-
ACIONRI ELECTRICE PERFORMANTE CU MAINI ASINCRONE I SINCRONE
Sorin Ioan DEACONU, Gabriel Nicolae POPA, Iosif POPA,
Maria NSUDEAN, Carmen MOTORGA
ASYNCHRONOUS AND SYNCHRONOUS PERFORMANCE ELECTRIC DRIVES
Power electronics controlled high-performance AC drives belong
to high-
tech industry is one of main factors for energy saving and
productivity growth.
Cuvinte cheie: acionri electrice, convertor surs de tensiune,
convertor surs de curent, convertor matricial.
Keywords: drives, converter voltage source, current source
converter, matrix converter
1. Introducere Dou treimi din energia electric produs la nivel
mondial este consumat de sistemele de acionare electric n care
acionrile de curent alternativ (cu maini asincrone i sincrone) sunt
preponderente. n cadrul acionrilor electrice reglabile pn la
nceputul anilor 90 maina de curent continuu a deinut supremaia.
Apariia convertoarelor statice de frecven indirecte, surs de
tensiune cu dou sau mai multe nivele sau surs de curent, i a
convertoarelor directe (cicloconvertoarelor) a impulsionat ctigarea
competiiei n acest domeniu de ctre mainile de curent alternativ
[1], [2], [3].
249
-
Obinerea turaiei variabile are un domeniu de puteri cuprins ntre
civa wai i zeci de megawai. De la acest tip de acionri se poate
obine:
- un maximum de eficien la conversia energiei electrice n
energie mecanic;
- o reglare continu a vitezei unghiulare, fr ocuri, un reglaj de
cuplu, acceleraie, poziie etc;
- funcionarea stabil n regimuri dinamice; - utilizarea uoar cu
interfee prietenoase.
Teoria mainilor electrice, a controlului i electronica de putere
au avut i au un rol hotrtor n dezvoltarea sistemelor automate de
acionri electrice [3], [4]. 2. Convertoare statice utilizate n
sistemele de acionare
electric reglabil
Componentele electronice de putere cele mai utilizate n
convertoarele statice sunt semiconductoarele de putere metal-oxid,
de tip tranzistor cu efect de cmp (MOSFET) sau tranzistor bipolar
cu poart izolat (IGBT), respectiv la aplicaiile de foarte mare
putere tiristorul cu poart comutabil (IGCT). Se utilizeaz de
asemenea i modulele inteligente de putere. Pentru domeniul
tensiunilor, frecvenelor i temperaturilor ridicate se dezvolt
dispozitive semiconductoare noi bazate pe siliciu-carbon (SiC) [1],
[3].
a) b) Fig. 1 Invertor surs de tensiune cu cinci nivele
a) topologie; b) forma de und la ieire
250
-
Convertoarele surs de tensiune sunt cele mai utilizate n
aplicaiile industriale. n cazul unei topologii cu dou nivele de
tensiune valoarea maxim a tensiunii de ieire este de 690 V.
Convertoarele moderne cu nou nivele de tensiune pot furniza la
ieire 6 kV.
n figura 1, a se prezint o topologie de invertor cu cinci nivele
de tensiune, forma de und la ieire fiind dat n figura 1, b. De
asemenea o topologie cu apte nivele este prezentat n figura 2, a,
iar forma de und n figura 2, b [1], [5], [6].
a) b)
Fig. 2 Invertor surs de tensiune cu apte nivele a) topologie; b)
form de und la ieire
Aceste convertoare alimenteaz motoare asincrone. Convertoarele
surs de curent sunt prevzute cu redresor
comandat prin intermediul crora se furnizeaz un curent continuu
constant n circuitul intermediar, prevzut cu o inductivitate de
netezire.
Invertorul este similar ca i structur cu cel de la convertoarele
surs de tensiune. La ieirea acestuia este necesar un filtru
capacitiv care s atenueze vrfurile de curent (di/dt) pentru a
proteja nfurrile motorului.
Aceste convertoare pot alimenta att motoare asincrone ct i
motoare sincrone. n figura 3 se prezint un convertor bidirecional i
formele de und ale tensiunii i curentului [1], [2], [5].
251
-
a)
b) c)
Fig. 3 Convertor surs de curent a) topologie bidirecional; b)
forma de und a tensiunii
c) forma de und a curentului Convertoarele directe transform
direct tensiunea i frecvena de
la ieire, fr circuit intermediar de curent continuu.
Dimensiunile sunt mai reduse dar schema de comand este complex i
domeniul de variaie al frecvenei este limitat (figura 4) [1],
[6].
a) b) Fig. 4 Convertor de frecven direct
a) topologie; b) forma de und a tensiunii
Convertoarele matriciale fac parte tot din categoria
convertoarelor directe. Ele conecteaz prin intermediul a nou
elemente semiconductoare bidirecionale fiecare faz de la intrare
cu
252
-
fiecare faz de la ieire permind circulaia curentului n ambele
sensuri.
Dimensiunile acestuia sunt reduse fiind preferate n aplicaiile
din domeniul industriei auto i aviatice.
Convertorul matricial indirect este compus dintr-un redresor
trifazat comandat, un circuit intermediar virtual i un invertor
trifazat. n locul elementelor bidirecionale se utilizeaz elemente
unidirecionale conectate n antiparalel, schema de comand fiind mai
simpl.
n figura 5 se prezint un convertor matricial direct, iar n
figura 6 dou convertoare matriciale indirecte [1], [5], [6].
a) b)
Fig. 5 Convertor matricial direct a) topologie; b) forma de und
a tensiunii
a) b)
Fig. 6 Convertoare matriciale indirecte
3. Concluzii Convertoarele statice permit controlul acionrilor
electrice care
se regsesc n toate domeniile industriale i mai nou rezideniale.
n lucrare s-au prezentat principalele topologii de convertoare
utilizate n special n acionrile de putere mare i foarte mare.
253
-
BIBLIOGRAFIE
[1] Kazmierkowski, M.P., Franquelo, L.G., Rodriguez, J., Perez,
M.A., and Leon,J., High-Performance Motor-Drives, IEEE Industrial
Electronics Magazine, September, 2011, pp. 6-26. [2] Bose, B.K.,
Control and Estimation Techniques of High Power Variable Speed AC
Drives, IEEE Power Electronics Society Newsletter, Fourth Quarter
2011, pp. 31-38. [3] Wu, B., High-Power Converters and AC Drives,
IEEE Press/John Wiley, Piscataway, Hoboken, 2006. [4] Rodriguez,
J., Bernet, S., Wu, B., Pontt, J., and Kouro, S., Multilevel
voltage-source-converter topologies for industrial medium-voltage
drives, IEEE Trans. Ind. Electron, vol. 54, no. 6, pp. 2930-2945,
Dec., 2007. [5] Rodriguez, J., Franquelo, L., Kouro, S., Leon,
J.I., Portielo, R., Prats, M.M., and Perez, M., Multilevel
converters: An enabling technology for high-power applications,
Proc. IEEE, vol. 97, no. 11,pp. 1786-1817, Nov. 2009. [6] Kouro,
S., Malinowscki, M., Gopakumar, K., Pou, J., Franquelo, J., Wu, B.,
Rodriguez, J., Perez, M.A., and Leon J.I., Recent advances and
industrial applications of multilevel converters, IEEE Trans. Ind.
Electron., vol. 57, no. 8, pp. 2553-2580, August 2010.
Conf.Dr.Ing. Sorin DEACONU
Facultatea de Inginerie Hunedoara Universitatea Politehnica
Timioara, membru AGIR,
membru IEEE, membru AAIR e-mail: [email protected]
ef lucr.Dr.Ing. Gabriel Nicolae POPA Facultatea de Inginerie
Hunedoara, Universitatea Politehnica Timioara
membru AGIR, membru IEEE, membru AAIR e-mail:
[email protected]
Conf.Dr.Ing. Iosif POPA Facultatea de Inginerie Hunedoara,
Universitatea Politehnica Timioara
membru AGIR e-mail: [email protected] Drd.Ing. Maria
NSUDEAN
Facultatea de Inginerie Hunedoara, Universitatea Politehnica
Timioara membru AGIR
e-mail: [email protected] Ing. Carmen MOTORGA
Universitatea Politehnica Timioara Facultatea de Inginerie
Hunedoara e-mail: [email protected]
254
