Regulacja napięcia stałego

Obecnie, zarówno w przemyśle, jak i w sferze cywilnej, istnieje wiele instalacji, napędów elektrycznych, technologii, w których zasilanie nie wymaga przemiennego, lecz stałego napięcia. Takie instalacje obejmują różne maszyny przemysłowe, sprzęt budowlany, elektryczne silniki transportowe (metro, trolejbus, wózek widłowy, samochód elektryczny) i inne różnego rodzaju instalacje prądu stałego.

Napięcie zasilania dla niektórych z tych urządzeń musi być zmienne, aby na przykład zmienny dopływ prądu do silnika elektrycznego prowadził do odpowiedniej zmiany prędkości obrotowej jego wirnika.

Jednym z pierwszych sposobów regulacji napięcia prądu stałego jest regulacja za pomocą reostatu. Następnie możemy przywołać obwód silnik - generator - silnik, w którym ponownie poprzez regulację prądu w uzwojeniu wzbudzenia generatora uzyskano zmianę parametrów roboczych silnika końcowego.

Ale systemy te nie są ekonomiczne, są uważane za przestarzałe, a systemy regulacyjne są znacznie bardziej nowoczesne. oparty na tyrystorach. Regulacja tyrystora jest bardziej ekonomiczna, bardziej elastyczna i nie prowadzi do wzrostu ogólnych parametrów masowo-wymiarowych instalacji. Najpierw jednak pierwsze.

Regulacja reostatyczna (regulacja za pomocą dodatkowych rezystorów)

Regulacja za pomocą łańcucha szeregowo połączonych rezystorów pozwala na zmianę prądu i napięcia silnika elektrycznego poprzez ograniczenie prądu w jego obwodzie kotwiczącym. Schematycznie wygląda jak łańcuch dodatkowych rezystorów połączonych szeregowo z uzwojeniem silnika i połączonych między nim a dodatnim zaciskiem źródła zasilania.

Niektóre rezystory mogą być w razie potrzeby bocznikowane przez styczniki, aby odpowiednio zmienić prąd w uzwojeniu silnika. Wcześniej w napędach elektrycznych trakcyjnych ta metoda regulacji była bardzo rozpowszechniona, a ze względu na brak alternatyw konieczne było znoszenie bardzo niskiej wydajności ze względu na znaczne straty ciepła na opornikach. Oczywiście jest to najmniej skuteczna metoda - nadmiar mocy jest po prostu rozpraszany w postaci niepotrzebnego ciepła.

Rozporządzenie w sprawie silnika - generatora - układu silnika

Tutaj napięcie do zasilania silnika prądu stałego uzyskuje się lokalnie za pomocą generatora prądu stałego. Silnik napędowy obraca generator prądu stałego, który z kolei zasila silnik siłownika.

Regulację parametrów pracy silnika siłownika uzyskuje się poprzez zmianę prądu uzwojenia wzbudzenia generatora. Prąd uzwojenia pola generatora jest wyższy - im wyższe napięcie jest dostarczane do silnika końcowego, tym niższy prąd pola generatora - odpowiednio niższe napięcie jest dostarczane do silnika końcowego.

Ten system na pierwszy rzut oka jest bardziej wydajny niż zwykłe rozpraszanie energii w postaci ciepła przez rezystory, ale ma też swoje wady. Po pierwsze, system zawiera dwie dodatkowe, dość duże, elektryczne maszyny, które wymagają okresowej konserwacji. Po drugie, system jest bezwładny - podłączone trzy maszyny nie są w stanie gwałtownie zmienić kursu. W rezultacie ponownie wydajność jest niska. Jednak przez pewien czas takie systemy były używane w fabrykach w XX wieku.

Metoda kontroli tyrystora

Wraz z pojawieniem się urządzeń półprzewodnikowych w drugiej połowie XX wieku stało się możliwe stworzenie niewielkich regulatorów tyrystorowych do silników prądu stałego.Silnik prądu stałego został teraz po prostu podłączony do sieci prądu przemiennego przez tyrystor, a zmieniając fazę otwarcia tyrystora, stało się możliwe uzyskanie płynnej kontroli prędkości wirnika wirnika silnika. Ta metoda pozwoliła na przełom w podnoszeniu wydajności i prędkości przekształtników do zasilania silników prądu stałego.

Metoda sterowania tyrystorem jest teraz stosowana, w szczególności, do kontrolowania prędkości obrotowej bębna w automatycznych pralkach, w których szybki silnik kolektora służy jako napęd. Mówiąc uczciwie, zauważamy, że podobna metoda regulacji działa w ściemniaczach tyrystorowych, które mogą kontrolować jasność jarzenia żarówek.

Sterowanie oparte na PWM z łączem AC

Prąd stały jest przetwarzany przez falownik na prąd przemienny, który jest następnie zwiększany lub zmniejszany przez transformator, a następnie rektyfikowany. Napięcie wyprostowane jest przykładane do uzwojenia silnika prądu stałego. Być może dodatkowe regulacja impulsu przez modulację PWM, wówczas uzyskany efekt wyjściowy jest nieco podobny do regulacji tyrystora.

Obecność transformatora i falownika w zasadzie prowadzi do wzrostu kosztów całego systemu, jednak nowoczesna podstawa półprzewodnikowa pozwala budować konwertery w postaci gotowych małych urządzeń zasilanych z sieci prądu przemiennego, gdzie transformator kosztuje impuls wysokiej częstotliwości, w wyniku czego wymiary są małe, a wydajność już osiąga 90 %

Kontrola impulsów

Układ kontroli impulsów silników prądu stałego jest podobny do impulsu Konwerter DC-DC. Ta metoda jest jedną z najnowocześniejszych i jest dziś stosowana w samochodach elektrycznych i wdrażana w metrze. Łącze konwertera obniżającego napięcie (dioda i cewka indukcyjna) jest łączone w obwodzie szeregowym z uzwojeniem silnika, a poprzez regulację szerokości impulsów dostarczanych do ogniwa osiągają wymagany średni prąd przez uzwojenie silnika.

Takie systemy kontroli impulsów, w rzeczywistości - konwertery impulsów, charakteryzują się wyższą wydajnością - ponad 90% i mają doskonałą prędkość. Oferuje wspaniałe możliwości odzysk energii, co jest bardzo ważne w przypadku maszyn o dużej bezwładności i samochodów elektrycznych.