|
|
|
ACTIONARI ELECTRICE INDUSTRIALE - PRINCIPII DE FUNCTIONARE; TEHNICI DE REGLARE
Multe actionari electrice industriale si procese tehnologice sunt alimentate cu energie de la surse de tensiune continua. In multe situatii, este necesara conversia nivelului tensiunii continue. De exemplu, vagoanele de metrou, troleibuzele, sau vehiculele electrice sunt alimentate cu energie de la surse fixe de curent continuu. Totusi, controlul turatiei acestora necesita conversia tensiunii fixe a sursei de curent continuu intr-o sursa variabila de tensiune pentru indusul masinii de curent continuu. Alte aplicatii industriale necesita convertoare de putere de tensiune continua cu valori nominale care pot varia de la cativa watt-i la mii de kilowatt-i. In mod clasic, tensiunea continua cu amplitudine variabila este obtinuta dintr-o sursa fixa de tensiune continua prin doua metode:
Controlul rezistentei: In aceasta metoda se foloseste o rezistenta variabila montata intre sursa de tensiune continua fixa si sarcina. Metoda folosita la controlul turatiei motoarelor de tractiune, este ineficienta, deoarece pierderile prin efect Joule in rezistenta sunt mari.
Grup generator-motor: Se obtine o tensiune continua cu amplitudine variabila prin controlul curentului de excitatie al generatorului. Inca folosita, schema intrebuinteaza trei masini de aceeasi putere, ceea ce duce la costuri marite, randament scazut si timp de raspuns ridicat.
Incepand cu anii '60 a aparut o noua solutie reprezentata de convertoare de tensiune continua, realizate cu semiconductoare. Sunt doua tipuri de convertoare de curent continuu:
Ansamblu invertor-redresor: In schemele care folosesc ansambluri invertor - redresor, tensiunea continua este intai convertita in tensiune alternativa, apoi ridicata sau micsorata prin intermediul unui transformator, iar apoi redresata pentru a reobtine tensiune continua. Conversia, avand doua etape, este mai costisitoare si mai putin eficienta.
Chopper (Variator de Tensiune Continua): Convertoarele de tensiune continua tip chopper reprezinta o tehnologie relativ noua. Poate fi considerat echivalent cu un transformator de tensiune alternativa, deoarece in conversia curent continuu catre curent continuu comportamentul chopper-ului este similar cu cel al unui autotransformator. Folosite in tractiuni electrice, chopper-ele permit o franare recuperativa a masinii de curent continuu. Din acest motiv, folosirea chopper-elor este larg raspandita in intreaga lume.
Avantajele folosirii variatoarelor de tensiune continua (chopper-e) sunt urmatoarele:
T Eficienta ridicata;
T Flexibilitate in comanda;
T Greutate scazuta;
T Dimensiuni reduse;
T Raspuns rapid in timp;
T Utilizare maxima in tractiunile electrice.
Cu ajutorul chopper-elor se poate lucra cu succes pana la frecvente de 400 . 800 Hz, daca se ia in considerare o tensiune (variatia ei) la iesire mai scazuta. Daca se utilizeaza tranzistoare de putere, frecventa poate creste pana la 2,5 kHz. Uneori se prefera, in cazul existentei unei surse de c.a., folosirea unei punti redresoare necomandata, urmata de un chopper.
Observatii
F Daca se reduce (sau elimina) zona regimului de curent intrerupt, raspunsul actionarii este sensibil imbunatatit (ca si controlul - reglarea vitezei);
F Pentru reducerea pierderilor ar fi util sa se foloseasca un redresor cu un numar ridicat de pulsuri, pentru a putea obtine ondulatii ale curentului de frecvente mai mari si astfel mai mici in amplitudine. Dar in acelasi timp, factorul de utilizare al tiristoarelor ar scadea la 2p/p, ceea ce implica o crestere substantiala a pretului de cost.
Principiul de functionare al unui chopper este descris in figura 3.1, unde este redat schematic un variator de tensiune continua de clasa A.
Fig. 3.1. Schema de principiu al unui chopper de clasa A.
Comanda la acest tip de chopper se poate face dupa doua criterii:
1. Controlul duratei de timp active;
2. Controlul dupa valoarea limita a curentului.
Observatii Comanda conform criteriului 1 se mai numeste comanda in latime a pulsului. Acest tip de comanda se poate realiza prin doua procedee:
1a) frecventa constanta: T fix si ta variabil;
1b) frecventa variabila: ta fix si T varabil sau ta si T variabil.
Atunci cand comanda se face cu frecventa variabila, proiectarea filtrului 1 este dificila. Pentru valori mici de tesiune (la pornire), in cazul acestui tip de comanda, frecventele sunt mici, ceea ce duce la performante proaste pentru motor. Acest tip de comanda (frecventa variabila) este folosita foarte rar.
Fig. 3.2. Comanda unui variator de tensiune continua (Chopper).
(3.1.)
unde: 
este
durata de timp activa.
In figura 3.3 este prezentata schema electrica de principiu a unui chopper de clasa B. Caracteristic pentru acest tip de chopper este faptul ca valoarea medie a tensiunii nominale a motorului de curent continuu este superioara valorii tensiunii de alimentare a chopper-ului.
Functionarea chopper-ului este descrisa de diagramele de tensiuni si curenti din figura 3.4.
In intervalul 0 < t < tA chopper-ul este inchis. Curentul prin inductivitatea L creste si se inmagazineaza energie in bobina.
In intervalul tA < t < T chopper-ul este deschis, curentul se inchide prin dioda de regim liber D si indusul masinii de curent continuu.
Fig. 3.3. Schema de principiu a unui chopper de clasa B.
Relatiile definitorii pentru functionarea chopper-ului sunt urmatoarele:
(3.2)
daca se alimenteaza si indusul masinii de curent continuu, atunci variatia curentului in raport cu timpul di/dt este negativa si astfel uA este mai mare deat U0
Fig. 3.4. Functionarea chopper-ului.
(3.3)
Observatii
F Chopper-ul este ridicator de tensiune;
F Tensiunea UA poate creste toretic pana la infinit, dar practic se obtine o valoare mai mare decat valoarea tensiunii de alimentare U0, fixa si finita, impusa de parametrii sarcinii si ai chopper-ului;
F Choppere-ele de clasa B sunt folosite in procesul de franare recuperativa;
F Comanda unui astfel de chopper se mai numeste si comanda punct cu punct a curentului intre anumite limite ale acestuia. Pentru folosirea unei masini de curent continuu drept sarcina, acest tip de comanda este similar celui de frecventa variabila.
