2tom260

6. NAPĘD ELEKTRYCZNY 522

Jeśli założyć, że czasy komutacji falownika napięciowego czy prądowego są krótkie w porównaniu z długością okresu, to wówczas — z dobrym przybliżeniem — przebieg napięć lub prądów zasilających uzwojenia stojana może być uważany za prostokątny, taki

Rys. 6.68. Napięcie wyjściowe falownika: a) międzyprzewodowe w funkcji czasu; b) wypadkowy wektor wirujący u_a w układzie a, j/?

jak na rys. 6.68. Napięcia tc są — przy braku składowych zerowych — przeliczane na wartości fazowe wg wzorów

^uvv~^un'v    ^uvw~^uvv    ^uwv~^uvw    ,,

“u = —3—1    = —3—;    u_W =-j-    (6.121)

Umożliwia to wyznaczenie wypadkowego wektora w każdym takcie k

>    ix<*-n

u_sk = Uu + auy + a^Uw = u_de 3

gdzie u_d — napięcie pośredniego obwodu prądu stałego.

Oznacza to, że wektor przestrzenny porusza się skokami, które wykonuje w czasie krótkiego okresu komutacji. Inaczej mówiąc, silnik jest zasilany w czasie każdego taktu stałym napięciem u_sk, które skokowo zmienia swoje położenie, dokonując pełnego obrotu w czasie jednego okresu T = 1 /f_s. Zasilanie takim napięciem nadaje silnikowi specyficzne właściwości, z których najistotniejszą jest pulsujący charakter momentu M_e. Jest to szczególnie dotkliwe przy małych częstotliwościach, gdy wirnik — nadążający za przemieszczającą się niejednostajnym ruchem falą przepływu stojana — porusza się skokami. Zjawisku temu zapobiega się przerywając odpowiednio czas trwania impulsu napięciowego lub prądowego, skutkiem czego jego przebieg zbliża się do sinusoidy. Dzięki takiej „modulacji szerokością impulsów” eliminuje się niskie harmoniczne momentu elektrycznego, które powodowały niejednostajność prędkości obrotowej. Zjawisko nieró-wnomierności biegu przy małych częstotliwościach występuje zarówno przy zasilaniu prądowym, jak i napięciowym. Przybliżona metoda analizy napędów zasilanych z falowników prądowych lub napięciowych może być prowadzona z zastosowaniem rozkładu Fouriera rzeczywistych przebiegów prostokątnych lub schodkowych.

Przy obecnej dostępności sprzętu komputerowego typu I’C można zalecać numeryczne rozwiązywanie równań opisujących dynamikę silnika (podanych w p. 6.2). Warto pamiętać, że ustrój silnika — z jego uzwojeniem stojana przyłączanym cyklicznie oraz z uzwojeniem wirnika tworzącym silnie tłumiącą klatkę — działa filtrująco na wyższe harmoniczne. Przy skokowej zmianie napięcia u_s strumień stojana V_t zmienia się, zakreślając sześciobok, a strumień wirnika *P_r porusza się prawie po okręgu.

Przykładową strukturę zewnętrznego sterowania silnika indukcyjnego zasilanego ze źródła napięciowego pokazano na rys. 6.69. Zadana częstotliwość w postaci sygnału

Rys. 6.69. Indywidualny napęd z silnikiem indukcyjnym sterowanym zewnętrznie z falownika napięciowego F P — prostownik sterowany,

01 ogranicznik prądu

napięciowego kf_s, jest w przetworniku I przemieniona na sygnał proporcjonalny do napięcia u_S2, jakie przy danej częstotliwości winno panować na zaciskach silnika. Po porównaniu z rzeczywistą wartością «_s, wyliczoną w przeliczniku PU, regulator RU poprzez sterownik SP wysterowuje prostownik P. W ten sposób reguluje się napięcie na zaciskach silnika. Regulator prądu RI ma zabezpieczyć układ przed przekroczeniem maksymalnej wartości prądu i_dmaxw stanach dynamicznych. Równocześnie sygnał kf_s= jest wprowadzony na przetwornik 5, który na w»yjściu daje impuly o sześciokrotnej częstotliwości ćf_S2, rozdzielane w sterowniku falownika SF na poszczególne tyrystory. W ten sposób jest zadawana częstotliwość i prędkość pola wirującego stojana. Prędkość wirnika O = (cOj/p)(l — s), zaś poślizg s jest w przybliżeniu proporcjonalny do momentu rozwijanego przez silnik. Sterowany w ten sposób silnik zachowuje się jak przy zasilaniu ze sztywnej sieci o częstotliwości f_S2. Dla prawidłowego rozruchu należałoby częstotliwość zadawaną f_sz zwiększać w funkcji czasu tak, by poślizg s nie przekroczył wartości krytycznej s_b. W układzie tym byłoby możliwa oddawanie energii do systemu, gdyby prostownik P był nawrotny.

Falowniki prądowe, umożliwiające zasilanie uzwojenia stojana wymuszonym prądem, są prostsze w konstrukcji, gdyż nie wymagają stosowania diod prądu wstecznego. Również prostownik przemiennika może być nienawrotny, a zwrot energii do sieci będzie się odbywał przy niezmienionym kierunku prądu i kącie wysterowania a > n/2. Falowniki prądowe nadają się szczególnie do napędów indywidualnych z szerokim zakresem regulacji prędkości, wychodzącym poza częstotliwość znamionową. W takim przypadku winno automatycznie następować zmniejszanie się strumienia dla utrzymania napięcia na zaciskach na znamionowym poziomie. Podobnie jak w maszynie prądu stałego silnik pracuje w drugiej strefie regulacji przy osłabionym polu. Moc silnika pozostaje stała.

Nadawanie silnikowi indukcyjnemu określonych właściwości dynamicznych jest możliwe wyłącznie w układach sterowania wewnętrznego. Idea takiego sterowania zakłada zbliżenie właściwości dynamicznych silnika indukcyjnego do właściwości silnika obco-W'zbudnego. Ortogonalny — z istoty konstrukcji maszyny prądu stałego — przepływ twornika w stosunku do strumienia biegunów głównych stwarza zawsze optymalne warunki rozwijania momentu obrotowego M_e='P_ei_a. Aby w silniku indukcyjnym osiągnąć podobne relacje, należy regulować prąd lub napięcie przyłożone tak, bv składowe