7/25/2019 L6a-x_v5

1/8

1

Lucrarea 6a

Reglarea vitezei motorului asincron cu rotor n colivie

alimentat de la un invertor de curent cu stingere autonom

1.GeneralitiInvertoarele sunt convertoare electronice de putere care convertesc energia sursei

de curent continuu (c.c.) n energie de curent alternativ (c.a.) cu parametrii corespunztoriaplicaiei.

La invertoarele cu comutaie forat, comutaia este realizat folosind energianmagazinat ntr-o component proprie a invertorului (n cazul invertorului de curentdiscutat n lucrare n condensatoarele de stingere). Dispozitivele electronice de puterefolosite n aceste invertoare la puteri mici i medii pot fi tranzistoare bipolare (BT),tranzistoare cu efect de cmp (MOSFET), tranzistoare cu poart izolat (IGBT) iar la puterimari tiristoare cu electrod de stingere (GTO) sau tiristoare rapide prevzute cu circuit destingere.

Invertoarele cu comutaie forat sunt folosite foarte frecvent n acionri electricecu motoare de c. a.

2.Consideraii teoretice

Invertorul de tensiune

Dac la ieirea invertorului este controlat tensiunea i curentul se formeaz libervorbim de invertor de tensiune (Voltage Source Inverter VSI). Sursa de curent continuu de lacare se alimenteaz invertorul de tensiune trebuie s fie cu caracter de surs de tensiune. npractic acest lucru este asigurat de prezena unui condensator de mare capacitate conectat

n paralel pe bornele de ieire ale sursei. Schema tipic a unui invertor trifazat de tensiunecare alimenteaz o sarcin inductiv activ (de ex. motor de c. a.) este redat n figura 2.1a), unde dispozitivele electronice de comuta ie comandate sunt simbolizate princomutatoare ideale. Se observ cinvertorul are trei brae corespunztoarecelor trei fazeale tensiunii de ieire. Fiecare bra conine dou comutatoare, unu conectat la bara pozitiva sursei de c.c., celalalt conectat la bara negativ. Se observ n schem prezena diodelor

de curent invers legate n paralel cu fiecare dispozitiv de comutaie, care n anumite etapede funcionare a invertorului asigur cale de nchidere spre surs a curenilor din fazelesarcinii. Dioda de multe ori nu apare ca i o component distinct ci este integrat ndispozitivul de comutaie.

Pentru generarea sistemului trifazat de tensiuni, comanda comutatoarelor se facedecalat cu /3 n secvena numerotrii dispozitivelor (T1-T2-T3-T4-T5-T6) rezultnd un decalajde 2/3 ntre comutatoarele din partea pozitiv a punii - T1-T3-T5- i acelai decalaj de 2/3

ntre comutatoarele din partea negativ a punii - T2-T4-T6dupcum se vede n figura 2.1b). Liniile ngroate reprezint starea de conducie a dispozitivelor. Din condiia c nu pot ficomandate simultan cele dou comutatoare de pe acelai bra al invertorului (pentru a evita

scurtcircuitarea sursei), rezult c durata maxim ct poate conduce un comutator este radiani. Cu aceast strategie de comand tensiunea de linie pe bornele sarcinii se va

7/25/2019 L6a-x_v5

2/8

2

compune din pulsuri de amplitudine Udrespectiv -Udseparate de o pauz. Tensiunile de fazvor fi compuse din pulsuri de 2Ud/3 i Ud/3 fr pauze cum se vede pe figura 2.1 b).

Valoarea efectiv a fundamentalei tensiunii de linie este:

(2.1)

iar valoarea efectiv a tensiunii de linie este:

(2.2)

Dup cum se poate observa, valoarea efectiv a tensiunii alternative aplicate sarciniipoate fi modificat prin modificarea amplitudinii tensiunii Uda sursei de c.c. de alimentare a

invertorului (de exemplu, prin folosirea unui redresor comandat), deci prin modulare deamplitudine. Frecvena tensiunii sarcinii este stabilit de frecvena secvenei impulsurilor decomand.

Invertorul de curent

Dac la ieirea invertorului este controlat curentul imprimat sarcinii i tensiunea seformeaz liber vorbim de invertor de curent (Current Source Inverter CSI). Invertorul decurent este alimentat de la o surs de curent continuu cu caracter surs de curent (sau de lao surs de tensiune n serie cu o inductan, care i confer caracter surs de curent).

Curentul generat de surs este comutat de invertor pe fazele sarcinii. Comutatoarele staticedin structura invertorului de curent sunt dispozitive semiconductoare comandabile

a)

b)

Fig. 2.1. a)Schema de principiu a unui invertor trifazat de tensiune ib)diagrama de comand (sus); formele de und a tensiunii de linie ntre fazele R-S (mijloc);

a tensiunii de faz (uR), fundamentala acesteia (uRf1), a curentului din faza R (iR) (jos).

id

uRS

Ud

T1

iT1 iD1

D6

T

D3T3

iT3 iD3

D4

iD4

T4

iT4

D1

iD6iT6

T6

T5

iT5 iD5

D2

iD2

T2

iT2

D5

R

C

S

2

Ud

2

Ud

uST

uR uS uT

+

-

t

t

uRSUd

2

T1T3

T5

T2T4 T6T6

T1T5

comanda

N

P

t

-Ud

0t

uR,iR2Ud/3

Ud/3

0

-2Ud/3-Ud/3

uRf1 uRiR

7/25/2019 L6a-x_v5

3/8

3

unidirecionale fr s mai fie nevoie de diodele de curent invers. Schema tipic a unuiinvertor trifazat de curent este redat n figura 2.2 a). Se observ prezena bobinei L cuinductivitate mare, nseriat n circuitul de alimentare a invertorului, care asigur caracterulde generator de curent al sursei de c.c..

Secvena de comand a comutatoarelor este n ordinea T 1-T3-T5 pentru partea

pozitiv a punii i cu decalaj de /3 a comutatoarele T2-T4-T6din partea negativ a punii.Durata de conducie a unui dispozitiv este de 2/3, reprezentat prin liniile ngroate ndiagrama de comand din figura 2.2. b). Secvena de comand trebuie s asigure permanento cale de curent prin fazele sarcinii spre surs. Curentul dintr-o faz a sarcinii se compunedin pulsuri de curent de amplitudine Idegal cu amplitudinea curentului sursei Id.

a) b)

Fig. 2.2. Schema de principiu a unui invertor trifazat de curent iformele de und a curentului n faza R i S.

a)Schema de principiu a unui invertor trifazat de curent.b)diagrama de comand (sus)i formele de und a curentului (iR), a fundamentalei acestuia (iRf1), a

tensiunii fazei R (uR)(mijloc), i curentul din faza S (iS) (jos).

Valoarea efectiv a fundamentalei curentului de faz a sarcinii este:

(2.3)iar valoarea efectiv a curentului de faz a sarciniieste:

(2.4)Reglarea amplitudinii curentului de sarcin se face tot prin modulaie de amplitudine

modificnd curentul imprimat de surs. Frecvena curentului sarcinii este stabilit defrecvena secvenei impulsurilor de comand.

id

uRS

Ud

T1

iT1

T

T3

iT3

T4

iT4 iT6

T6

T5

iT5

T2

iT2

R

S uST

uR uS uT

+

-

L

t

t

iR,uR

Id

2

T1T3

T5

T2T4

T6T6

T1

comanda

N

P

t

-Id

0

t

iS

0

-Id

iRf1 uR

iRId

7/25/2019 L6a-x_v5

4/8

4

Invertoare cu stingere autonom

n schemele prezentate anterior, blocarea unui comutator este legat de intrarea nconducie a comutatorului urmtor. Fazorul spaial al mrimii comutate (tensiune saucurent) pe sarcin va avea ase poziii distincte, astfel vrful fazorului se va deplasa pe un

hexagon. Acest mod de funcionare este cunoscut sub numele de funcionare cu und plindreptunghiular nemodulat de ase tacturi (n literatura strin numit six -full-step).Acest mod este uor implementabil chiar cu dispozitive care nu se pot bloca prin comand(de exemplu tiristor), blocarea dispozitivului n conducie fiind asigurat de circuite destingere relativ simple, activate de amorsarea dispozitivului de comutaie care urmeaz sconduc. Invertoarele care funcioneaz n acest mod sunt cunoscute sub denumireainvertoare cu stingere autonom sau invertoare cu stingere autosecvenial. Acest modde stingere poate fi aplicat att invertoarelor de tensiune ct i invertoarelor de curent.

Controlul frecvenei mrimii de ieire a invertorului se realizeaz prin modificareacorespunztoare a frecvenei de aplicare a secvenei impulsurilor de comand a

comutatoarelor statice. Controlul amplitudinii mrimii de ieire poate fi realizat prinmodulaie n amplitudine sau modulaie n lime a pulsului.

Invertoare de curent cu stingere autonom

n cele ce urmeaz este prezentat un invertor de curent cu stingere autonom carealimenteaz un motor de inducie conform schemei din figura 2.3.

Fig. 2.3. Schema invertorului trifazat de curent cu stingere autonom.

Dispozitivele de comutaie folosite n schem sunt tiristoarele T1...T6, conectate ctedou pe fiecare bra al invertorului.

Secvena de comand este identic cu ceea descris n paragraful precedent pentruinvertorul de curent. Durata de conducie a fiecrui tiristor este 120. ntre catoziitiristoarelor (att din partea pozitiv ct i negativ a invertorului) sunt conectate

R

T1

T3

T5

Ds1

Ds2

Ds3

C1

C3 C5

Ds4

Ds6

Ds2

T4

T2

T6

D1

D3

D5

D4

D6

D2

C4

C6 C2

R+ -

LDC LDC

MI

P N

R S T

7/25/2019 L6a-x_v5

5/8

5

condensatoarele de stingere C1...C6. Condensatorul Ci (i=16) conectat la tiristorul Ti estencrcat cu polaritate + spre catodul lui Tiastfel amorsarea lui Ti+2conecteaz Ciparalel pe Ticu polaritate de blocare, asigurnd stingerea lui Ti.

Fig. 2.4. Principalele forme de und ale invertorului trifazat de curent.

Exist o durat scurt de timp n care se suprapune conducia tiristorului T i (care afost n conducie) cu conducia tiristorului T i+2(care intr n conducie), dup care T ise stingei Ti+2 conduce. n acest timp i condensatorul Ci se descarc i se rencarc cu polaritateopus. n urmtoarea etap de funcionare condensatorul iari se descarc i se rencarcla polaritatea iniial, fiind pregtit pentru urmtoarea stingere a lui T i. Diodele de separareDs1...Ds6 nu permit descrcarea condensatoarelor de stingere, iar diodele de supresareD1...D6asigur protecie pentru tiristoare mpotriva supratensiunii. Caracterul generator decurent al sursei de c.c. este asigurat de bobinele LDC amplasate n cele dou ramuri ale

invertorului.

iR,uR

comand

N

P

-Id

0

iS,uS

uR

iR

Id

T1 T3 T5

T2 T4 T6T6

T1

iT1,3,5

t

Id T3 T5

Id

iT2,4,6

C2

C5 C1 C3

T1

-Id

0

uS

Id

iS

0

0

uC1,3,5

uC2,4,6

t

t

t

t

t

t

t

iT,uT

-Id

0

uT

Id

iT

t

C4 C6 C2

T6 T2 T4

7/25/2019 L6a-x_v5

6/8

6

n funcionare, invertorul va conecta totdeauna dou faze ale sarcinii la circuitul dealimentare de c. c. prin intermediul a dou comutatore electronice, unul din partea pozitivP i unul din partea negativ N. Astfel sunt posibile 6 situaii n care conduc cte doutiristoare T1-T2, T2-T3, ... T6-T1. Formele de und ale invertorului sunt artate n figura 2.4.

Datorit strategiei de comand, fazorul curentului din fazele motorului de inducie va

avea ase poziii distincte fixe aa cum se vede n figura 2.5. corespunztoare celor asetacturi de funcionare. La trecerea de la o poziie la alta vrful fazorului de curent sedeplaseaz pe latura hexagonului format de vrfurile fazorilor din poziiile fixe. Avnd nvedere c tensiunea se formeaz liber, acesta va avea o evoluie sinusoidal, deci vrfulfazorului se va deplasa pe un cerc.

Fig. 2.5. Fazorii spaiali de curent i tensiune ai fazelor motorului de inducie

alimentat de la invertor trifazat de curent; (

fazorul de curent,

fazorul de tensiune).

n practic, peste formele de und se suprapun componente de comutaie, n momentulcnd pe faza respectiv comut curentul.

3.Montajul experimental

Legend:ATRAutotransformator trifazat ATR-8REDRESOR 1Punte redresoare (0300 V/10A).REDRESOR 2Redresor (230 V, 10 A).INVERTORInvertor cu stingere autonom.

Ampermetre 0-20 A.Ampermetru 0-1 A.Voltmetru 0-150 Vcc.Voltmetru 0-250 Vcc.Voltmetru 0-250 V~.Frencvenmetru, wattmetru, cosfimetru.Reostat 440 .Reostat 190 .Comutator monopolar.Comutator tripolar.Date de catalog:

MCCMotor de curent continuu MIMotor de inducie

1

a

dfaza R

faza Sfaza T

a2

q

j

suprapunerea

fazelor RS

dI

3

2

12

3

4 5

6

fi

1fu

7/25/2019 L6a-x_v5

7/8

7

turaia de sincronism

Fig. 3.1. Montajul experimental.

4.Mersul lucrrii

1.

Se realizeaz montajul din figura 3.1.2. Se pornete invertorul, fixnd o frecven de 20 Hz.3. Se alimenteaza ATR, se inchide K2 i se ridic ncet tensiunea la . Se

urmareste pornirea motorului fara a depasi curentul Is = 5 A cu K1 deschis. Sealimenteaz excitaia Mcc de la REDRESOR-2, fixnd cu curentul de excitaie .

4. Se fixeaz , i se modific frecvena cu comutatoruldeschis. Se fac msurtori in gol i se trec n tabel.Cu ajutorul frecvenmetrului se citesc frecvena, factorul de putere , respectiv puterea .

5. Se repet punctul 4 pentru

; 160V

6.

Cu , la frecvene fixe (20, 30 , 40 , 50 Hz) cu deschis si pe urma nchisse modific curentul de sarcin din reostatul la valori diferite pentru ,(0 - 5 A)

7/25/2019 L6a-x_v5

8/8

8

fr s se depeasc cuplul critic al motorului de inducie. Se fac msurtori i setrec n tabel.

7. Se ridic urmtoarele caracteristici:a. caracteristica de comand () la diferite tensiuni la

frecvente variabile

i curentul

.(in gol)

b.

caracteristicile mecanice () pentru la diferite frecvene .c. caracteristicile () i () pentru la diferite

frecvene i curentul (2A)8. Relaii de calcul:

, , , .

Nr.crt. [V] [A] [V] [A] n[rpm] [Hz] [V][A] [W] [%] [%] [rad/s] 12

34

5

67

8

91011

1213

1415

16

17

18

1920

21

22

2324

25

26

27