ACIONRI ELECTRICE CU MAINI

ACIONRI ELECTRICE CU MAINI

ASINCRONE TRIFAZATE de puteri mariMaina asincron trifazat numit i maina cu rotor n scurtcircuit sau cu rotor n colivie s-a evideniat prin meninerea facil i gradul nalt de protecie.

Majoritatea acestor motoare au lucrat pn la acest moment cu turaie constant. n ultimii ani progresul tehnic al convertoarelor a dus la apariia multor aplicaii ale acestora.

Statorul motorului se compune dintr-un pachet de tole n care sunt incluse cele trei nfurri. Rotorul n scurtcircuit se compune din mai multe bare care sunt fixate la capete cu inele. Deoarece energia trasmis de la stator la rotor este inductiv i nu ca la motorul de curent continuu prin perii colectoare, acest tip de motor se pstreaz n domenii de pericol al explozie ridicat.

nlimile axelor la aceste motoare sunt standardizate internaional astfel nct s poat fi oricnd disponibile. Protecia motorului standard este IP 54, deci mult mai mare ca cea a unui motor standard de curent continuu.

Rcirea cu aer a motorului se face printr-o elice, montat pe axa motorului. Cele trei nfaurri din conductorul de cupru sunt prinse pe stator. nceputurile i sfriturile nfurarilor sunt aduse la o plac de borne astfel nct utilizatorul s poat comuta n funcie de modul de utilizare.

Cele mai utilizate conexiuni (nfurri) ale nfurrilor sunt cele n stea i triunghi.

Figura 1 Modul de conectare pentru o faza

La aceste conexiuni sunt omise inductanele de dispersie. Sarcina influeneaz mrimile electrice ale mainii, ca o rezisten ohmic variabil inclus n circuitul din figura 2.

I1 - curent statoric

I - curent absorbit de stator

I2 - curentul din rotor (calculat ca fiind mrime raportat la marimea statorului)

R1 rezistena rotorului (calculat pe partea statorului)

s - alunecarea

U1 - tensiunea ntr-o infurare statoric

Xh reactanaSimboluri folosite n formule, uniti, denumiriNr.

crt.SimbolUnitate de msurDenumire

1fs-1Frecvena

2gm/s2Acceleraia (=9.81 m/s2)

3Hmnlimea de pompare

4H0mnlimea de pompare zero

5HmDiferena de nlime

6ns-1Turaie

7nsys-1Turaie sincron

8nNs-1Turaie nominal

9P WPutere

10PV2WPierderea de putere prin alunecare

11Qm3/sDebitul

12RRezistena electric

13s-Alunecare

14TNmCuplul motor

15Zp-Numrul perechilor de poli

16kg/m3Densitatea

Turatia, momentul de rotatie, puterea motorului asincron

Formulele alturate arat legtura dintre mrimile mecanice i cele electrice ale acionrilor trifazate.

1. Turaia:

cu

(1)

2. Momentul de rotaie:

T

(2)

3. Puterea:

(3)

n turaia motorului

nsy turaia sincron

f1 - frecvena cmpului invrtitor statoric

p numarul de perechi de poli

T momentul de rotaie

fluxul magnetic in motor

I2 curentul in rotor

P puterea la axul motorului

ULN tensiunea de linie la bornele motorului

cos factor de putere

randamentul

Apariia unor eventuale oscilaii armonice (de exemplu transformatorul de alimentare) nu influeneaz formarea momentului de rotaie, respectiv calculul puterii.Caracteristica mainii asincrone

n figura 3 este reprezentat o caracteristica tipic a mainii asincrone trifazate.

Figura 3 Caracteristica mainii asincrone

TA moment de pornire

TS moment minim

TK moment de rsturnare

TN moment nominal

nn turaia nominal

nSy turaia sincron

n figura 4 este prezentat evoluia momentului la tahogenerator n momentul de pornire, momentul minim i momentul de rsturnare. La funcionarea la frecven nominala se regleaz la momentul nominal turaia nominal a mainii.Modificrile de cuplu la arbore, conduc la variaii de vitez a cror mrime depind de caracteristicile motorului.

Cu ct alunecarea este mai mare cu att curentul din motor devine mai puternic.

Scheme de pornireCnd o main asincron se leag la reeaua de tensiune cu frecvena constant datorit asincroniei mari apar cureni foarte mari care duc la multiplicarea curenilor nominali ai motorului. Pentru reducerea curenilor la conectare se pot face urmtoarele conexiuni:

- montaj de pornire steatriunghi;

- montaj de pornire lent cu autotransformator;

- dispozitiv de pornire lent - cu sfotstarter.

Funcia de baz este aceeai la toate. n timpul perioadei de accelerare apare o tensiune nominal. Spre sfritul pornirii (funcionrii) tensiunea devine maxim.

Momentul de rotaie i curentul preluat din reea sunt n raport ptratic cu demultiplicarea tensiunii.

Legtura steatriunghi se folosete la motoare care funcionez n mod normal n triunghi (tblia de pe motor) 380/660 V.

La o reea 3x380 V tensiunea de pornire la o nfurare este de 220 V n loc de 380 V. Curentul de la reea se reduce la fel ca i momentul de rotaie cu o treime din valoarea celui de la conexiunea n triunghi.Acest tip de pornire este valabil numai la acele acionri care nu pornesc n sarcin.

La conexiunea stea, motorul trebuie sa ating turaia nominal la cuplu de rotaie fixat.

La comutarea din stea n triunghi, curentul crete foarte mult i efectul de reducere a curentului va fi mic.

Observaie: n momentul comutrii din conexiunea stea la conexiunea triunghi curentul momentului de rotaie sare de pe o caracteristic pe alta conform figurilor 4 i 5.

Figura 4 Variaia momentului de rotaie la legtura stea-triunghi

Figura 5 Variaia curentului la legatura steatriunghi

Metoda de pornire prin autotransformatorFuncionarea la pornire a mainilor asincrone trifazate prin intermediul unui transformator este n principiu identic cu pornirea stea-triunghi. n plus fa de pornire stea-triunghi, pornirea prin autotransformator are o comportare foarte rigid a tensiunii pe nfurrile motorului.

n cazul metodei de pornire cu transformator la o funcionare maxim se poate alege tensiunea dorit.

Dispozitivele de pornire lentSoftstarterul este un dispozitiv electronic de putere, format din dou pri:

circuitul de reglare si comand;

circuitul de putere.

Circuitul de for n contrast cu pornirea steatriunghi i pornirea cu autotransformator, are posibilitatea de a regla continuu valoarea medie a tensiunii alternative, prin ntrzierea de faz, astfel nct s nu apar vrfuri la comutri.Creterea n timp a tensiunii duce la un comportament bine stpnit n perioada de accelerare i se poate programa n trepte.

Pentru a avea loc pornirea, softstarterele nu asigur la conectare o tensiune egal cu zero, ci aproape o valoare fix, prestabilit la aproximativ 40% din tensiunea nominal de ieire.

Unele softstartere ofer i posibilitatea unei limitri de curent. Aceasta nseamn c tensiunea iniial nu crete dac curentul nu ajunge la valoarea maxim.

La o sarcin mrit aceast funcie permite o limitare a curentului i a momentului de rotaie i implicit creterea la maximum a duratei de funcionare.

Pentru acionarea unor motoare care au un moment de rupere ridicat, la un anumit timp se permite un vrf de curent.

O alt sarcin a softstarterelor este funcia de economisire a energiei ntr-un domeniu parial de sarcin. Domeniul parial de sarcin este caracterizat prin faptul c curentul reactiv este adesea mai mare dect curentul activ.

Din ecuaia pentru momentul de rotaiei a unui motor asincron trifazat se observ ca momentul de rotaie este proportional cu produsul dintre flux (curent reactiv) si curentul activ.

Deci electronica de putere aduce avantaje n domeniul pornirilor motoarelor asincrone precum i o reducere mare a costurilor remarcate att prin economia de energie ct i prin reducerea vrfurilor de curent datorit utilizrii metodelor moderne de pornire.Aceste avantaje sunt:

- accelerarea lent a mainii de lucru i prevenirea ncercrilor sub form de socuri care duc la uzura prematur a componentelor mainii;

- n cazul benzilor transportatoare acestea nu alunec i nu se mic n timpul transportului;

- curentul la pornire este mult redus, fapt care nu duce la tensiuni mari ntr-o reea slab;

- utilizarea aparatelor (dispozitivelor) de cuplare devine avantajoas;

- au o durabilitate foarte mare i nu necesit supradimensionri n alegerea aparatajului;

- economie de energie i costuri la mainile care sunt acionate cu sarcin parial.

Toate aceste metode enumerate mai sus nu pot suplini ns i folosirea la pornire a unui moment de rotaie maxim n timpul accelerrii i n aceast caz este nevoie de introducerea n schem a dispozitivelor de schimbare a frecvenei tensiunii de alimentare a motorului.

Figura 6 Circuitul de for a unui softstarter

Figura 7 Caracteristicile de variaie a cuplului curentului pentru

tensiuni diferite debitate de un softstarter.

Reglarea turaiei prin modificarea frecvenei

Turaia mainii asincrone este influenat electric de trei mrimi diferite:

- numrul de perechi de poli;

- alunecarea;

- frecvena.

Reglarea turaiei prin schimbarea numrului de perechi de poli se poate face n trepte prin comutarea polilor cu ajutorul conexiunilor exterioare.

Reglarea turaiei prin modificarea alunecrii n circuitul rotorului se realizeaz cu ajutorul unor rezistene sau a unui reostat legat n cascad.

Aceste msuri se pot lua ntr-un domeniu limitat al turaiei dependent de sarcina axului motorului.

Astzi se folosete cu preponderen a treia posibilitate cea a modificrii frecvenei. Pentru aceasta este necesar un moment constant i o turaie reglabil.

Pentru nelegerea mai amnunit a funcionrii vom considera schema din figura 2 la care se neglijeaz rezistena statorului R1 pe care o considerm 0.

Influena variaiei frecvenei asupra turaiei este clar, cele dou mrimi au o variaie proporional fa de alunecare.

Momentul de turaie dorit necesit un flux constant care este reprezentat aici de curentul reactiv. Dac dorim s meninem constant curentul care trece printr-o sarcin inductiv trebuie s modificm cu aceeai valoare att frecvena ct i tensiunea.

(4)

(5)

R1 s-a neglijat

Din cele dou relaii de mai sus se desprinde concluzia de baz c n cazul folosirii unui convertor de frecven se pot realiza urmtoarele: dintr-o reea cu tensiune i frecven constant se obine o a doua reea la care att tensiunea ct i frecvena sunt variabile. n afar de acestea, valorile de la reeaua de ieire sunt independente de valoarea instantanee a reelei fixe.

Electronica de putere s-a dezvoltat n aceast direcie n ultimii ani i a prezentat diferite soluii, astfel convertoarele de frecven se mpart n trei categorii:

- Convertor direct, cu ajutorul unei acionri adecvate din reeaua fix duce la formarea unei reele noi (far folosirea unui circuit intermediar) pentru decuplare. Aceast varianta se folosete numai pentru reglarea turaiei unor motoare asincrone cu puteri mari i este utilizat ntr-un domeniu limitat de turaie.

- Convertorul de curent I, lucreaz cu inductivitatea cu rol de acumulator de enegie n circuitul intermediar. Aceast posibilitate se utilizeaz la reglarea turaiei de peste 55 kW i ea necesit o concordan ntre schimbtorul de frecven i motorul la care a fost conectat.

- Convertorul de tensiune U, lucreaz cu un condensator ca acumulator de energie n circuitul intermediar. Aceast este o soluie avantajoas din punct de vedere tehnic i al costurilor pentru acionri de pn la 130 kW i permit cuplarea n paralel a mai multor motoare la un singur convertor.

Dac n continuare vom discuta despre convertor este vorba despre convertor U care astzi au cea mai larg ntrebuinare.

Reglajul turaiei

Circuitele de for a unui convertor U const din trei blocuri funcionale:

redresor tensiune;

circuit intermediar;

modulator (alternator).

Figura 8 Circutul de for al convertoruluiRedresor de tensiuneSe compune dintr-o punte care redreseaz tensiunea care corespunde mereu cu valoarea de vrf a tensiunii reelei (ULN x), ca urmare condensatorul circuitului intermediar reprezint o sarcin capacitiv (unde cderea de tensiune de ncrcare nu este luat n considerare). La aceast mrire a tensiunii i puterilor mici redresorul poate fi monofazat sau trifazat.

La puteri mari aceast tensiune nu este recomanadat din urmtoarele motive:

- puntea monofazat produce o ncrcare asimetric;

- la conectare, variaia tensiunii redresate este mare astfel nct n circuitul secundar condensatorul trebuie s aib valori mai mari.

Atunci cnd a fost stabilit o astfel de capacitate va apare pentru nceput un curent de ncrcare foarte mare. Acest curent poate deveni aa de mare dac nu se iau msuri de limitare nct redresorul poate fi scos din funciune pn chiar la distrugerea unor pri componente.

Pentru prentmpinarea acestui fenomen este necesar folosirea a dou tipuri de limitatoare ale curentului de ncrcare.

Rezistena de ncrcare se nseriaza la cuplarea convertorului de frecven cu condensatorul. n cele mai multe cazuri rezistena de ncrcare se gsete pe partea de curent continuu a redresorului. La redresoarele de reea monofazate se recomand introducerea unei rezistene pe partea de curent alternativ, aceasta va duce la o execuie mai bun a comenzii pentru releul de untare a rezistentelor dup loja de ncrcare.

n timpul ncrcrii condensatorului din circuitul intermediar valoarea tensiunii este limitata, fapt care duce la limitarea curentului de ncrcare.

n timpul funcionrii tiristorii din punte sunt comandai astfel nct s aib acelai comportament ca n cazul punii nemodulate. Comanda punii n acest caz va provoca oscilaii suplimentare n reea.

Figura 9 Rezistena de ncrcare pe partea de reeaFigura 10 Rezistena de ncrcare pe partea de circuit intermadiarCircuitul intermediarAre rolul de a cupla reeaua fix de alimentare de reeaua de ieire a convertorului. Condensatorul circuitului intermadiar C1 acioneaza asupra energiei din partea de reea nct tensiunea circuitului intermadiar s rmn constant la valori mici ale curenilor absorbii din reeaua de curent alternativ. Pentru satisfacerea acestei condiii acesta nu se descarc imediat la deconectarea convertorului. Descrcarea se produce n aproximativ un minut pn cnd tensiunea scade. Prin folosirea unei frne CHOPPERS n acest circuit se poate realiza descrcarea condensatorului pe rezistena de frnare n cteva secunde.

Figura 11 Circuitul intermediar.

Motorul legat la convertizorul de frecven ia energia din circuitul intermediar i descarc parial condensatorul. Rencrcarea condensatorului peste redresorul de reea se poate face numai instantaneu cnd tensiunea de reea este mai mare dect tensiunea circuitului intermediar.

Se tie c C1 se ncarc la o tensiune egal cu valoarea maxim a tensiunii reelei si datorit capacitii foarte mari a condensatorului face ca aceasta s nu scad semnificativ nici n timpul funcionrii.

Se deduce c circuitul intermediar i ia enegia din reea, numai pe perioada cnd tensiunea din reaea este la valoarea maxim.

n reea se obin vrfuri ale curentului care la mai multe convertoare legate n paralele apar toate n acelai timp. Funcie de putere i de numrul de acionri apare o pierdere nensemnat de putere n reea, pentru ca vrfurile de curent duc la apariia unor cderi de tensiune i de aici la apariia unor distorsiuni ale tensiunii la cuplare.La aceast contribuie i o parte relativ mare de armonici. Dup cum se vede in figura 11 convertizoarele de frecven au n componena i un drosel de filtraj L1 care asigur mrirea semnificativ a duratei circulaiei curentului prin prile de reea i reduce semnificativ vrfurile de curent obtinndu-se un spectru armonic adecvat.

n figura 12 i 13 sunt reprezentate formele curentului pe partea de reea la o anumit sarcin a actionrilor cuplate far i cu droselul L1.

Tensiunea din circuitul intermediar poate crete la o acionare suprasincron a motoarelor la valori inaccesibile ale tensiunii totul se decupleaz printr-un dispozitiv de protecie.

Figura 12 Curentul de reea fr L1Figura 13 Curentul de reea cu L1ModulatorulTensiunea din circuitul intermediar este creat din redresor i este transformat de circuitul alternativ ntr-o reea trifazat de curent alternativ cu tensiunea i frecven variabile.

Se introduc urmtoarele elemente constructive ca semiconductori de putere:

Tiristori, care necesit circuitele de comutare care se gsesc pn la maxim 75 kW. Excepii fac aici utilizrile cu tensiunea la ieire de mai mare sau egal cu 500 V GTO tiristori cu decuplare. Nu necesit circuite de comutare dar sunt totui limitai n domeniul de puteri.

FET tranzistori cu efect de cmp. Sunt introdui astzi la convertizoarele de puteri relativ mici.

Avantajele sunt c FET-urile au pierderi de comutare nensemnate care permit frecvene mari de repetiie i care necesit putere de comand mic. FET-urile sunt utilizate numai pentru cureni mici.

Tranzistorii bipolari s-au introdus astzi frecvent n reea Darlington. Cu aceste componente constructive n ultimii ani s-a obinut cea mai mare extindere respectiv au fost utilizai i la tensiuni de ieire de 460 V. Puterea de comand necesar crete cu mrimea tranzistorilor I.G.B.T., un nou component. Se aseaman cu Fet-ul i cu tranzistorul bipolar care i-a consolidat foarte mult poziia n tehnica convertizoarelor de frecven. Avantajele fa de tranzistoarele bipolare constau ntr-o comand cu puteri mici i posibilitatea utilizrii lor n domeniul frecvenelor mari.

Componentele modulatorului funcioneaz ca un stator i comut n funcie de frecvena dorit pentru tensiuni pozitive i negative la nfurrile motorului. Variaia tensiunii se face aici cu modulaie pulsatorie n amplitudine PAM sau cu modulaie n frecvena PWM.

Cu cele dou se obin rezultate mai bune n domeniul turaiei mici.Convertorul de frecven de tip PWM are o distribuie sinusoidal, sau pe scurt cu convertorul PWM se obine o mai bun echilibrare a curenilor motorului apropiat de forma sinusoidal ideal.

Tensiunea de ieire a unui convertizor de tensiune U n comanda PWM este n funcie de impulsurile de tensiune dintre nul i valoarea maxim a tensiunii din circuitul intermediar.

Raportul dintre timpul de cuplare i cel de decuplare este variabil i influeneaz reglajul tensiunii. Valoarea maxim a tensiunii de ieire este aproape de cea a reelei conectate.

O semiund sinusoidal are valoarea instantanee mic la nceputul i sfritul acesteia, pe cnd valoarea maxim a tensiunii este la mijlocul semiperioadei. Aceste valori se corecteaz prin comand. La modulaia pulsatorie cu variaie sinusoidal impulsurile de tensiune de la nceputul i sfritul semiundei sunt aplatizate i sunt lite la mijloc.

Prin inductivitatea motorului trecerea tensiunii se desfoar cu intrziere, obinndu-se un curent cu variaie armonic a crei und de baz este o sinusoid.

Ieirea din convertizorul de frecven se realizeaz n scurtcircuit i cu o legtur la pmnt.

Convertizorul este astzi mai mult ca oricnd o component principal a conceptului de automatizare.Figura 14 Tensiunea de ieire a convertizorului U (convertor pulsatoriu)

Figura 15 Curenii de ieire a unui convertizor de frecven la 5 Hz.Principalele preocupri actuale sunt: separarea galvanic a prilor de putere dat de bucla de reglare;

valori prescrise conform standardelor pe fiecare component n parte;

comenzile se fac direct din blocul de comand i se pot face analogic sau digital.

Convertizoarele de frecven nu lucreaz ca regulatori ci ca o prghie de reglaj, nsemnd c la ieire se modific tensiunea i frecvena de ieire, far s se produc nici-o influen asupra turaiei acionrilor.

Influena const n faptul c turaia motoarelor se modific ca i la reeaua constant n funcie de sarcin. Variaia turaiei depinde de sarcin i de caracteristicile motorului. Se poate interveni n cazul unei abateri cu ajutorul compensrii de alunecare, ns nu pe tot domeniul de turaie.Se poate obine performane deosebite dac se introduc ct mai mult n convertizoare, circuite de reglaj suprapuse.

Construcia modular a convertizoarelor d posibilitatea reglrii turaiei prin completarea convertizorului standard cu componente dimensionate la capacitatea sistemului de acionare. Convertizorul n sine reprezint componena unui sistem de automatizare i alturi de subansamblele standardizate este necesar ca funcie de caracteristicile acionrii i n funcie de diferitele caracteristici ale tensiunii i frecvenei s se introduc prin software i hardware o calibrare a aparatului tinndu-se cont de urmtoarea schem de calcul.

Figura 16 Tensiunea funcie de frecven

Valori nominale

Nivelul valorii nominale determin frecvena de ieire, tensiunea de ieire care sunt corelate cu turaia nominal a motorului acionat. Aceste valori sunt determinate prin anumite considerente cum ar fi:

valoarea nominal a tensiunii de la poteniometrul extern;

de la un regulator extern de semnal 010 V, 020 mA sau 420 mA;

de la ieirea analogic a unui convertor;

de la o subcomponent a unui calculator;

de la o frecven proporional cu turaia (ca mrime de comand).

Durata prevzut pentru frecvena de referin se sincronizeaz cu ajutorul unui integrator de referin.

Durata de turaie maxim este reglabil i specific scopul de folosire.

Valori realeValoarea reala a curentului se introduce din interiourul aparatului. n cazul unei comenzi (n loja de reglare) nu este necesar o alt valoare real.

La o reglare de turaie este necesar un semnal electric proporional cu turaia cu rol de curent invers.

Aici este vorba despre traductorul de turaie (tahogeneratorul) care d o valoare real la convertizor.

Comenzi i reglaje

n domeniul convertizoarelor de frecven pe lng efectele sistemului dependent de sarcina expus mai sus, se mai adaug un alt punct care trebuie luat n considerare.

La observaiile generale pentru comanda turaiei mainii asincrone s-a considerat rezistena nfurrii statorice ca fiind 0 , pentru a ntelege mai bine interdependenele. Pe nfurrile statorice avem o cdere de tensiune dependent de curent care se comport ca o surs de perturbaii n domeniul turaiei nominale ale acionrilor.

Dac reducem turaia la acelai cuplu la arbore, atunci cderea de tensiune dependent de curent (cderea de tensiune pe R1) va fi nsemnat procentual. Aceasta duce la o diminuare a cmpului acionrii prin proporionalitatea care exist ntre tensiunea de la borne i frecvena acesteia.

Transformarea ntr-un curent reactiv va duce ca pe R1 s cad o tensiune mai mare. Pentru reducerea urmrilor acestui efect convertizorul de frecven are posibilitatea s acioneze numai asupra mririi tensiunii pentru a obine un moment de rotaie suficient de mare la pornirea mainii.

O rezolvare elegant dar i costisitoare este reglarea vectorial a turaiei. Aceast presupune o comutare intern a convertizorului de frecven pentru fluxul constant n main i presupune reglarea corespunztoare a anumitor parametrii de ieire. Acest procedeu permite o dinamic superioar a acionrilor i o mai bun comportare a cuplului de rotaie.

Figura 17: Creterea tensiunii n domeniul de frecvena joas

n figurile 18 i 19 sunt indicate posibilitile de conectare a cuplului de rotaie. Abaterile de turaie se identific aici i pot fi reglate corespunztor deoarece timpul de integrare prevzut este mai lung i se preteaz pentru obinerea unor precizii statice.

Figura 18 Controlul feed-back al turaiei cu tahogenerator

Figura 19 Controlul feed-back al turaiei cu generator de impulsuri

Figura 20 Reglarea turaiei cu circuitul PLL

n figura 20 se arat conectarea unui convertizor de frecven ntr-un ansamblu de automatizare cu reglarea turaiei cu constante i repetabilitate mai bun dect n figurile 18 i 19.Blocul electronic M13R este un generator de frecven pe baz de cuar. Frecvena furnizat este variabil i se determin cu ajutorul unei informaii care provine dintr-o component a sa. Circuitul PLR egalizeaz frecvena generatorului cu cea a unui furnizor de impuls i o regleaz pentru o acionare dorit.

Aceast soluie se recomand din cel puin dou motive eseniale:

realizeaz o precizie bun cu repetabilitate mare;

se adapteaz foarte bine i atunci cnd turaia este dependent i de alte mrimi din proces.

n aplicaia din figura 20 se poate observa c blocul SPS preia factorii care influeneaz turaia prin faptul c se poate calcula turaia necesar i se transmite valoarea optim la componentele din sistem.

Maina asincron condus cu

convertizor de frecvenPe lng posibilitile de reglare, funcionarea cu convertizor de frecven ofer i posibilitatea economisirii energiei. Prin circuitul intermediar i nfurrile motorului trece att curent reactiv ct i curent activ far a suprasolicita reeaua de alimentare.

Din poziia reelei se ia n considerare numai partea activ cu pierderile sale precum i pierderile convertizorului. Factorul de putere cos este apropiat de 1.

La comanda convertizorului curentul de reea este mai mic dect la porenirea direct. Prin aceasta se economisete enegie.

n figura 21 sunt reprezentate tensiunea i curentul care sunt n faz.

Figura 21 Tensiunea i curentul aflate n faz n convertizoarelele de frecven

Alegerea i protecia motoruluiNumai armonica fundamental a curentului duce la determinarea cuplului de rotaie n motor.

Armonicile superioare produc pierderi suplimentare i conduc la o nclzire mare a motorului fa de funcionarea acestuia n situaia alimentrii de la reea.

Motoarele prevzute pentru funcionarea reelei de convertizoare trebuiesc dimensionate corespunztor din punct de vedere al puterii. Aceast dimensionare depinde de procedeul de comand al convertizorului i se poate distinge n figura 22.

n figura 22 s-a prezentat un exemplu clasic unde frecvena motorului este de 50 Hz. Curba care apare la cca 20 Hz este datorat unei nclziri necorespunztoare la turaie mic, deoarece ventilatorul este montat pe ax (motor standard).

n exemplul unei aplicaii la acionarea unui ventilator se obsearv c momentul de rotaie crete ptratic cu rotaia. Dac acionarea necesit un moment de rotaie constant pe tot domeniul turaiei i domenii reduse de rotaii atunci avem dou posibilitii de alegere:

- supradimensionarea motorului;

dotarea motorului cu un alt ventilator.

La motoarele de construcie special factorul de reducere este deja luat n considerare pentru indicarea puterii.

Figura 22 Factorii de reducere n alegerea i dimensionarea motoarelor cu convertizoare de frecven

Domeniul de turaii indicat urmrete diagrama de sarcin. Convertorul este capabil s produc frecvene mai mari dect frecvena nominal i n acest domeniu motorul trifazic lucreaz cu diminuarea cmpului, deoarece convertorul poate produce tensiunea maxim n reeaua de alimentare.

La maina electric alimentat cu convertizor de frecven, momentul de rsturnare scade ptratic n domeniul reducerii cmpului odat cu turaia.

Pentru orice acionare este necesar s fie amplasat n circuitul de ieire un releu de protecie pentru protejerea motorului la supranclzire. Acest releu acioneaz n funcie de cldur cnd se reduce puterea de rcire la turai mici sau prin radiaii solare.

La convertizoare cu mai multe motoare n circuitul de ieire trebuie montat un releu de protecie pentru fiecare motor n parte.

Msurarea curentului i a momentului de rotaie

Cum am artat maina asincron tifazat consum curentul n funcie de alunecare. Frecvena variabil debitat de convertizor face posibil o pornire a motorului cu alunecare nominal i curent nominal. La o tensiune corespunztoare se obine momentul nominal, fcnd ca n aceast situaie s fie diminuat foarte mult curentul la conectare fa de pornirea direct.

Convertizoarele de frecven, furnizeaz pe un timp determinat, un curent mai mare dect cel nominal, pentru a face posibil pornirea anumitor acionri mai mari far o supradimensionare a convertizorului.

Figura 23 Caracteristicile motorului pentru diferite frecvene

Schimbarea sensului de rotaie i frnaren contrast cu motorul asincron pentru o reea fix la schimbarea sensului de rotaie la convertizoarele de frecven nu este nevoie de un convertor pentru protecie. Deorece cmpul de rotaie la convertizorul de frecven se formeaz electronic, este de ajuns o comand pentru a inversa sensul. Un integrator al valorii nominale este intercalat n circuitul electric.

Dac se reduce frecvena de ieire a convertizorului de frecvena i acionarea nu poate funciona la turaie nominal datorit unor cupluri ineriale se va trece la o funcionare n suprasarcin.

Frecvena cmpului de rotaie este mai mare dect frecvena de ieire a convertizorului i maina asincron reacioneaz ca un generator. Transferul de enegie se va face ctre circuitul intermediar i va duce la creterea tensiunii. Acest fenomen este permis doar la anumite maini i acionri i se procedeaz la mrirea palierului de ntrziere.

O alta metod este transferarea energiei ctre reeaua de alimentare n situaia cnd redresorul este echipat cu tiristori.Frnarea cu chopperLa convertizoarele de frecven moderne circuitul intermediar este prevzut cu chopper pentru frnare, care transform energia n impulsuri printr-un circuit cu tranzistor comandat la cretea tensiunii de ieire. Semnalul de comanad de la convertizorul de frecvena face ca rezistena s devin activ.

Dimensionarea este dependent i de rezistena frnei respective i a frecvenei de comutare. Prima se cupleaz i la deconectarea convertizorului i n acest situaie rezistena frnei descarc condensatorul circuitului intermediar.

Acionarea paralel cu comutare la ieireLa un convertizor U pot fi acionate mai multe motoare ca n cazul cilor cu role de alimentare, transfer, nlocuire i evacuare de la liniile de laminare, unde sunt legate grupuri de motoare cu puteri de 0,8 kW 4 kW.

Motoarele nu au totui aceeai turaie deoarece la acestea se modific alunecarea prin apariia suprasolicitri ca la motoarele cuplate la reeaua fix.

Motoarele pot fi cuplate i decuplate fiecare separat dar trebuie s se in seama de anumite aspecte:

la deconectare, motoarele produc vrfuri de tensiune deoarece se ntrerup sarcini inductive aceste probleme nu sunt periculoase dac motoarele sunt de puteri mici sau dac n circuit mai rmn motoare alimentate prin convertizor;

atunci cnd este vorba de ultimul motor acionat de la convertizor trebuie s ne asigurm c s-a redus la minim curentul de magnetizare n momentul comutrii.

Cele mai bune rezultate n practic s-au dovedit a fi situaia n care se prefer oprirea convertizorului, dup care se oprete i ultimul motor dup un anumit timp. Acest timp depinde de constanta de timp din motor i este de 0,5s sau ordinul secundelor.

Conectarea motoarelor n paralel creaz probleme n sensul c deconectarea unui motor n timpul funcionrii produce fa de reeaua existent o alunecare foarte mare care conduce la crearea unui curent foarte mare la pornirea altor motoare.

Convertizorul trebuie sa fie capabil s livreze un curent suficient de mare n caz contrar poate aprea un scurtcircuit i convertizorul este deconectat de la reea.

Alimentarea motoarelor n paralel se realizeaz funcie de impedana i de putere cu posibilitatea livrrii de energie ctre motorul care se deconecteaz n aa fel nct efectul descris mai sus se compenseaz.

Perifericele convertizorului de frecven necesit cheltuieli suplimentare. Pe partea reelei se afl comutatorul principal care este obligatoriu n toate acionrile.

Comparativ cu acionrile de curent continuu protecia se face cu mijloace normale de protecie. La legturile exterioare ale circuitului intermediar (ex. frna chopper) este necesar utilizarea siguranelor pe partea de reea.

Procedeul de comand al convertizorului U produce n motor pe timpul funcionrii un zgomot. Pentru diminuarea acestui zgomot se folosete la ieirea convertizorului de frecven un drosel de amortizare.Circuite de for i de comandn figurile 24 i 25 se indic poziia tiristorului. Prin aceste ventile pot fi dirijai cureni ctre sarcini ohmice, inductive i ohmice/inductive.Stabilizatoarele transform energia dintr-o reea cu tensiune i frecven constant ntr-o nou energie de tensiune variabil dar cu frecven constant.

Se unesc dou procedee de comand:

pornire cu ntrziere de faz;

- pornire cu und ntreag.

Figura 24 Stabilizator de curent alternativ

Figura 25 Stabilizator de curent alternativ trifazicComanda cu ntrzire de fazLa aceast comand fiecare jumtate de und a tensiunii reelei de alimentare este reglat prin decalarea unghiului de ntrzire rezultnd valoarea tensiunii necesare. Acest procedeu permite limitarea curentului n circuitul de sarcin i are posibilitatea validrii timpilor scuri pentru modificrile necesare.

Figura 26 Procedeul de comanda prin ntrziere de faz.

Comanda cu und ntreagModificarea valorii tensiunii se face prin selectarea undelor ntregi. Raportul dintre timpul de cuplare i cel de decuplare determin amplitudinea tensiunii. Curentul de sarcin este sinusoidal astfel nct s nu apar nici o suprasolicitare a armonicilor n reea.

Durata fazei de cuplare este reglabil i servete la obinerea unor variaii mari a rezistenei ntre stocarea la cald i rece a unui curent de cuplare limitat.

Comanda cu und ntreag se preteaz la sarcini cu constante de timp mari (de ex. nclzitoare electrice cu rezistene).

n comparaie cu comanda ntrzierii de faz la comanda cu und ntreag tensiunea este mai mic i nu este posibil o limitare a curentului prin stabilizator. Curentul se regleaz n funcie de sarcina I = U/R

Figura 27 Tensiunea obinut prin comanda cu und ntreag.

Figura 28 ntrzierea de faz la curentul de cuplare pentru sarcin ohmicFigura 29 Tensiunea i curentul urmate de mai multe unde ntregiCircuitul de comandStabilizatoarele de curent alternativ trifazate se folosesc n majoritatea cazurilor la elemete de reglaj ale puterii mpreun cu regulatoarele externe. Reglarea este efectuat relativ simplu n comparaie cu reglarea curentului sau cea a tensiunii.

Pentru reglarea cu ntrziere de faz exist dou circuite de reglaj (al tensiunii si curentului). Dac este necesar o reglare de feed-back (care face legtura ntre tensiunea de ieire a regulatorului i valoarea real) se utilizeaz un transformator de separare i un redresor dup cuplare i n acest caz circuitul de regalre are rolul i de limitare a curentului.La reglarea curentului nu se folosete circuitul de reglare al tensiunii i nu este necesar o comand extern de feeed-back.

Conform principiului undei ntregi stabilizatorul nu are un circuit intern de reglare. Valoarea prescris din exterior este chiar semnalul pentru comanda tiristoarelor. Semnalele prescrise sunt date de semnalul standard 0-10V; 0-20mA si 4-20mA.

Figura 30 Reglarea tensiunii EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

_1194970794.unknown

_1194970791.unknown

_1194970792.unknown

_1194970788.unknown

_1194970780.unknown

_1194970782.unknown

_1194970783.unknown

_1194970781.unknown

_1194970779.unknown