Tehnici pentru reglarea turatiei MCC prin variatia tensiunii la borne

Tehnici pentru reglarea turatiei MCC prin variatia tensiunii la borne

a) Convertoare de putere. Generalitati.

Prin denumirea de convertoare de putere se definesc dispozitivele si circuitele electronice care asigura diferitele variante de conversie a energiei electrice de curent alternativ si curent continuu, nivelul energetic fiind impus de elementele de executie (EE). Se poate face urmatoarea clasificare:

1. convertoare de curent alternativ - curent continuu (c.a.-c.c.). acestea indeplinesc functia de redresor si pot fi clasificate in functie de modalitatea de comutatie:

-cu comutatie naturala (necomandate) , de regula cu diode;

-cu comutatie fortata (comandate), realizate in principal cu tiristoare.

Acestea pot functiona in anumite situatii si ca invertoare, inversandu-se sensul fluxului de energie. redresoarele comandate constituie una dintre cele mai utilizate solutii pentru comanda mcc in general si a comenzii asistate de calculator in special. in fig. 4.17 sunt prezentate diferite regimuri de lucru.

2. convertoare curent continuu - curent alternativ (c.c.-c.a.). Acestea se numesc invertoare si principalele lor aplicatii sunt: actionarea motoarelor de curent alternativ, a retelelor de bord, alimentarea sarcinilor cu factor de putere scazut etc.

3. convertoare curent alternativ - curent alternativ (c.a.-c.a.). acestea transforma energia de curent alternativ cu anumiti parametri (tensiune U1, frecventa f1, nr. faze m1) in energie de curent alternativ cu alti parametri (U2, f2, m2). Se disting doua cazuri:

-daca f2 ≠ f1, u2 ≠ u1, este vorba de convertoare de frecventa;

-daca f2=f1, u2 ≠ u1, este vorba de variatoare de tensiune alternativa.

Aplicatiile acestora sunt: variatia vitezei la actionarile cu motoare de c.a., echipamente electrotermice etc .

4. convertoare c.c-c.c., care transforma energia electrica preluata de la o sursa de c.c. cu tensiune constanta in energia de c.c., dar la o tensiune diferita.

din categoria acestora fac parte:

-variatoarele de tensiune continua (choppere), utilizate tot mai mult in comanda Mcc;

-stabilizatoarele de tensiune:

b) redresor trifazat in punte complet comandata.

Schema de principiu este prezentate in fig.4.18. rolul redresorului este de a realiza conversia tensiunii alternative trifazate de la retea in tensiune continua U_d, reglabila, utilizand posibilitatea de comanda a dispozitivelor redresoare (tiristoare) prin variatia unghiului de comanda α a impulsului de amorsare. Tiristoarele primesc impulsuri de amorsare la intervalele de π/3 rad electrici, in urmatoarea succesiune: T1, T2, T3, T4, T5, T6, T1, T2..

fig.4.17. Cadranele de functionare ale covertoarelor.

In conductie simultana se afla intotdeauna un tiristor din grupul T1, T3, T5 si

unul din grupul T2, T4, T6. Valoare momentana a tensiunii de iesire este egala cu diferenta tensiunilor momentane aplicate tiristoarelor in conductie.

De exemplu, pentru intervalul de timp in care conduc T1 si T2:

u_d = u_s1-u_s3

fig.4.18. Schema redresorului trifazat complet comandat.

diagramele de functionare sunt prezentate in fig. 4.19, in care se observa:

pozitia de referinta pentru unghiul de comanda (α = 0) , egala cu momentul egalitatii, in domeniul tensiunilor pozitive, a doua tensiuni de faza;

formele tensiunii U_d pentru unghiurile α = 0^s si α = 30^s.

Dependenta valorii medii a tensiunii redresate U_d de unghiul de comanda este:

unde U_s este valoarea efectiva a tensiunii din secundarul transformatorului.

din analiza relatiei se poate observa ca prin modificarea lui α se poate realiza un reglaj continuu al turatiei mcc de la 0 la valoarea maxima fara pierderi de putere activa. Mai mult, redresorul in punte trifazata comandata poate functiona si in regim de invertor ( pentru α > 90^s ), iar prin combinarea antiparalel a doua unitati se obtine o instalatie care poate functiona in cele patru cadrane ale planului Ω, M.

fig.4.19. Tensiunea medie redresata functie de unghiul de comanda

c) chopper cu stingere fortata.

Chopperul sau variatorul de tensiune continua are o larga utilizare in reglarea turatiei mcc, transformand tensiunea continua, aplicata la intrare, in impulsuri dreptunghiulare la iesire. valoarea medie a tensiunii de la iesirea unui chopper sa poate modifica intre 0 si cea a tensiunii de alimentare, utilizand 2 metode:

1. modificarea frecventei unor impulsuri de durate constanta (PFM);

2. modificarea in durata a unor impulsuri de frecventa constanta (PWM ­ pulse width modulation).

Principiul PWM este ilustrat in fig.4.20, in variantele impulsurilor unipolare (a), respectiv bipolare (b).

	a

b

Fig.4.20. Principiul PWM: a) cu impulsuri bipolare; b) cu impulsuri unipolare;

Schema bloc a principiului expus este ilustrata in fig. 4.21. inchizand si deschizand CS dupa o anumita lege repetata periodic, mcc va fi alimentat cu tensiunea medie: , unde T_c - durata de conectare a contactorului CS, T ­ perioada de repetitie a comenzii.

In fig. 4.22a este prezentata o varianta de contactor static CS (din fig. 4.21), realizat cu tiristoare. Circuitul utilizat la comanda chopperului trebuie sa furnizeze impulsurile de amorsare pentru tiristorul principal T1 cu perioada T. Amorsarea lui T1 echivaleaza cu inchiderea contactorului static. Dupa un interval T_c de la comanda lui T1 circuitul de comanda genereaza impulsul de amorsare pentru T2, iar sarcina (mcc) este deconectata de la sursa de alimentare U₁.

Mentinand constanta perioada T de repetitie a impulsurilor de comanda la T1 si modificand momentul de aparitie al impulsului pentru T2, se realizeaza modificarea valorii medii a tensiunii de iesire si implicit modificarea turatiei mcc.

In fig.4.22b este prezentata o schema principiala de contactor static, realizat cu tranzistoare MOSFET de putere.

fig.4.21. Principiul contactorului static.

a)  b)

fig.4.22. Scheme de contactoare statice: a) cu tiristoare; b) cu tranzistoare MOSFET T1 ­ tiristorul principal,T2 ­ tiristorul de stingere, C ­ condensatorul de stingere,

L ­ inductivitatea de stingere, D4 ­ dioda de nul (de conductie libera).

In prezent se utilizeaza frecvent structuri integrate de circuite de comanda PWM, un exemplu fiind circuitul A3958 al firmei Allegro MicroSystems (fig.4.23a). Acesta este un circuit integrat care contine o punte completa PWM, comandata serial printr-un cuvant de 20 biti si care opereaza la tensiuni maxime de 50 Vcc si curenti maxim ±2A

Semnificatia bitilor portului serial este prezentata in tabelul din fig.4.23b.

Un alt exemplu de circuit industrial, pentru comanda unui MCC fara perii este prezentat in fig.4.24. In componenta acestuia se identifica bucla majora de reglare a vitezei (turatiei) si bucla de reglare pentru controlul curentului motorului. Se remarca dubla utilizare a traductoarelor Hall, odata pentru alimentarea succesiva a infasurarilor motorului si apoi si pentru controlul vitezei unghiulare.

a

b

fig.4.23. Circuitul PWM A3959: a) schema electrica; b) semnificatiile pinilor.

fig.4.24. Circuit pentru comanda unui MCC fara perii.