|
|
|
FRANAREA MASINILOR DE CURENT CONTINUU ALIMENTATE DE LA CHOPPERE
1. Franarea dinamica nerecuperativa
In cazul franarii dinamice al sistemelor de actionari electrice formate dintr-o masina de curent continuu alimentata de la un chopper, pentru controlul valorii efective a rezistorului utilizat in acest scop, se poate utiliza acelasi tip de chopper cu cel folosit la reglarea turatiei masinii. O diagrama schematica este prezentata in figura 3.17.
Rezistoarele R1, R2 sunt folosite pentru franare dinamica. Daca este necesara o mare putere pentru franare, cum este cazul tractiunilor electrice, tensiunea maxima aplicata indusului masinii de curent continuu in timpul franarii, poate fi de 2-3 ori mai mare decat tensiunea nominala. In acest caz, chopper-ul va fi conectat pe portiunea R1 a rezistoarelor de franare. Acest montaj reduce tensiunea nominala a chopper-ului, ceea ce il face sa fie mai economic. Cealalta parte a rezistorului de franare R2 poate fi scurtcircuitata in momentul cand turatia minima este atinsa.
Fig. 3.17. Schema de franare dinamica cu chopper.
Orice valoare a cuplului de franare poate fi obtinuta prin controlul curentului de excitatie si al valorii efective al rezistorului de franare. La turatii mari, chopper-ul este inchis, iar controlul asupra curentului de excitatie este folosit pentru obtinerea cuplului de franare dorit. Cand curentul de excitatie atinge valoarea maxima, chopper-ul este actionat pentru reducerea valorii efective a rezistorului de franare. Datorita excitatiei independente, nivelul cuplului de franare poate fi mentinut chiar la valori scazute ale turatiei.
2. Franarea dinamica recuperativa
Chopper-ul care controleaza turatia si cuplul masinii de curent continuu poate fi utilizat si pentru realizarea unei franari recuperative prin controlul puterii ce poate fi recuperata in acest mod. In figura 3.18 sunt prezentate schemele de baza utilizate in cazul acestei metode de franare.
Fig. 3.18. Actionari cu chopper: a).Functionare in regim de frana; b) Functionare in regim de motor; c) Conexiuni pentru motor serie.
Dupa cum se vede in figura 3.18 a si b pozitiile chopper-ului si ale diodei de regim liber se schimba de la regimul de functionare in regim de motor la cel in regim de franare.
Timpul duratei active si al duratei de pauza se regleaza printr-un sistem de control in bucla inchisa pentru mentinerea curentului de franare. Pentru franarea recuperativa cand chopper-ul este activat (inchis) terminalele masinii sunt scurtcircuitate. Curentul prin indus creste, iar energia este stocata in inductivitatea montata in serie cu indusul. Cand chopper-ul este dezactivat (deschis), curentul din indus se inchide prin sursa de alimentare. Energia acumulata in bobina L este redata sursei.
Daca se foloseste o masina de curent continuu cu excitatie serie, nu mai este necesara o bobina de reactie suplimentara conectata in serie cu indusul. Excitatia serie inmagazineaza energia atata timp cat chopper-ul este activ (inchis) si cedeaza energia sursei cand chopper-ul este dezactivat (deschis). Totusi, fluxul de excitatie serie ramane unidirectional pe timpul franarii recuperative, realizandu-se astfel numai o contraconectare a indusului masinii.
Schema din figura 3.18 foloseste un singur chopper si un montaj mecanic pentru schimbarea pozitiei din schema a chopper-ului si respectiv a diodei de regim liber. Masina functioneaza in primul cadran in regim de motor si in cadranul doi in regim de frana.
In figura 3.19 sunt prezentate formele de unda pentru curent si tensiune in cazul fuctionarii continue si discontinue la franarea recuperativa.
Fig. 3.19. Forme de unda la franarea recuperativa
a) Functionare continua; b) Functionare discontinua.
Pentru functionarea in intervalul 0 < t < dT, denumit si interval de stocare a energiei avem relatiile:
(3.65)
Pentru functionarea in intervalul dT < t < T denumit si interval de transfer al energiei sunt valabile relatiile (3.66), iar masina lucreaza ca generator:
(3.66)
Functionarea in regim de motor, respectiv frana a masinii de curent continuu se poate obtine si prin folosirea a doua variatoare de tensiune continua.
Fig. 3.20. Actionare cu chopper in doua cadrane pentru functionare in regim de motor si franare recuperativa.
Astfel se elimina necesitatea unui montaj mecanic de comutatie intre chopper si dioda de regim liber. Aceasta schema este ilustrata in figura 3.20. Chopper-ul CH1 si dioda D1 conduc in cazul functionarii in regim de motor, iar chopper-ul CH2 si dioda D2 conduc in cazul franarii recuperative. In timpul functionarii ca motor, masina absoarbe curent de la sursa de alimentare, iar in timpul functionarii ca frana, masina devine generator, injectand curent in sursa de alimentare. Curentul mediu IA poate fi mentinut constant printr-un sistem de control in bucla inchisa, reglandu-se raportul deschis-inchis (on-off) al chopper-ului. Daca turatia scade, scade si tensiunea generata de masina si creste intervalul de timp necesar chopper-ului CH2 de a realiza curentul necesar prin indusul masinii. Formele de unda caracteristice functionarii in regim de motor, respectiv frana, la turatie mare si mica sunt redate in figura 3.21.
In mod normal, energia recuperata la aplicarea procedeului de franare recuperativa este folosita de catre alte sarcini cuplate la aceeasi sursa de alimentare. Totusi, daca linia este nerecuperativa (fara alte sarcini) in timpul franarii recuperative, tensiunea liniei creste. Poate fi tolerata o crestere de pana la 20% in timpul franarii recuperative. Daca se depaseste o valoare prescrisa a tensiunii, franarea recuperativa este inlocuita cu una dinamica.
In figura 3.22 se prezinta o schema in care sunt combinate principiul de franare dinamica nerecuperativa cu cel de franare dinamica recuperativa. Daca linia este nerecuperativa, se trece instantaneu de la franarea recuperativa la cea dinamica nerecuperativa. Tiristorul Td este comandat pentru a facilita inchiderea curentului motorului prin rezistorul Rd. Doar cand linia devine recuperativa, chopper-ul este activat in vederea realizarii franarii recuperative. Rezistorul Ra este inseriat cu indusul masinii de curent continuu, astfel incat tensiunea electromotoare a masinii poate creste la valori de 2-3 ori mai mari decat tensiunea de alimentare la turatii mari pentru franari de mare putere.
Fig.3.21. Forme de unda pentru franarea dinamica recuperativa in doua cadrane: a). Regim de motor; b). Regim de frana.
Fig. 3.22. Schema de implementare a franarii dinamice nerecuperative si a franarii dinamice recuperative.
