczywistą prądu wirnika i swoim sygnałem wyjściowym poprzez układy wyzwalania tyrystorów UWT steruje pracą przekształt­nika sieciowego. Napięcie wyjściowe przekształtnika, doprowadzone do wirnika maszyny, przyjmuje w stanach ustalonych zawsze taką wartość, przy której pręd­kość zadana jest równa prędkości rzeczywistej, niezależnie od zmian momentu ob­ciążenia maszyny i wahań napięcia linii zasilającej.

Dzięki ograniczeniu sygnału wyjściowego regulatora prędkości kątowej Rco, który to sygnał jest wartością zadaną prądu wyjściowego prostownika, jest możliwe zabezpieczenie prostownika i maszyny prądu stałego przed przeciążeniami. Z reguły przyjmuje się dopuszczalną przeciążalność prądową silników obcowzbudnych w wy­konaniu normalnym, wyrażoną jako stosunek wartości maksymalnej do znamionowej prądu wirnika, w granicach 2—2,5. Oznacza to, że przekształtnik tyrystorowy musi być tak zaprojektowany i wykonany, aby w ściśle określonym czasie mógł pra­cować przy prądzie wyjściowym równym 2—2,5-krotnej wartości znamionowej prądu maszyny prądu stałego. W przedstawionym układzie z automatyczną regu­lacją prędkości kątowej uchyby statyczne prędkości nie przekraczają 0,5%.

W praktyce bardzo często są stosowane dwukierunkowe układy napędowe, w których musi następować zmiana kierunku momentu elektromagnetycznego ma­szyny 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 ścisków maszyny lub przez zastosowanie przekształtników nawrotnych.

Dwukierunkowy układ napędowy z przekształtnikiem nawrotnym, złożony z dwóch połączonych odwrotnie równolegle prostowników sterowanych sześcio-pulsowych

Przekształtnik nawrotny pracuje bez prądów wyrównawczych. Oznacza to, że jest wysterowany zawsze tylko jeden prostownik, a drugi jest zablokowany i nie przewodzi prądu. Przy zmianie kierunku wirowania występuje zawsze przerwa w przepływie prądu wirnika maszyny. Czas trwania przerwy jest jednak niewielki i wynosi 4—20 ms.

W napędach dwukierunkowych, w których niepożądane są nawet bardzo krót­kie przerwy w przepływie prądu wirnika, są stosowane przekształtniki nawrotne, pracujące z prądami wyrównawczymi .

Dwukierunkowe układy napędowe z przekształtnikami nawrotnymi pracują w zakresie mocy od kilku kilowatów do 10 MW.

W przypadkach, gdy źródłem energii elektrycznej jest linia napięcia stałego lub bateria akumulatorów o stałym napięciu, regulację prędkości kątowej maszyn prądu stałego można uzyskać stosując przerywacze prądu stałego. Prze­rywacze takie są stosowane powszechnie w nowoczesnych urządzeniach trakcyjnych kopalnianych i miejskich, w napędach wózków akumulatorowych.

---