Část pohony a výkonová elektronika 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Regulace otáček asynchronních motorů Regulace otáček stejnosměrných cize buzených motorů Regulace otáček krokových motorů Jednopulzní usměrňovač Jednofázový můstek Trojpulzní usměrňovač Trojfázový můstek Princip řízených usměrňovačů Střední hodnota usměrněného napětí Výkonová dioda Tyristor Spínací tranzistor Nepřímý měnič kmitočtu s proudovým meziobvodem Nepřímý měnič kmitočtu s napěťovým meziobvodem Pulzně šířková modulace Regulace otáček asynchronních elektromotorů měničem kmitočtu s napěťovým meziobvodem Elektromagnetická kompatibilita u frekvenčních měničů Filtry pro omezení rušení Stínění Chlazení elektrických strojů,značka IC
Část pohony a výkonová elektronika 1.Regulace otáček asynchronních motorů Regulace otáček asynchronních motorů vychází ze základní rovnice ns =
60 ⋅ f p
n = n s − s ⋅ n s = n s ⋅ (1 − s )
ns =
n=
n 1− s
60 ⋅ f ⋅ (1 − s ) p
Z této poslední rovnice platí, že otáčky motoru závisí na frekvenci napájecího napětí, na velikosti skluzu a na počtu pólových dvojic resp. pólů. Efektivně jde měnit otáčky asynchronního elektromotoru změnou frekvence. K tomu slouží moderní prvky výkonové elektroniky aplikované v měničích frekvence.
Zapojení měniče frekvence s napěťovým meziobvodem a asynchronního elektromotoru
Momentové charakteristiky asynchronního elektromotoru při řízení změnou frekvence Změna počtu pólů je možná jen u motorů s přepínatelným počtem pólů. Vyrábějí se motory pro přepínání dvou nebo tří otáček. Dvouotáčkové motory jsou většinou s přepínáním počtu pólů v poměru 1:2(tzv. systém Dahlander). Trojotáčkové motory mají navíc jedno samostatné vinutí s větším počtem pólů pro malé otáčky.
Momentové charakteristiky dvouotáčkového asynchronního elektromotoru 4/2 póly D/YY.
Změna skluzu vyžaduje motory s kroužkovou kotvou. Na rotor se připojuje rezistor nebo se rotor napájí skluzovým napětím.
Asynchronní motor s kroužkovou kotvou a rezistorem
Kroužkový asynchronní motor se skluzovým napětím v rotoru
Část pohony a výkonová elektronika 2.Regulace otáček stejnosměrných cize buzených motorů
Regulace otáček stejnosměrných cize buzených elektromotorů vychází ze základní rovnice
Ω=
U − Ra ⋅ I k ⋅φ
,
Ω=
2 ⋅π ⋅ n 60
To znamená, že otáčky mohu regulovat změnou čitatele nebo změnou jmenovatele nebou změnou obou. Jmenovatel nesmí být nikdy roven 0 jinak by otáčky rostly teoreticky do nekonečna a došlo by ke zničení motoru (motor vyletí střechou), to znamená nesmí vypadnout z funkce buzení stroje.
Zapojení cize buzeného stejnosměrného motoru
1) otáčkové charakteristiky měněné napětí kotvy U 2) otáčkové charakteristiky měněné napětím kotvy a odbuzováním (snižováním Ib) Momebt je přímo úměrný proudu kotvy podle rovnice
M = k ⋅ϕ ⋅ I
Část pohony a výkonová elektronika 3.Regulace otáček krokových motorů
Princip řízení reluktančního krokového motoru Řídící jednotka se skládá z výkonové části (polovodičové spínače fází) a řídící části, ve které jsou generovány řídící impulsy pro výkonovou část a jsou zde regulační prvky. Při rozhodování o vhodnosti krokového pohonu pro danou aplikaci řešíme problém z hlediska komplexu obecných vlastností krokových motorů. Musíme znát: 1. Zátěžný moment na hřídeli motoru 2. Velikost kroku 3. Moment setrvačnosti zátěže 4. Pracovní kmitočet odpovídající požadované rychlosti 5. Dobu rozběhu 6. Dobu brždění 7. Způsob řízení Vinutí motoru může být bipolární nebo unipolární. Například u čtyřpólového statoru se bipolárnární vinutí skládá ze dvou soustav cívek a1,a2 a b1,b2 .
Cívky mohou být buzeny: 1. po pólech – vždy jen jedna soustava cívek je buzena 2. normálově – vždy dva sousední póly jsou buzeny a výsledný vektor má směr uprostřed mezi póly 3. s polovičním krokem – buzení v cyklu jedna soustava cívek, dvě soustavy, jedna soustava, atd.
Unipolární vinutí se skládá ze dvou cívek na každém pólu, přičemž každá je buzena pouze v jednom směru. To znamená, že proud ve vinutí teče vždy stejným směrem. Klesne tak spotřeba tranzistorů a je rychlejší odezva přechodného děje.
Část pohony a výkonová elektronika 4.Jednopulzní usměrňovač
Část pohony a výkonová elektronika 5.Jednofázový můstek
Část pohony a výkonová elektronika 6.Trojpulzní usměrňovač
Část pohony a výkonová elektronika 7.Trojfázový můstek
Část pohony a výkonová elektronika 8.Princip řízených usměrňovačů
Pod pojmem řízené usměrňovače máme usměrňovače řízené fázově řízenými polovodičovými prvky nebo spínacími prvky na usměrněné straně. - fázovým řízením sepnutí polovodičového prvku se řídí střední hodnota usměrněného napětí používají se PCT tyristory(phase controled tyristors) - spínáním a vypínáním usměrněného napětí se řídí střední hodnota výstupního napětí(vypínací tyristory GTO, IGCT a spínací tranzistory IGBT)
Část pohony a výkonová elektronika 9.Střední hodnota usměrněného napětí
Střední hodnota je aritmetický průměr okamžitých hodnot za pevný časový úsek T. Např. střední hodnota půlvlny sinusového napětí je T
1 1 1 I d = ⋅ ∫ i ⋅ dt = ⋅ ∫ I m ⋅ sin ωtdt = ⋅ I m ⋅ [− cos ωt ] T 0 T π
π 0
=
1
π
⋅ I m ⋅ [+ 1 + 1] =
2
π
⋅ Im
Část pohony a výkonová elektronika 10.Výkonová dioda
Výkonové diody se výrábějí ve dvou základních provedeních: - pastilkové - domečkové
Jsou vyráběny na bázi křemíku technikou legování. Podle způsobu použití se vyrábějí jako: - rychlé, pro spínací účely - pomalé, pro usměrňovací účely Výrobní rozdíly : - usměrňovací diody mají malý úbytek napětí v propustném směru a relativně vysoké vypínací ztráty
-
rychlé spínací diody mají nízké vypínací ztráty a vyšší odpor v propustném směru.
Usměrňovací diody se používají převážně v usměrňovačích (jednofázové a třífázové můstky). Každá dioda má paralelně připojený RC člen, který omezuje přepěťové přechodné děje generované ve fázi vypínání na přijatelnou úroveň. Rychlé spínací diody se používají jako omezující diody pro rychlé vypínací tyristory GTO a v napěťových měničích.
Řez diodovým čipem
Použití rychlých diod
Část pohony a výkonová elektronika 11.Tyristor
Stejně jako u výkonových diod rozlišujeme i u tyristorů mezi rychlými a pomalými tyristory. Pomalé tyristory se používají u síťových aplikací spojených s fázovým řízením a označují se jako PCT tyristory. Jsou optimalizovány pro frekvence 50-60Hz. Použití v řízených usměrňovačích a regulátorech sřídavého napětí nebo softstartérech. Rychlé spínací tyristory většinou s bránovým vypínacím efektem označované jako GTO nebo IGCT tyristory. Použití ve střídačích a pulsních zdrojích. Pro zvýšení jmenovitých parametrů se tyto prvky řadí do serie (zvýšení závěrného napětí) nebo paralelně (zvýšení propustného proudu).
Řez GTO tyristorem
Část pohony a výkonová elektronika 12.Spínací tranzistor
Používají se bipolární tranzistory a IGBT tranzistory, které se pro použití v aplikacích nabízejí v modulovém provedení, např. jednofázové poloviční můstky nebo plné trojfázové můstky.
Hlavní rozdíl mezi bipolárním tranzistorem a IGBT tranzistorem je ve způsobu jak je prvek řízen. IGBT je řízen napětím na MOS struktuře, zatímco bipolární tranzistor(PCT, GTO) jsou řízeny proudem přímo na přechodu PN. Energie požadovaná k řízení IGBT je většinou zanedbatelná ve srovnání s energií pro řízení bipolárního tranzistoru. Aplikace bipolárních tranzistorů a IGBT tranzistorů je ve výkonové elektronice zcela omezena na spínací operace.
Část pohony a výkonová elektronika 13.Nepřímý měnič kmitočtu s proudovým meziobvodem
Část pohony a výkonová elektronika 14.Nepřímý měnič kmitočtu s napěťovým meziobvodem
Část pohony a výkonová elektronika 15.Pulzně šířková modulace
Část pohony a výkonová elektronika 16.Regulace otáček asynchronních elektromotorů měničem frekvence s napěťovým meziobvodem
Usměrňovač může být řízený nebo neřízený, rekuperační nebo bez možnosti rekuperace. V případě, že máme usměrňovač neřízený, který nemůže rekuperovat energii zpět do sítě, musí být ve stejnosměrném meziobvodu zajištěno spotřebování energie z generátorického režimu motoru. Stejnosměrná část mezi usměrňovačem a střídačem se nazývá stejnosměrný meziobvod.
Momentové charakteristiky asynchronního motoru pro různé frekvence. Podmínkou je konstantní poměr U/f, tj. napětí motoru a frekvence. V oblasti od nulových otáček po jmenovité je moment motoru konstantní a pro vyšší otáčky moment klesá, protože se musí dodržet konstantní výkon.
Část pohony a výkonová elektronika 17.Elektromagnetická kompatibilita u frekvenčních měničů
Elektromagnetická kompatibilita EMC se zabývá schopností různých elektrických zařízení pracovat v těsné blízkosti bez vzájemné interference. EMC znamená , že systém nebude produkovat nepřijatelně vysoké úrovně vedených nebo vyzařovaných signálů, které by mohly způsobit interference u jiných, správně navržených přístrojů. Systémy jsou navrženy tak, že běžné úrovně nevedou ke zhoršení jejich funkce, Musí mít adekvátní úroveň odolnosti proti rušení. Interference Jakýkoli elektrický nebo elektromagnetický rozruch, který rušivě působí na normální činnost elektrického systému může být nazýván elektromagnetickou interferencí EMI.
Část pohony a výkonová elektronika 18.Filtry pro omezení rušení
Elektrický filtr je síť indukčností, kondenzátorů a rezistorů, která je uspořádána tak, aby zeslabovala vedenou interferenci. Měřítkem vlastnosti filtru je vložný útlum, který vyjadřuje schopnost filtru odstranit nežádoucí šum. Filtry mohou být ve tvaru T-článku, ∏-článku, L-článku.
Část pohony a výkonová elektronika 19.Stínění
Stínění znamená uzavření elektromagnetické energie do určité oblasti, čímž se sníží vyzařování zařízení a zlepší jeho odolnost. Účinnost stínění kovových uzávěrů je závislá na materiálu, kmitočtu a typu rušení. Elektromagnetické záření se skládá z elektrického pole E a magnetického pole H a poměr E/H se mění v závislosti na vzdálenosti od zdroje. Materiály s velkou vodivostí např. měď odrážejí více energie než např. ocel nebo hliník. Pro odstínění se mohou použít kovové materiály, protože odraznost všech je veliká. Díry v krytech způsobují únik záření v případě, když se rozměr štěrbiny blíží vlnové délce kmitočtu. Kabely v jakémkoli systému fungují jako antény a je to nejcitlivější místo systému stínění. Musí se provádět minimalizace délky vedení. V nejhorším případě je kabeláž provedena izolovanými vodiči a zpětný spoje je proveden kovovou kostrou spojenou se zemí. Takový způsob uspořádání téměř vylučuje ochranu proti interferenci.
Část pohony a výkonová elektronika 20.Chlazení elektrických strojů, značka IC IC x xx xx
První číslice 0-9 popisuje uspořádání chladícího systému Písmeno-číselný výraz na druhém místě charakterizuje primární chladící systém Písmeno-číselný výraz na třetím místě charakterizuje sekundární chladící systém například Znak A vzduch H vodík N dusík W voda U olej Číslice
0 1 2 3 4 5
volný okruh přívod potrubím odvod potrubím přívod a odvod potrubím povrchové chlazení vestavěný tepelný výměník
