Metody sterowania silnikiem prądu stałego w ACS

Sterowanie silnikiem prądu stałego w ACS oznacza albo zmianę prędkości obrotowej proporcjonalnie do określonego sygnału sterującego, albo utrzymywanie tej prędkości na niezmienionym poziomie pod wpływem zewnętrznych czynników destabilizujących.

Istnieją 4 główne metody kontroli, które stosują powyższe zasady:

• sterowanie reostatem-stycznikiem;

• sterowanie przez układ „generator-silnik” (G-D);

• zarządzanie zgodnie z systemem „sterowanego prostownika-D” (UV-D);

• Sterowanie impulsowe.

Szczegółowe studium tych metod jest przedmiotem TAU i kursu Podstawy napędu elektrycznego. Rozważymy tylko główne przepisy, które są bezpośrednio związane z elektromechaniką.

Sterowanie reostat-stycznik

Powszechnie stosowane są trzy schematy:

• przy regulacji prędkości n od 0 do nnom reostat jest zawarty w obwodzie twornika (sterowanie twornikiem);

• jeśli konieczne jest uzyskanie n> nnom, reostat jest włączony w obwód OF (regulacja biegunów);

• aby regulować prędkość n <nnom i n> nnom, reostaty są zawarte zarówno w obwodzie twornika, jak iw obwodzie OF.

Powyższe schematy służą do sterowania ręcznego.Przełączanie stopniowe służy do sterowania automatycznego. Rpa i Rrv za pomocą styczników (przekaźniki, przełączniki elektroniczne).

Jeśli wymagana jest precyzyjna i płynna regulacja prędkości, liczba rezystorów przełączających i elementów przełączających musi być duża, co zwiększa rozmiar systemu, zwiększa koszty i zmniejsza niezawodność.

Zarządzanie systemem G-D

Regulacja prędkości od 0 do zgodnie ze schematem na ryc. tworzony przez dostosowanie Rv (Uzmiana od 0 do nnom). Aby uzyskać prędkość silnika większą niż nnom — zmieniając Rvd (zmniejszenie prądu OB silnika zmniejsza jego główny strumień Ф, co prowadzi do wzrostu prędkości n).

Przełącznik S1 jest przeznaczony do rewersu silnika (zmiany kierunku obrotów jego wirnika).

Ponieważ kontrola D odbywa się poprzez regulację stosunkowo małych prądów wzbudzenia D i D, można ją łatwo dostosować do zadań ACS.

Wadą takiego schematu są duże gabaryty układu, waga, niska wydajność, gdyż następuje trzykrotna konwersja przemiany energii (elektrycznej na mechaniczną i odwrotnie, a na każdym etapie występują straty energii).

Sterowany prostownik — układ silnika

Układ „sterowany prostownik – silnik” (patrz rysunek) jest podobny do poprzedniego, ale zamiast maszyny elektrycznej źródło regulowanego napięcia, składające się np. na przykład zastosowano również trójfazowy tyrystorowy prostownik elektroniczny.

Sygnały sterujące generowane są przez oddzielną jednostkę sterującą i zapewniają wymagany kąt otwarcia tyrystorów, proporcjonalny do sygnału sterującego Uy.

Zaletami takiego systemu są wysoka wydajność, niewielkie rozmiary i waga.

Wadą w porównaniu z poprzednim obwodem (G-D) jest pogorszenie warunków przełączania D z powodu tętnienia prądu twornika, zwłaszcza przy zasilaniu z sieci jednofazowej.

Sterowanie impulsowe

Impulsy napięciowe są podawane do silnika za pomocą przerywacza impulsów modulowanego (PWM, VIM) zgodnie z napięciem sterującym.

Tak więc zmianę prędkości obrotowej twornika uzyskuje się nie poprzez zmianę napięcia sterującego, ale poprzez zmianę czasu, w którym napięcie znamionowe jest dostarczane do silnika. Jest oczywiste, że praca silnika składa się z naprzemiennych okresów przyspieszania i zwalniania (patrz rysunek).

Jeżeli okresy te są małe w porównaniu z całkowitym czasem przyspieszania i zatrzymania twornika, to prędkość n nie ma czasu na osiągnięcie wartości stacjonarnych nnom podczas przyspieszania lub n = 0 podczas zwalniania do końca każdego okresu, a Ustawiona jest pewna średnia prędkość nawigacji, której wartość jest określona przez względny czas trwania aktywacji.

Dlatego ACS wymaga obwodu sterującego, którego celem jest przekształcenie stałego lub zmiennego sygnału sterującego w sekwencję impulsów sterujących o względnym czasie włączenia, który jest daną funkcją wielkości tego sygnału. Elementy półprzewodnikowe mocy są stosowane jako elementy przełączające — tranzystory polowe i bipolarne, tyrystory.