Část pohony a výkonová elektronika 1.Regulace otáček asynchronních motorů

Transkript

1 1. Regulace otáček asynchronních motorů 2. Regulace otáček stejnosměrných cize buzených motorů 3. Regulace otáček krokových motorů 4. Jednopulzní usměrňovač 5. Jednofázový můstek 6. Trojpulzní usměrňovač 7. Trojfázový můstek 8. Princip řízených usměrňovačů 9. Střední hodnota usměrněného napětí 10. Výkonová dioda 11. Tyristor 12. Spínací tranzistor 13. Nepřímý měnič kmitočtu s proudovým meziobvodem 14. Nepřímý měnič kmitočtu s napěťovým meziobvodem 15. Pulzně šířková modulace 16. Regulace otáček asynchronních elektromotorů měničem kmitočtu s napěťovým meziobvodem 17. Elektromagnetická kompatibilita u frekvenčních měničů 18. Filtry pro omezení rušení 19. Stínění 20. Chlazení elektrických strojů,značka IC Část pohony a výkonová elektronika 1.Regulace otáček asynchronních motorů Regulace otáček asynchronních motorů vychází ze základní rovnice n s f = 60 p n = n s s n s = n s ( 1 s) n s n = 1 s 60 n = f p ( 1 s) Z této poslední rovnice platí, že otáčky motoru závisí na frekvenci napájecího napětí, na velikosti skluzu a na počtu pólových dvojic resp. pólů. Efektivně jde měnit otáčky asynchronního elektromotoru změnou frekvence. K tomu slouží moderní prvky výkonové elektroniky aplikované v měničích frekvence.

2 Zapojení měniče frekvence s napěťovým meziobvodem a asynchronního elektromotoru Momentové charakteristiky asynchronního elektromotoru při řízení změnou frekvence Změna počtu pólů je možná jen u motorů s přepínatelným počtem pólů. Vyrábějí se motory pro přepínání dvou nebo tří otáček. Dvouotáčkové motory jsou většinou s přepínáním počtu pólů v poměru 1:2(tzv. systém Dahlander). Trojotáčkové motory mají navíc jedno samostatné vinutí s větším počtem pólů pro malé otáčky. Momentové charakteristiky dvouotáčkového asynchronního elektromotoru 4/2 póly D/YY.

3 Změna skluzu vyžaduje motory s kroužkovou kotvou. Na rotor se připojuje rezistor nebo se rotor napájí skluzovým napětím. Asynchronní motor s kroužkovou kotvou a rezistorem Kroužkový asynchronní motor se skluzovým napětím v rotoru

4 2.Regulace otáček stejnosměrných cize buzených motorů Regulace otáček stejnosměrných cize buzených elektromotorů vychází ze základní rovnice U Ra I Ω = k φ, Ω = 2 π n 60 To znamená, že otáčky mohu regulovat změnou čitatele nebo změnou jmenovatele nebou změnou obou. Jmenovatel nesmí být nikdy roven 0 jinak by otáčky rostly teoreticky do nekonečna a došlo by ke zničení motoru (motor vyletí střechou), to znamená nesmí vypadnout z funkce buzení stroje. Zapojení cize buzeného stejnosměrného motoru 1) otáčkové charakteristiky měněné napětí kotvy U 2) otáčkové charakteristiky měněné napětím kotvy a odbuzováním (snižováním I b ) Momebt je přímo úměrný proudu kotvy podle rovnice M = k ϕ I

5 3.Regulace otáček krokových motorů Princip řízení reluktančního krokového motoru Řídící jednotka se skládá z výkonové části (polovodičové spínače fází) a řídící části, ve které jsou generovány řídící impulsy pro výkonovou část a jsou zde regulační prvky. Při rozhodování o vhodnosti krokového pohonu pro danou aplikaci řešíme problém z hlediska komplexu obecných vlastností krokových motorů. Musíme znát: 1. Zátěžný moment na hřídeli motoru 2. Velikost kroku 3. Moment setrvačnosti zátěže 4. Pracovní kmitočet odpovídající požadované rychlosti 5. Dobu rozběhu 6. Dobu brždění 7. Způsob řízení Vinutí motoru může být bipolární nebo unipolární. Například u čtyřpólového statoru se bipolárnární vinutí skládá ze dvou soustav cívek a1,a2 a b1,b2.

6 Cívky mohou být buzeny: 1. po pólech vždy jen jedna soustava cívek je buzena 2. normálově vždy dva sousední póly jsou buzeny a výsledný vektor má směr uprostřed mezi póly 3. s polovičním krokem buzení v cyklu jedna soustava cívek, dvě soustavy, jedna soustava, atd.

7 Unipolární vinutí se skládá ze dvou cívek na každém pólu, přičemž každá je buzena pouze v jednom směru. To znamená, že proud ve vinutí teče vždy stejným směrem. Klesne tak spotřeba tranzistorů a je rychlejší odezva přechodného děje.

8 4.Jednopulzní usměrňovač

9 5.Jednofázový můstek

10 6.Trojpulzní usměrňovač

11

12 7.Trojfázový můstek

13 8.Princip řízených usměrňovačů Pod pojmem řízené usměrňovače máme usměrňovače řízené fázově řízenými polovodičovými prvky nebo spínacími prvky na usměrněné straně. - fázovým řízením sepnutí polovodičového prvku se řídí střední hodnota usměrněného napětí používají se PCT tyristory(phase controled tyristors) - spínáním a vypínáním usměrněného napětí se řídí střední hodnota výstupního napětí(vypínací tyristory GTO, IGCT a spínací tranzistory IGBT)

14 9.Střední hodnota usměrněného napětí Střední hodnota je aritmetický průměr okamžitých hodnot za pevný časový úsek T. Např. střední hodnota půlvlny sinusového napětí je [ ] [ ] m m m m T d I I t I tdt I T dt i T I = + + = = = = π π ω π ω π cos 1 sin

15 10.Výkonová dioda Výkonové diody se výrábějí ve dvou základních provedeních: - pastilkové - domečkové Jsou vyráběny na bázi křemíku technikou legování. Podle způsobu použití se vyrábějí jako: - rychlé, pro spínací účely - pomalé, pro usměrňovací účely Výrobní rozdíly : - usměrňovací diody mají malý úbytek napětí v propustném směru a relativně vysoké vypínací ztráty

16 - rychlé spínací diody mají nízké vypínací ztráty a vyšší odpor v propustném směru. Usměrňovací diody se používají převážně v usměrňovačích (jednofázové a třífázové můstky). Každá dioda má paralelně připojený RC člen, který omezuje přepěťové přechodné děje generované ve fázi vypínání na přijatelnou úroveň. Rychlé spínací diody se používají jako omezující diody pro rychlé vypínací tyristory GTO a v napěťových měničích. Řez diodovým čipem Použití rychlých diod

17 11.Tyristor Stejně jako u výkonových diod rozlišujeme i u tyristorů mezi rychlými a pomalými tyristory. Pomalé tyristory se používají u síťových aplikací spojených s fázovým řízením a označují se jako PCT tyristory. Jsou optimalizovány pro frekvence 50-60Hz. Použití v řízených usměrňovačích a regulátorech sřídavého napětí nebo softstartérech. Rychlé spínací tyristory většinou s bránovým vypínacím efektem označované jako GTO nebo IGCT tyristory. Použití ve střídačích a pulsních zdrojích. Pro zvýšení jmenovitých parametrů se tyto prvky řadí do serie (zvýšení závěrného napětí) nebo paralelně (zvýšení propustného proudu). Řez GTO tyristorem

18 12.Spínací tranzistor Používají se bipolární tranzistory a IGBT tranzistory, které se pro použití v aplikacích nabízejí v modulovém provedení, např. jednofázové poloviční můstky nebo plné trojfázové můstky. Hlavní rozdíl mezi bipolárním tranzistorem a IGBT tranzistorem je ve způsobu jak je prvek řízen. IGBT je řízen napětím na MOS struktuře, zatímco bipolární tranzistor(pct, GTO) jsou řízeny proudem přímo na přechodu PN. Energie požadovaná k řízení IGBT je většinou zanedbatelná ve srovnání s energií pro řízení bipolárního tranzistoru. Aplikace bipolárních tranzistorů a IGBT tranzistorů je ve výkonové elektronice zcela omezena na spínací operace.

19 13.Nepřímý měnič kmitočtu s proudovým meziobvodem

20 14.Nepřímý měnič kmitočtu s napěťovým meziobvodem

21 15.Pulzně šířková modulace

22 16.Regulace otáček asynchronních elektromotorů měničem frekvence s napěťovým meziobvodem Usměrňovač může být řízený nebo neřízený, rekuperační nebo bez možnosti rekuperace. V případě, že máme usměrňovač neřízený, který nemůže rekuperovat energii zpět do sítě, musí být ve stejnosměrném meziobvodu zajištěno spotřebování energie z generátorického režimu motoru. Stejnosměrná část mezi usměrňovačem a střídačem se nazývá stejnosměrný meziobvod. Momentové charakteristiky asynchronního motoru pro různé frekvence. Podmínkou je konstantní poměr U/f, tj. napětí motoru a frekvence. V oblasti od nulových otáček po jmenovité je moment motoru konstantní a pro vyšší otáčky moment klesá, protože se musí dodržet konstantní výkon.

23 17.Elektromagnetická kompatibilita u frekvenčních měničů Elektromagnetická kompatibilita EMC se zabývá schopností různých elektrických zařízení pracovat v těsné blízkosti bez vzájemné interference. EMC znamená, že systém nebude produkovat nepřijatelně vysoké úrovně vedených nebo vyzařovaných signálů, které by mohly způsobit interference u jiných, správně navržených přístrojů. Systémy jsou navrženy tak, že běžné úrovně nevedou ke zhoršení jejich funkce, Musí mít adekvátní úroveň odolnosti proti rušení. Interference Jakýkoli elektrický nebo elektromagnetický rozruch, který rušivě působí na normální činnost elektrického systému může být nazýván elektromagnetickou interferencí EMI.

24 18.Filtry pro omezení rušení Elektrický filtr je síť indukčností, kondenzátorů a rezistorů, která je uspořádána tak, aby zeslabovala vedenou interferenci. Měřítkem vlastnosti filtru je vložný útlum, který vyjadřuje schopnost filtru odstranit nežádoucí šum. Filtry mohou být ve tvaru T-článku, -článku, L-článku.

25 19.Stínění Stínění znamená uzavření elektromagnetické energie do určité oblasti, čímž se sníží vyzařování zařízení a zlepší jeho odolnost. Účinnost stínění kovových uzávěrů je závislá na materiálu, kmitočtu a typu rušení. Elektromagnetické záření se skládá z elektrického pole E a magnetického pole H a poměr E/H se mění v závislosti na vzdálenosti od zdroje. Materiály s velkou vodivostí např. měď odrážejí více energie než např. ocel nebo hliník. Pro odstínění se mohou použít kovové materiály, protože odraznost všech je veliká. Díry v krytech způsobují únik záření v případě, když se rozměr štěrbiny blíží vlnové délce kmitočtu. Kabely v jakémkoli systému fungují jako antény a je to nejcitlivější místo systému stínění. Musí se provádět minimalizace délky vedení. V nejhorším případě je kabeláž provedena izolovanými vodiči a zpětný spoje je proveden kovovou kostrou spojenou se zemí. Takový způsob uspořádání téměř vylučuje ochranu proti interferenci.

26 20.Chlazení elektrických strojů, značka IC IC x xx xx První číslice 0-9 popisuje uspořádání chladícího systému Písmeno-číselný výraz na druhém místě charakterizuje primární chladící systém Písmeno-číselný výraz na třetím místě charakterizuje sekundární chladící systém například Znak A vzduch H vodík N dusík W voda U olej Číslice 0 volný okruh 1 přívod potrubím 2 odvod potrubím 3 přívod a odvod potrubím 4 povrchové chlazení 5 vestavěný tepelný výměník