Regulace stejnosměrného napětí

Dnes, jak v průmyslu, tak v civilní sféře, existuje mnoho instalací, elektrických pohonů, technologií, kde napájení nevyžaduje střídavé, ale stálé napětí. Mezi takové instalace patří různé průmyslové stroje, stavební zařízení, elektrické dopravní motory (metro, trolejbus, vysokozdvižný vozík, elektrické auto) a další stejnosměrné instalace různých druhů.

Napájecí napětí pro některá z těchto zařízení musí být variabilní, takže například změna napájecího proudu pro elektromotor vede k odpovídající změně rychlosti otáčení jeho rotoru.

Jedním z prvních způsobů regulace stejnosměrného napětí je regulace pomocí reostatu. Potom si můžeme vzpomenout na obvodový motor - generátor - motor, kde opět úpravou proudu v budícím vinutí generátoru došlo ke změně provozních parametrů finálního motoru.

Tyto systémy však nejsou ekonomické, jsou považovány za zastaralé a regulační systémy jsou mnohem modernější. na základě tyristů. Regulace tyristorů je ekonomičtější, flexibilnější a nevede ke zvýšení celkových hmotnostně-rozměrových parametrů instalace. Nejdříve však první.

Reostatická regulace (regulace s dalšími odpory)

Regulace pomocí řetězu sériově zapojených odporů umožňuje měnit proud a napětí elektromotoru omezením proudu v jeho kotevním obvodu. Schematicky to vypadá jako řetěz dalších odporů zapojených do série k vinutí motoru a připojených mezi ním a kladnou svorkou zdroje energie.

Některé odpory mohou být podle potřeby posunuty stykači tak, aby se proud vinutí motoru odpovídajícím způsobem změnil. Dříve byla u trakčních elektrických pohonů tato metoda regulace velmi rozšířená a pro nedostatek alternativ bylo nutné se vyrovnat s velmi nízkou účinností kvůli značným tepelným ztrátám na odporech. Je zřejmé, že se jedná o nejméně efektivní metodu - přebytečná energie se jednoduše rozptýlí ve formě zbytečného tepla.

Regulace systému motoru - generátoru - motoru

Zde se napětí pro napájení stejnosměrného motoru získává lokálně pomocí stejnosměrného generátoru. Hnací motor otáčí generátorem stejnosměrného proudu, který zase napájí motor pohonu.

Regulace provozních parametrů servomotoru se dosáhne změnou proudu budicího vinutí generátoru. Proud vinutí pole generátoru je vyšší - čím vyšší napětí je dodáváno do finálního motoru, tím nižší je proud pole pole generátoru - nižší napětí, respektive, je dodáváno do finálního motoru.

Tento systém je na první pohled účinnější než prosté rozptylování energie ve formě tepla přes odpory, ale má také své nevýhody. Za prvé, systém obsahuje dva další, poměrně velké, elektrické stroje, které je třeba z času na čas opravit. Za druhé, systém je inerciální - připojené tři stroje nejsou schopny ostře změnit svůj průběh. Výsledkem je opět nízká účinnost. Po určitou dobu se však tyto systémy používaly v továrnách ve 20. století.

Metoda řízení tyristorů

S příchodem polovodičových zařízení ve druhé polovině 20. století bylo možné vytvořit malé tyristorové regulátory pro stejnosměrné motory.Stejnosměrný motor byl nyní jednoduše připojen k síti střídavého proudu prostřednictvím tyristoru a změnou fáze otevírání tyristoru bylo možné dosáhnout plynulého řízení rychlosti rotoru motorového rotoru. Tato metoda umožnila průlom ve zvyšování účinnosti a rychlosti převodníků pro napájení stejnosměrných motorů.

Metoda tyristorového řízení se nyní také používá zejména k řízení rychlosti otáčení bubnu v automatických pračkách, kde jako pohon slouží vysokorychlostní motor kolektoru. V rovině si všimneme, že podobná metoda regulace funguje u tyristorových stmívačů, které mohou řídit jas záře žárovek.

Řízení založené na PWM s AC spojením

Stejnosměrný proud je přeměněn střídačem na střídavý proud, který je pak transformátorem zvýšen nebo snížen a poté usměrněn. Usměrněné napětí je přivedeno na vinutí stejnosměrného motoru. Možná další pulzní regulace pomocí PWM modulace, pak je dosažený výstupní efekt poněkud podobný regulaci tyristorů.

Přítomnost transformátoru a střídače v zásadě vede k nárůstu nákladů na systém jako celek, moderní polovodičová základna však umožňuje stavět převodníky ve formě hotových malých zařízení napájených střídavým proudem, kde transformátor stojí vysokofrekvenční impuls a v důsledku toho jsou rozměry malé a účinnost již dosahuje 90 %

Impulzní kontrola

Impulzní řídicí systém stejnosměrných motorů je ve své konstrukci podobný impulzu Převodník DC-DC. Tato metoda je jednou z nejmodernějších a dnes se používá v elektrických automobilech a je implementována v metru. Vazba sestupného převodníku (dioda a induktor) je kombinována v sériovém obvodu s vinutím motoru a úpravou šířky impulsů přiváděných do spoje dosahují požadovaného průměrného proudu skrz vinutí motoru.

Takové systémy řízení pulzů, ve skutečnosti pulzní převodníky, se vyznačují vyšší účinností - více než 90% a mají vynikající rychlost. Nabízí skvělé příležitosti pro energetické využití, což je velmi důležité pro stroje s vysokou setrvačností a pro elektromobily.