Silnik obcowzbudny prądu stałego sterowany z tyrystorowego

Silnik obcowzbudny prądu stałego sterowany z tyrystorowego układu
nawrotnego
1. Przekształtniki tyrystorowe o komutacji sieciowej
W zależności od sposobu wysterowania zaworów przekształtnika i kierunku napięcia stałego
Ud wyróżnia się dwa rodzaje pracy: prostownikową i falownikową.
o Praca prostownikowa: energia jest pobierana z sieci prądu przemiennego i
przekazywana do odbiornika prądu stałego
o Praca falownikowa: energia jest pobierana ze źródła prądu stałego i przekazywana do
sieci prądu przemiennego
Zmianie kierunku przepływu energii En odpowiada zmiana znaku napięcia stałego Ud i
zachowanie znaku kierunku prądu wyprostowanego Id (rys.1).
(a)
(b)
Rys.1. Przekształtnik o komutacji sieciowej: a) praca prostownikowa, b) praca falownikowa
Układ przekształtnika 6T przedstawiony na rysunku 2 umożliwia pracę silnikową i
prądnicową maszyny prądu stałego tylko w jednym kierunku wirowania. Zmiana kierunku
obrotów silnika w takim układzie wymaga przełączenia zacisków obwodu twornika lub
wzbudzenia maszyny.
Rys.2. Układ przekształtnika 6T zasilającego maszynę obcowzbudną prądu stałego
1
Aby umożliwić pracę czterokwadrantową maszyny DC konieczne jest zastosowanie dwóch
mostków typu 6T połączonych przeciwsobnie (rys.3a i rys.4). Mostki mogą być sterowane
symetrycznie lub niesymetrycznie.
Układ sterowany symetrycznie umożliwia uzyskanie praktycznie biorąc bezprzerwowej
zmiany kierunku przepływu energii i prądu odbiornika. Gdy przekształtnik jest sterowany
symetrycznie, wtedy jeden z układów zaworowych pracuje jako prostownik, a drugi jako
falownik, przy czym napięcia wyjściowe tych układów są sobie równe. Wadą tego
rozwiązania jest występowanie prądów wyrównawczych. Prąd wyrównawczy płynie przez
oba układy zaworowe poza odbiornikiem. Aby uniknąć składowej stałej napięcia
wyrównawczego musi być spełniony warunek:
U d 0 cos  I  U d 0 cos  II
czyli
 I   II
gdzie:
I– kąt opóźnienia włączenia tyrystorów przekształtnika P1
II– kąt opóźnienia włączenia tyrystorów przekształtnika F2
Przykładowe rozwiązanie układu przekształtnika rewersyjnego sterowanego symetrycznie i
charakterystyki sterowania przedstawiono na rysunku 3.
(a)
(b)
Rys.3. a) Przekształtnik rewersyjny – układ odwrotnie równoległy, b) Charakterystyki sterowania
przekształtnika rewersyjnego
Układ z rysunku 3a ze względu na przepływ prądu wyrównawczego pomiędzy
przekształtnikami stosuje się dla małych mocy. Zasadniczą zaletą tego układu jest możliwość
płynnej zmiany kierunku prądu płynącego przez obciążenie co zapewnia dużą dynamikę
układu. Charakterystyki sterowania przekształtnika rewersyjnego przedstawiono na rysunku
3b. Natomiast w układach dużej mocy stosuje się przeważnie przekształtniki rewersyjne bez
2
prądów wyrównawczych (rys.4). Praca bez prądów wyrównawczych jest możliwa tylko
wtedy, gdy w danej chwili wysterowany jest tylko jeden układ zaworowy (prostownik lub
falownik), drugi natomiast jest zablokowany. Przekształtnik bez prądów wyrównawczych
charakteryzuje czas martwy rzędu kilku milisekund w przebiegu prądu odbiornika przy
zmianie kierunku przewodzenia.
Rys.4. Schemat ideowy przekształtnika tyrystorowego nawrotnego, bez prądów wyrównawczych w układzie
odwrotnie-równoległym zasilającego silnik obcowzbudny prądu stałego
2. Układ automatycznej regulacji
Schemat blokowy układu automatycznej regulacji prędkości wirowania wirnika silnika
obcowzbudnego prądu stałego przedstawiono na rysunku 5. Układ ten posiada strukturę
szeregową, gdzie w pętli wewnętrznej znajduje się regulator prądu, a pętli zewnętrznej
regulator prędkości.
Rys.5. Struktura blokowa układu regulacji prędkości silnika prądu stałego
Na podstawie wartości i znaku sygnału uchybu prędkości e regulator prędkości określa
zadaną wartość prądu twornika iaref. Następnie regulator prądu poprzez układ sterowania US
określa odpowiedni kąt wysterowania przekształtnika (przekształtników) określając tym
samym poziom napięcia zasilającego twornik. Ograniczenie napięcia wyjściowego
przekształtnika odbywa się przez odpowiednie ograniczenie sygnału wyjściowego regulatora
prądu.
3