Sisteme de reglare cu orientare după câmp a mașinii de curent alternativ

INTRODUCERE

Maşina asincronă are o pondere importantă în acţionările electrice datorită avantajelor pe care le au comparativ cu alte maşini: construcţia simplă şi robustă, fiabilitate ridicată, cost redus.

Dezavantajele acţionărilor cu maşini asincrone constau în dificultăţile la modificare în limite largi şi economice a vitezei şi în faptul că înrăutăţesc factorul de putere.

Motorul asincron cu rotorul în colivie este maşina cea mai simplă constructiv, robustă şi sigură în exploatare. Maşinile cu inele oferă însă posibilităţi mai bune de modificare a vitezei.

Maşina cu rotorul în colivie simplă are cuplul de pornire Mp mic şi nu poate fi mărit cu rezistenţe ca la maşina cu inele, iar curentul de pornire este mare Ip=(6…8)IN, determină un şoc care poate fi periculos la porniri repetate. De aceea de obicei nu se fabrică maşini cu colivii simple peste 100 KW. Pentru a creşte Mp şi a reduce Ip se fabrică maşini cu rezistenţă mărită în rotor, cu bare înalte, cu dublă şi triplă colivie. Aceste maşini se construiesc până la puteri de 500 KW şi chiar cu funcţionare intermitentă sau de scurtă durată.

Ceea ce se remarcă în această lucrare este modul de deducere a modelului matematic al maşinii asincrone trifazate cu rotorul în scurtcircuit, modul de orientare după câmp a modelului precum şi implementarea acestuia în mediul Simulink de programare.

Reglarea cu orientare după câmp demonstrează posibilitatea de control ( a vitezei, poziţiei, cuplului) în vederea obţinerii unor performanţe ridicate în ceea ce priveşte timpii de răspuns, suprareglajul şi randamentul conversiei energiei.

Primele aplicaţii în comanda cu orientare după câmp au fost făcute cu componente analogice. Motivele de cost au împiedicat această tehnologie avansată să se extindă în anii 70. Schemele de control erau bazate pe alimentarea cu tensiune mare la frecvenţă variabilă a motorului. Folosindu-se apoi IGBT şi procesoare de semnal orientarea după câmp a devenit schema de control standard pentru maşinile asincrone.

În ultimii ani cercetarea s-a concentrat pe extinderea orientării câmpului prin reglarea vitezei.

D.p.d.v. al performanţei reglarea cu orientare după câmp, în acţionările de curent alternativ e mai bună decât în acţionările de curent continuu.

Maşina asincronă utilizată în sistemele de acţionare reglabile ridică o serie de probleme legate de alimentarea lor de la convertoare statice de frecvenţă şi datorită complexităţii reglării. Mărimea de reglare este determinată de caracterul convertorului de alimentare, cu care se poate regla curentul sau tensiunea de ieşire, respectiv fazorul spaţial al curentului sau tensiunii statorului maşinii asincrone.

În vederea reglării vitezei s-a recurs la procedee de reglare bazate pe principiul orientării după câmp.

Acest principiu constă matematic din raportarea modelului maşinii la un sistem de axe legat de fazorul spaţial al fluxului statoric, rotoric sau întrefier.

Toate aceste trei orientări vor fi prezentate în capitolele ce urmează.

În prima parte a acestei lucrări sunt prezentate elementele constructive de bază privind maşina asincronă trifazată dar şi fazorii spaţiali aplicaţi în sistemele de reglare ai acestei maşini.

Capitolul 2 cuprinde ecuaţiile maşinii asincrone necesare pentru a forma modelul dinamic în conceptul utilizării în sistemele de reglare.

În capitolul 3 este prezentată comanda cu orientare după câmpul rotoric, statoric şi din întrefier.

În capitolul 4 sunt evidenţiate valorile parametrilor motorului asincron trifazat precum şi modul de realizare a invertorului trifazat de tensiune.

În capitolul 5 sunt prezentate calculele necesare proiectării invertorului trifazat.

În capitolul 6 sunt introduse rezultatele implementării.

În capitolul 7 este realizată o analiză economică a acestei lucrări.

Capitolul 8 cuprinde norme de protecţia muncii.

În finalul lucrării sunt prezentate câteva concluzii cu privire la sistemele de reglare cu orientare după câmp.

CAPITOLUL 1

NOŢIUNI GENERALE

1.1. ELEMENTE CONSTRUCTIVE DE BAZĂ PRIVIND

MAŞINA ASINCRONĂ TRIFAZATĂ

Maşina asincronă trifazată are două părţi constructive:

- partea fixă stator (inductor);

- partea mobilă rotor (indus).

Statorul este alcătuit din: miezul feromagnetic, înfăşurarea trifazată, carcasa,

cutia de borne şi dispozitivul de portperie.

Rotorul este alcătuit din: axul rotoric, miezul feromagnetic, înfăşurarea rotorică, inele colectoare, ventilatorul.

Miezul feromagnetic statoric este realizat din tole de oţel electrotehnic cu grosimea de 0,5 mm, izolate cu lac sau prin oxidare. Miezul feromagnetic este echipat cu crestături la periferia interioară.

Înfăşurarea statorică este realizată din conductoare de Cu şi este trifazată. Înfăşurările de fază sunt decalate cu unghiul geometric de 2/3p.

Înfăşurarea se conectează fie în stea, fie în triunghi.

În stator se obţine câmp magnetic rotitor pe cale electrică.

Miezul feromagnetic rotoric este la rândul lui realizat din tole de oţel electrotehnic cu grosimea de 0,5 mm. La unele variante constructive tolele nu su mai izolează între ele, deoarece la acest motor în regim staţionar frecvenţa curentului este mică, iar pierderile în acest miez pot fi reglate.