ISTOSMJERNI ELEKTROMOTORNI POGONI – – ISTOSMJERNI PRETVARA ČI I.

1. ISTOSMJERNI ELEKTROMOTORNI POGONI– – ISTOSMJERNI PRETVARAČI I.

2. Kod servopogona važna je brzina i točnost odziva. Istosmjerni servo-pogoni se još uvijek upotrebljavaju, unatoč rastućoj popularnosti izmjeničnih servopogona. Jedini im je nedostatak komutator s četkicama. Razlog njihove upotrebe je u tome što elektromagnetski moment ovisi linearno o armaturnoj struji.

3. Prijenosna funkcija kT= kE = Kb Blokovski dijagram motora i tereta (bez povratnih veza) Izveli smo (za TWL = 0):

4. Ili preglednije: Uvid u ovu prijenosnu funkciju može se dobiti ako se zanemari trenje (B1 = 0). Ako je J = Jmdobije se:

5. Mehanička vremenska konstanta: Električka vremenska konstanta: Budući da je: može se zamijeniti: pa se dobije:

6. Fizikalno značenje električke vremenske konstante Ona određuje kako brzo raste armaturna struja na skokovitu promjenu armaturnog napona. Električka vremenska konstanta τe, pretpostavlja se da jebrzina ωm konstantna.

7. Fizikalno značenje mehaničke vremenske konstante Ona određuje kako brzo raste brzina vrtnje na skokovitu promjenu armaturnog napona, ako se uzme da je električka vremenska konstanta zanemariva prema mehaničkoj (tj. armaturna skokovito poraste).

8. Uočite da armaturnu struju ograničuje pretvarač, tako da je moment motora KbIamaks. Mehanička vremenska konstanta τm; pretpostavlja se da je moment tereta konstantan.

9. Zahtjevi na istosmjerni pretvarač (analogni su onima za fazno upravljive pretvarače) • Pretvarač mora dati oba polariteta napona i oba smjera struje (četverokvadrantni rad). • Pretvarač mora moći raditi u strujnom načinu upravljanja održavajući struju na maksimumu tijekom ubrzanja i usporenja. Dinamički strujni limit obično je nekoliko puta veći od trajne nazivne struje motora. • Srednji izlazni napon pretvarača mora ovisiti linearno o uprav-ljačkom signalu, neovisno o opterećenju motora. • Pretvarač mora davati armaturnu struju dobrog faktora oblika (omjer efektivne i srednje vrijednosti), da bi pulzacije momenta i brzine bile što manje. • 5. Odziv pretvarača na upravljački signal mora biti što brži, tj. pretvarač mora imati konstantno pojačanje i ne smije imati mrtvo vrijeme.

10. Čoper opterećen otporom sprječava prenabijanje kapaciteta u kočnom načinu rada. Pretvarač za servopogone (s četverokvadrantnim istosmjernim pretvaračem)

11. Izmjenjivač s utisnutim naponom opterećen sinusnom mrežom

12. Upravljanje snagom Neka je vac zadan. Napon va može biti u bilo kojem “faznom položaju” Φ. Mijenjanjem Φ mijenja se i amplituda i faza osnovnog harmoničkog člana struje. Tako se upravlja snagom izvora vac. Izvor može davati i preuzimati snagu. Ako vakasni za vac, izvor vac daje snagu. To je još jedan način upravljanja snagom (pored δ).

13. Valovitost armaturne struje U ustaljenom stanju može se uzeti da je brzina vrtnje motora konstantna (tromost je dovoljno velika). Ako se još pad napona na otporu armature može zanemariti, vrijedi: Dodatno zagrijavanje motora iznosi približno: Ir je efektivna vrijednost valovitosti struje armature.

14. Bipolarna širinskoimpulsna modulacija Može se pokazati da je valovitost armaturne struje najveća, ako je srednja vrijednost napona jednaka nuli i ako sve sklopke vode jednako dugo. Slijedi:

15. N

16. ia

17. Unipolarna širinsko-impulsna modulacija Može se pokazati da je valovitost armaturne struje najveća, ako je srednja vrijednost napona jednaka Vd/2 i ako sve sklopke vode jednako dugo. Slijedi:

18. ia N

20. Nelinearnost upravljačke karakteristike zbog sigurnosnog intervala Sigurnosni interval se uvodi između, primjerice, trenutka otvaranja, gornje sklopke TA+ i zatvaranja donje sklopke TA–. Tako se izbjegava prospoj. Istosmjerni reverzibilni pretvarač

21. Zato, upravljačka karakteristika izgleda ovako: Uzmimo da kod odabrane brzine vrtnje treba reverzirati moment (tj. Ia). Neka je armaturni otpor zanemariv. Tada, da bi se održao jednak armaturni napon, treba upravljački napon skokovito promijeniti. Tijekom ove skokovite promjene moment prolazi kroz nulu.

22. Objašnjenje nelinearnosti upravljačke karakteristike

24. Pojednostavnjenja četverokvadrantnog istosmjernog pretvarača Potrebno kočenje, nije potrebno reverziranje brzine vrtnje Nije potrebno kočenje, nije potrebno reverziranje brzine vrtnje a) Dvokvadrantni pretvarač. b) Jednokvadrantni pretvarač.

25. Povoljno je ako je sklopna frekvencija konstantna. Tada su konstantni sklopni gubici (jednostavno optimiranje hlađenja) i fiksni su harmonici (jednostavno optimiranje filtra). Jednokvadrantni istosmjerni pretvarač

26. Dvokvadrantni istosmjerni pretvarač

27. Opis rada četverokvadrantnog istosmjernog pretvarača Četverokvadrantni istosmjerni pretvarač

28. Rad u prvom kvadrantu (motorni rad prema naprijed) Pozitivna struja i pozitivni napon trošila. EMS pozitivna. Pozitivna struja, napon trošila jednak nuli. EMS pozitivna.

29. Neisprekidana struja trošila

30. Napon na trošilu jednak je induciranoj EMS (nema pada napona na Ra i La jer ne teče struja). Isprekidana struja trošila

31. Upravljanje istodobnim uklapanjem i isklapanjem T1 i T2 nije dobro zbog: – dvostruko većih sklopnih gubitaka, – povećanja gubitaka u kabelima između izvora i pretvarača (energija titra između izvora i pretvarača), – povećanja vibracija (zbog veće brzine mijenjanja struje) i – povećanja naprezanja izolacije (zbog veće brzine mijenjanja napona).

32. Rad u drugom kvadrantu (kočni rad prema natrag) T1 Pozitivna struja inegativni napon trošila. T2 EMS negativna. Tokom energije iz trošila u izvor upravlja se ili tranzistorom T1 ili tranzistorom T2. Uočite: moguć je tok energije iz trošila u izvor i ako je EMS manja od napona izvora.

33. Rad u trećem kvadrantu (motorni rad prema natrag) Negativna struja i negativan napon trošila. EMS negativna.

34. Rad u četvrtom kvadrantu (kočni rad prema naprijed) Negativna struja i pozitivni napon trošila. EMS je pozitivna.

35. Ulazni dio istosmjernog pretvarača

36. Usmjerivač za vraćanje energije u mrežu proradi kada istosmjerni napon postane previsok.

37. Upravljanje kod servopogona Strujno ograničenje djeluje tek onda kada struja tereta treba biti veća od struje Iamax.Za vrijeme tih intervala, izlaz regulatora brzine vrtnje je prigušen, a struja se održava na Iamax sve dok se brzina ne približi željenoj vrijednosti. Upravljanje bez unutarnje povratne veze

38. Izbor parametara servopogona • Valovitost armaturne struje (uzrokuje valovitost momenta) i dodatno zagrijavanje armature obrnuto je proporcionalno umnošku induktiviteta armature motora i sklopne frekvencije pretvarača. • Mrtvo područje upravljačke karakteristike (prijenosne karakteristike) pretvarača (pogoršava karakteristike pogona) proporcionalno je umnošku sklopne frekvencije pretvarača i sigurnosnog intervala prospoja. • 3. Sklopni gubici pretvarača proporcionalni su umnošku sklopne frekvencije i vremena uklapanja odn. isklapanja.

39. Zaključci u svezi s istosmjernimelektromotornim pogonima • 1. Zbog mehaničkog kontakta između segmenata komutatora i četkica, istosmjerni motor traži periodičko održavanje. Zbog iskrenja između ove dvije površine, istosmjerni motori nisu pogodni za neke okoliše. • Kod istosmjernih motora magnetski tok se stvara ili tokom struje kroz uzbudni namot ili stalnim magnetima smještenim na statoru. Elektromagnetski moment proporcionalan je magnetskom toku i armaturnoj struji. To ga čini idealnim za servopogone. • Inducirana protuelektromotorna sila na priključcima armaturnog namota proporcionalna je magnetskom toku i brzini vrtnje rotora. • Istosmjerni motor ima jednostavnu prijenosnu funkciju. Ona služi za proučavanje njegovog dinamičkog ponašanja.

40. 5. Armaturna struja velikog faktora oblika (omjer efektivne i srednje vrijednosti) uzrokuje pretjerano zagrijavanje armature, iskrenje na kolektoru i pulzacije momenta. 6. Slabljenjem magnetskog toka moguće je upravljati brzinom vrtnje većom od nazivne. 7. Faktor snage kojim elektromotorni pogon opterećuje pojnu mrežu i harmonici struje koje elektromotorni pogon injektira u pojnu mrežu ovise o tipu upotrijebljenog pretvarača: fazno upravljanom pretvaraču ili istosmjernom pretvaraču u sklopnom načinu rada.

41. Zadatak 6.1. Razmotrite istosmjerni motor sastalnim magnetima sljedećih parametara: Tnazivno = 10 Nm nnazivno =3700 okr/min KT = 0,5 Nm/A (Te = KTIa) KE =53 V/(k·okr/min) (Ea = Keωm) Ra = 0,37 Ω τe =4,05 ms τm =11,7 ms Izračunajte armaturni napon u ustaljenom stanju, ako motor treba dati moment od 5 Nm kod brzine vrtnja od 1500 okr/min.

42. Zadatak 6.2. Prijenosna funkcija neopterećenog i neupravljanog istosmjernog motora je: Izrazite GωV(s) u sljedećem obliku: Izračunajte D i ωn za servomotor iz zadatka 6.1. Nacrtajte Bodeov dijagram za GωV(s). U zadatku nije rečeno što je D. Da li možete otkriti?

43. Zadatak 6.3. Za servomotor iz zadatka 6.1. Izračunajte i nacrtajte vremenski tijek brzine vrtnje ωm za skokovit porast armaturnog napona od 10 V (servomotor je neopterećen i nije upravljan).

44. Zadatak 6.4. Servomotor iz zadatka 6.1. Napaja se iz istosmjernog pretvarača spojenog na istosmjerni napon od 200 V. Izračunajte valovitost od vrha do vrha struje motora kod bipolarne modulacije širine impulsa. Motor je opterećen momentom 5 Nm pri brzini vrtnje od 1500 okr/min. Sklopna frekvencija je 20 kHz.

45. Zadatak 6.5. Izradite zadatak 6.4. za slučaj unipolarne modulacije širine impulsa.