BADANIE UKLADU NAPEDOWEGO Z SILNIKIEM PRADU STALEGO ZASILANYM Z NAWROTNEGO PRZEKSZTALTNIKA TYRYSTOROWEGO.pdf

KATEDRA ENERGOELEKTRONIKI I MASZYN ELEKTRYCZNYCH

Jaros³aw Guziñski

BADANIE UK£ADU NAPÊDOWEGO Z SILNIKIEM

PR¥DU STA£EGO ZASILANYM Z NAWROTNEGO

PRZEKSZTA£TNIKA TYRYSTOROWEGO

Instrukcja do æwiczenia laboratoryjnego

Gdañsk 2003

Wersja 2 (26.XI.2003)

Cel æwiczenia

Celem æwiczenia jest zapoznanie z dzia³aniem uk³adu regulacji prêdkoci k¹towej silnika

obcowzbudnego pr¹du sta³ego zasilanego z tyrystorowego przekszta³tnika nawrotnego,

zbadanie i zarejestrowanie przebiegów w uk³adzie, przeprowadzenie procedury strojenia

regulatorów na obiekcie rzeczywistym oraz przeprowadzenie analizy uk³adu.

Wstêp

Najczêciej obecnie stosowan¹ metod¹ regulacji prêdkoci obrotowej silników pr¹du

sta³ego jest zastosowanie przekszta³tników tyrystorowych o komutacji sieciowej.

Przekszta³tniki tyrystorowe umo¿liwiaj¹ p³ynn¹ regulacjê napiêcia i pr¹du. Przekszta³tniki

wykorzystywane s¹ do zasilania obwodu twornika silnika oraz, w uk³adach dwustrefowej

regulacji prêdkoci, do zasilania obwodu wzbudzenia silnika. Napêdy pr¹du sta³ego z

przekszta³tnikami tyrystorowymi, przy zastosowaniu odpowiedniego uk³adu regulacji,

umo¿liwiaj¹ uzyskanie p³ynnej regulacji prêdkoci i innych wymaganych w uk³adzie

napêdowym wielkoci jak np. momentu obrotowego. Uk³ad regulacji umo¿liwia odpowiednie

kszta³towanie charakterystyk mechanicznych silnika zapewniaj¹c, przy sprzê¿eniu

prêdkociowym uzyskanie sztywnych charakterystyk mechanicznych.

W uk³adach napêdowych pr¹du sta³ego stosuje siê najczêciej strukturê szeregow¹

(kaskadow¹) regulatora prêdkoci z podporz¹dkowanym regulatorem pr¹du twornika.

Tyrystorowy przekszta³tnik nawrotny

W napêdach pr¹du sta³ego najchêtniej, ze wzglêdu na cenê, stosowane s¹ prostowniki

tyrystorowe. Przy uk³adach wiêkszej mocy stosuje siê uk³ady trójfazowe np. prostownik 6T -

rys. 1.

Rys. 1. Prostownik 6T zasilaj„cy twornik silnika pr„du sta‡ego

Uk³ad z rys. 1 jest uk³adem dwukwadrantowym tj. zapewniaj¹cym pracê silnikow¹ i

pr¹dnicow¹ maszyny przy jednym kierunku wirowania. Zmiana kierunku obrotów silnika w

takim uk³adzie wi¹¿e siê z koniecznoci¹ prze³¹czenia zacisków obwodu twornika lub

wzbudzenia maszyny.

P³ynna zmiana kierunku obrotów jest mo¿liwa do uzyskania przy zastosowaniu

prostownika rewersyjnego (nawrotnego, dwukierunkowego) stanowi¹cego po³¹czenie dwóch

prostowników 6T - rys. 2.

Rys. 2. Przekszta‡tnik nawrotny z d‡awikiem wyr ó wnawczym

Przekszta³tnik rewersyjny mo¿e pracowaæ przy równoczesnym wysterowaniu tyrystorów

obu prostowników 6T lub przy sterowaniu naprzemiennym. Przy równoczesnym sterowaniu

obu mostków konieczne jest zapewnienie równoci rednich napiêæ na wyjciach obu

uk³adów:

cos

(1)

gdzie:

a k¹t opró¿nienia w³¹czenia tyrystorów przekszta³tnika P1

b k¹t opónienia w³¹czenia tyrystorów przekszta³tnika P2

Na podstawie (1) mo¿na stwierdziæ, ¿e k¹ty wyzwalania obu prostowników musz¹

spe³niaæ warunek:

1 +

1 =180

(2)

Oznacza to, ¿e jeden z uk³adów znajduje siê w zakresie pracy prostownikowej a drugi w

zakresie pracy falownikowej. Pomimo tych samych wartoci rednich napiêæ pomiêdzy

obydwoma uk³adami wystêpuje ró¿nica wartoci chwilowych napiêæ. Ró¿nica ta powoduje

przep³yw pr¹du wyrównawczego, którego wartoæ musi byæ ograniczona przez wprowadzenie

d³awika wyrównawczego. Uk³ad z d³awikiem wyrównawczym umo¿liwia p³ynn¹ zmianê

kierunku pr¹du p³yn¹cego przez obci¹¿enie co zapewnia du¿¹ dynamikê uk³adu. Rozwi¹zanie

to jest stosowane dla mniejszych mocy, w których jest mo¿liwy do przyjêcia przep³yw pr¹du

wyrównawczego.

W uk³adach wiêkszej mocy stosowane jest sterowanie naprzemienne obu prostowników.

W danej chwili podawane s¹ impulsy steruj¹ce jedynie na tyrystory jednego mostka. Takie

sterowanie eliminuje wystêpowanie pr¹du wyrównawczego ale pogarsza dynamikê uk³adu. W

uk³adzie pracuj¹cym bez pr¹du wyrównawczego przy zmianie kierunku pr¹du konieczne jest

bowiem wprowadzenie krótkiej przerwy

forward

reverse

Rys. 3. Przekszta‡tnik nawrotny bez d‡awika wyr ó wnawczego

beznapiêciowej rzêdu paru ms zapewniaj¹cej zanik

pr¹du obci¹¿enia. Schemat uk³adu przekszta³tnika nawrotnego bez d³awika wyrównawczego

przedstawiono na rys. 2.

Obszary pracy dla przekszta³tnika nawrotnego przedstawiono w uk³adzie wspó³rzêdnych

(I d , U d ) na rys. 4.

Rys. 4. Obszary pracy przekszta‡tnika nawrotnego w uk‡adzie wsp ó ‡rzŒdnych ( I d ,U d )

Ogólna struktura uk³adu regulacji

W napêdzie pr¹du sta³ego stosowana jest przy ma³ych mocach struktura równoleg³a

regulatorów a przy wiêkszych mocach struktura szeregowa. Struktura szeregowa sk³ada siê z

po³¹czonych kaskadowo regulatorów PI prêdkoci i pr¹du twornika - rys. 3.

Rys. 5. Uk‡ad regulacji o strukturze szeregowej

i z dla

podporz¹dkowanego regulatora pr¹du. Regulator pr¹du za porednictwem uk³adu sterowania

tyrystorami US wymusza zmianê napiêcia zasilaj¹cego silnik co powoduje zmianê wartoci

pr¹du twornika. Ograniczenie sygna³u wyjciowego z regulatora prêdkoci, umo¿liwia w tym

uk³adzie sterowania, ograniczenie pr¹du silnika. Ograniczenie napiêcia wyjciowego

przekszta³tnika odbywa siê przez odpowiednie ograniczenie sygna³u wyjciowego regulatora

pr¹du.

i prêdkoci mierzonej w okrela zadan¹ wartoæ pr¹du twornika

W obwodzie nadrzêdnym regulator prêdkoci R w na podstawie ró¿nicy sygna³ów

prêdkoci zadanej w

5. Regulator V

W przekszta³tniku nawrotnym pracuj¹cym z blokad¹ pr¹du wyrównawczego konieczne

jest zastosowanie logicznego uk³adu regulatora V. Regulator V decyduje o przebiegu

rozruchu, nawrotu lub hamowania, okrelaj¹c momenty zablokowania jednej sekcji i

odblokowania drugiej sekcji przekszta³tnika. Wymagane jest spe³nienie przez uk³ad logiczny

nastêpuj¹cych warunków:

· impulsy wyzwalaj¹ce tyrystory powinny wprowadzaæ w stan przewodzenia tylko ten

przekszta³tnik, który dostarcza pr¹du obci¹¿enia, przekszta³tnik chwilowo nieczynny

powinien byæ zablokowany,

· przy zmianie znaku sygna³u regulatora prêdkoci musi nast¹piæ prze³¹czenie uk³adu

regulacji z jednej sekcji na drug¹,

· zablokowanie impulsów wyzwalaj¹cych tyrystory w sekcji, mo¿e nast¹piæ dopiero po

zmniejszeniu pr¹du tej sekcji do wartoci bliskiej zeru,

· odblokowanie wchodz¹cej do pracy sekcji, mo¿e nast¹piæ dopiero wtedy, gdy

tyry-

story sekcji przeciwnej znajduj¹ siê w stanie zaporowym,

· w celu osi¹gniêcia ³agodnego przejcia pr¹du z jednego przekszta³tnika na drugi nale¿y

unikaæ nieregularnych skoków napiêcia wyprostowanego przy zmianie kierunku pr¹du

(rednie napiêcia przekszta³tników powinny byæ równe).

Ten sposób sterowania pozwala unikn¹æ pr¹dów wyrównawczych p³yn¹cyc

h poza

obci¹¿eniem, a w konsekwencji wyeliminowaæ kosztowne d³awiki pr¹du wyrównawczego, co

jest szczególnie istotne w uk³adach du¿ej mocy.

W praktyce wymagania przedstawione powy¿ej mog¹ byæ spe³nione, gdy pr¹d p³yn¹cy

przez obci¹¿enie jest pr¹dem ci¹g³ym. W warunkach, kiedy wystêpuje pr¹d przerywany,

konieczne jest zastosowanie wyszukanych uk³adów sterowania, które mog³yby zapewniæ

prawid³ow¹ pracê systemu przy przejmowaniu obci¹¿enia z jednego uk³adu przekszta³tnika na

drugi.

Praca uk³adu nawrotnego przy pr¹dzie przerywanym

Je¿eli rednia wartoæ pulsacji sk³adowej zmiennej pr¹du twornika jest mniejsza od

sk³adowej sta³ej wówczas mówimy o przewodzeniu ci¹g³ym przekszta³tnika. W innym

przypadku, je¿eli chwilowa ujemna wartoæ sk³adowej zmiennej pr¹du jest wy¿sza od

sk³adowej sta³ej, przebieg pr¹du wyprostowanego staje siê nieci¹g³y, a przebieg napiêcia

wyprostowanego ró¿ni siê od tego , jaki wystêpuje przy przewodzeniu ci¹g³ym. Zmiana

kszta³tu napiêcia wp³ywa na wartoæ redni¹ tego przebiegu, zatem zale¿noæ miedzy k¹tem

wysterowania tyrystorów i rednim napiêciem wyprostowanym zostanie zachwiana, bêdzie

inna ni¿ dla przewodzenia ci¹g³ego.

Dla pracy prostownikowej i falownikowej ci¹g³oæ napiêcie wyprostowane zale¿y od

charakteru obci¹¿enia. Twornik maszyny pr¹du sta³ego, ze wzglêdu na indukowanie siê w

nim si³y elektromotorycznej rotacji SEM, charakteryzuje siê zdolnoci¹ magazynowania

napiêcia. Wynika z tego, ¿e przy zmianie obci¹¿enia uk³adu ze stanu ja³owego do obci¹¿enia

znamionowego, przy sta³ym k¹cie wysterowania tyrystorów, wystêpuje du¿y spadek napiêcia

wyprostowanego. Wynika z tego fakt, ¿e je¿eli chce siê utrzymaæ sta³e napiêcie

wyprostowane zarówno przy przewodzeniu ci¹g³ym jak i przerywanym nale¿y zmieniæ k¹t

wysterowania tyrystorów. W przypadku pracy falownikowej dla zapewnienia sta³ej wartoci

napiêcia wyprostowanego przy pracy z pr¹dem ci¹g³ym i przerywanym konieczne jest

równie¿ przesuniêcie k¹ta wysterowania tyrystorów.

Wniosek wyp³ywaj¹cy z powy¿szych rozwa¿añ jest nastêpuj¹cy: w przyp

adku

przewodzenia ci¹g³ego napiêcie wyprostowane jest jedynie funkcj¹ k¹ta wysterowania

tyrystorów, za w przypadku przewodzenia przerywanego zale¿y do k¹ta wysterowania i od

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: