Aktuatori za pogone sa asinhronim motorom

• Naponsko napajanje pri stalnoj učestanosti (fazno upravljanje) • Naponsko napajanje promenljive učestanosti (naponski invertor) • Strujno napajanje promenljive učestanosti (strujni invertor)

F

Pincipijelna blok šema uređaja za fazno upravljanje

L1 L2 L3 T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 Upravlja čki sistem T 1 – T 10 T1 T 7 T 8 T 9 T 10 T2 T3 M

Fazno upravljanje • Uređaj omogućava kontinualnu promenu napona i beskontaktnu promenu redosleda faza, pri stalnoj učestanosti, jednakoj učestanosti izvora.

• Pri jednom redosledu faza uključuju se prekidači – tiristori

T1 – T6

, a pri drugom

T1, T2 i T7 – T10.

• Postoje različite varijante uređaja (sa i bez mogućnosti promene faznog redosleda, tj. smera obrtanja motora, sa manjim brojem tiristora, sa različitim mogućnostima merenja, nadzora, upravljanja i zaštite, sa i bez kontaktora za premošćenje).

• Zbog malog opsega promene brzine primena ovih uređaja je uglavnom ograničena na ograničenje polazne struje motora. Trebalo bi imati u vidu da nisu sve karakteristike opterećenja u elektromotornim pogonima pogodne za primenu ovih uređaja.

Talasni oblici struje motora napajanog iz uređaja sa faznim upravljanjem Nedostatak prikazanog načina naponskog upravljanja je prisustvo viših harmonika napona, a time i struje, zbog čega se povećavaju gubici, pojačava buka i pojavljuje se valoviti momenat. Opisane smetnje ograničavaju opseg promene napona.

NAPONSKI INVERTOR

• Invertori omogućavaju istovremenu promenu napona i učestanosti.

• Može se upravljati prostornim vektorom statorskog napona, a posredno i vektorima struje, odnosno flukseva • Ista topologija energetskog kola se može koristiti za realizaciju jednostavnijeg “skalarnog” ili U/f upravljanja, kao i za složene upravljačke strukture (vektorsko upravljanje ili direktna kontrola momenta).

• U praksi se mogu videti invertori sa impulsno širinskom modulacijom, ili impulsno amplitudnom modulacijom. Prva grupa (IŠM, PWM) su preuzeli primat u praksi, dok su invertori iz druge grupe (IAM, PAM) pogodni za pogone sa veoma visokim učestanostima.

Principijelna šema pogona sa asinhronim motorom napajanim iz naponskog invertora (1)

R

0

i dc

S1 S2 S3 Di1 Di2 Di3

C

1

K

0

i a u dc

M

C

2 S4 S5 S6

i c

Di4 Di5 Di6 Za ispravljanje mrežnog napona koristi se diodni ispravljač (trofazni ili monofazni kod manjih snaga). Otpornik

R

0 služi da ograniči struju punjenja kondenzatora u jednosmernom međukolu. Kontaktor

K

0 premošćuje otpornik nakon uspostavljanja punog napona na kondenzatorima-

Principijelna šema pogona sa asinhronim motorom napajanim iz naponskog invertora (2)

i dc

S1 S2 S3 Ti1 Ti2 Ti3

C

1

i a u dc

M

C

2 S4 S5 S6

i c

Di4 Di5 Di6 Za ispravljanje mrežnog napona koristi se polu-upravljivi tirsitorski most. Iako je ova konfiguracija nešto skuplja i složenija, primenjuje se kod pretvarača većih snaga.

Principijelna šema pogona sa asinhronim motorom napajanim iz naponskog invertora (3) Prikazana konfiguracija omogućuje rad motora u režimu rekuperativnog kočenja. Energija kočenja se pretvara u toplotu u otporniku

R k .

i dc R k

Pri izboru (dimenzionisanju) pogona i pretvarača potrebno je obratiti pažnju na potrebe kočenja (koliko često i sa kojim vrednostima momenta) S1 S2 S3 Ti1 Ti2 Ti3

C

1 D7

i a u dc

M

C

2 S4 S5 S6

i c

S7 Di4 Di5 Di6

Principijelna šema pogona sa asinhronim motorom napajanim iz naponskog invertora (4)

i dc

Si1 Si2 Si3 S1 S2 S3

C

1

i a u dc

M Si4 Si5 Si6

C

2 S4 S5 S6

i c

Četvorokvadrantni rad pogona sa rekuperacijom energije kočenja u napojnu mrežu ostvaruje se prikazanom konfiguracijom pretvarača. Pored mogućnosti rekuperacije, prikazana konfiguracija ima približno sinusni talasni oblik ulazne struje ispravljača. Može se koristiti i za popravku faktora snage drugih potrošača (uz rezervu pri dimenzionisanju).

Talasni oblici impulsno širinska modulacija: Sinusni modulisani i trougaoni modulišući talas 1 1 0.5

0 -0.5

0.5

0 -0.5

-1 0 -1 0 0.01

0.02

Vreme [s] 0.03

0.04

0.01

0.02

Vreme [s] 0.03

0.04

1 0.5

0 -0.5

-1 0 0.01

0.02

Vreme [s] 0.03

0.04

1 0.5

0 -0.5

-1 0 0.01

0.02

Vreme [s] 0.03

0.04

Kanal 1

Talasni oblici napona u različitim vremenskim razmerama Napon na motoru

Kanal 1 Kanal 2 Kanal 2 Kanal 1: 2V x 200 Faze R/T Kanal 2: 5V x 100 Faza S/zvezd.

Vrem.pod. 5mS Kanal 1: 2V x 200 Faze R/T Kanal 2: 5V x 100 Faza S/zvezd.

Vrem.pod. 50



S

i

*

a

Regulacija struje sa naponskim invertorom Histerezisni regulatori , 4 

i a i

*

b S

2 ,

S

5 M 

i b i

*

c

, 6 

i c

Prednosti:

•Jednostavna realizacija u analognoj tehnici.

•Brza regulacija struje.

•Podešavanje željenog odstupanja ostvarene struje od zadate vrednosti.

Nedostaci:

•Promenljiva učestanost komutacije invertora.

i

 Regulacija struje sa naponskim invertorom 

i

 Linearni regulatori u stacionarnom Reg.

α

koordinatnom sistemu

u



S

1

u

*

abc

M

u



i

 Reg.

β S

6 

i



i i

Prednosti:

•Jednostavna realizacija i u analognoj tehnici.

•Ne koristi se obrtna transformacija koja zavisi od ugla koordinatnog sistema.

Nedostaci:

•Ograničeni propusni opseg dovodi do faznog kašnjenja struja u odnosu na zadate vrednosti (sinusne veličine).

i

*

q

Regulacija struje sa naponskim invertorom Linearni regulatori u sinhrono rotirajućem 

i q

Reg.

q

koordinatnom sistemu

u

*

q S

1

u

*

abc

M

u

*

d i

*

d

Reg.

d S

6 

i d



rs i i

Prednosti:

•Prilagođena digitalnim sistemima upravljanja, zbog čega je (sada) jednostavna realizacija.

•Regulacija bez statičke greške – jednosmerne veličine

i d , i q .

Nedostaci:

•Zavisi od ugla koordinatnog sistema.

STRUJNI INVERTOR

• Primena kod pogona velike snage (nema ograničenja napona i struje) • Koriste se poluprovodničke komponente koje su veoma dugo raspoložive i imaju nisku cenu.

• Rekuperativno kočenje se postiže bez dodatne opreme, promenom polariteta napona u jednosmernom međukolu (struja ne menja smer).

• Pored skalarnog upravljanja - promenom struje i učestanosti, moguće je realizovati i složene upravljačke strukture (vektorsko upravljanje ili direktna kontrola momenta).

Principijelna šema pogona sa asinhronim motorom napajanim iz strujnog invertora sa sekvencijalnom komutacijom

i dc

Komutacioni kondenzatori su

C1 – C6

. Ti1 Ti3 Ti5

L

T1 T3 C5 T5 Diode

D1 – D6

učestvuju u komutacionom procesu.

u dc

D1 C1 D3 C4 D5

i a

M D2 D4 C6 D6

i c

Ti4 Ti6 Ti2 T2 C2 T4 C4 T6 Ispravljačem se podešava vrednost struje, a invertorom se podešava učestanost. Talasni oblik izlazne struje je pravougaoni, sa stalnom maksimalnom vrednošću

i dc .

Talasni oblik fazne struje i napona motora napajanog iz strujnog invertora sa sekvencijalnom komutacijom

Principijelna šema pogona sa asinhronim motorom napajanim iz strujnog invertora sa GTO tiristorima

i dc

Ti1 Ti3 Ti5

L u dc

T1 T3 T5

i a

M C 1 C 2 C 3

i c

T2 T4 T6 Ti4 Ti6 Ti2 GTO (Gate Turn Off) tiristori imaju mogućnost isključenja.