180577. lajstromszámú szabadalom • Áramkorlátozással ellátott tirisztoros táplálású egyenáramú motoros fordulatszámszabályozó kapcsolási elrendezés
3 180577 4 még az igényesebb, általános célú szabályozott hajtások sem elégítik ki a fenti követelményeket. A tirisztoros áramirányítóról táplált, hálózati kommutációs egyenáramú motoros hajtásoknál irányváltásra és visszatáplálós fékezésre a legnagyobb működési sebességet, legelőnyösebb dinamikus tulajdonságokat a köráramos megoldások jelentik. A gyakorlatban elterjedt megoldást — egyenáramú szervohajtásoknál — kezdetben az egyfázisú hálózatról üzemelő tirisztoros hídkapcsolású áramirányító nyújtotta, ahol a legkisebb rendszámú harmonikus 100 Hz. Később a köráramos, háromfázisú megoldások terjedtek el, elsősorban — a teljesítmény-nagyságrend miatt — a kivezetett csillagpontos kapcsolások, ahol a legkisebb rendszámú harmonikus 150 Hz, majd az igényesebb esetekben azok a hídkapcsolások kerültek alkalmazásra, ahol a legkisebb rendszámú harmonikus frekvencia 300 Hz volt. Az előbbiekben vázolt követelményrendszer alapján elsősorban szervohajtások, de különleges gyorsasági igényű, más egyenáramú hajtások esetén is szükséges, hogy a teljes rendszer vágási körfrekvenciája — a megfelelő dinamikai tulajdonságok pl. a megkívánt működési sebesség elérése érdekében — 100—200 rad/s legyen, míg a hagyományos hajtásoké 10—20 rad/s. A szervohajtások esetén a nagy dinamikus követelmény és ugyanakkor a teljesítmény-nagyságrend miatti viszonylag kis elektromechanikai időállandó esetén problémát jelenthet pl. a 150 Hz-es áram felharmonikus tartalom, mivel annak co = 910 rad/sec felel meg, így csillapítása az előírt működési tartományban nem éri el a kívánt mértéket. Ez azt jelenti, hogy a forgórész a táplálásban meglévő 100, 150, esetleg 300 Hz-es rezgést, remegést át tudja venni, ami megjelenik a vele egytengelyen lévő tachometer generátorokban is, azaz a fordulatszám-visszaesatoló jelben. Ez pedig a szabályozás által ki nem küszöbölhető lengéseket, remegéseket eredményezhet. A legkisebb harmonikusú áram hatása simító fojtótekercsekkel jól csökkenthető lenne — mint az a normál egyenáramú hajtásoknál szokásos — de ez a rendszer villamos időállandóját meg nem engedhető mértékben megnövelné. Egy tipikus egyenáramú hajtás blokkvázlatszerű felépítését mutatja az 1. ábra. Az egy- vagy háromfázisú hálózatra általában Tr transzformátoron keresztül csatlakozik az egy- vagy háromfázisú kivezetett csillagpontos vagy hídkapcsolású Ái áramirányító, igényesebb 4 térnegyedes hajtás esetén 2 készlet áramirányítóval, melyek köráramos kivitelben a Lk köráram-korlátozó fojtón keresztül vannak összekapcsolva. Körárammentes vezérlés esetén az LB köráram-korlátozó fojtok feleslegesek. Az M motor armatúra körében helyezkedik el általában az L„ simító fojtótekercs és az áramérzékelésre szolgáló R, sönt, melynek jelét ma már általában optocsatolón keresztül viszik be a szabályozó körbe a galvanikus szétválasztás biztosítására. Az M motor tengelyén lévő TG tachométer generátor adja a fordulatszám-ellenőrző jelet. A szabályozókörök felépítése — majdnem kizárólag a tirisztoros áramirányítós hajtások esetén — alárendelt áramszabályozással — mely a korlátozási feladatot is megoldja — kiegészített fordulatszám-szabályozás. Az áram- és fordulat-szám-visszacsatoló jelek jelformáláson és szűrésen keresztül -— A,, T,, ill. A„, T„ — kerülnek az általában Pl típusú áram és nBIrt fordulatszám-szabályozókba. A GV gyújtásszögvezérlő biztosítja a tirisztorok gyújtóimpulzusait. Két készlet áramirányító esetén a KV köráramvezérlő köráram-vezérlést, köráram-szabályozást vagy körárammentes működést biztosít megfelelő elektronikus érzékelő és jelfeldolgozó áramkörökkel. A sorozatban gyártott egyenáramú hajtások áram felharmonikus tartalma maximálisan 10—15%, amit az alkalmasan megválasztott L, simító fojtótekercs biztosít. így az áram viszszacsatoló jel megkívánt szűrési időállandójának elegendő kb. 10-—15 ms-ot választani, amivel az általában megkívánt működési sebesség elérése nem problematikus. A nagy működési sebességet, gyors dinamikát igénylő egyenáramú hajtások, elsősorban szervohajtások esetén azonban rögtön felmerül néhány probléma az 1. ábrán látható megoldással kapcsolatban. Ezek rendre a következők. A gyors működés érdekében az armaturaköri villamos időállandót nem célszerű lényegesen megnövelni, tehát a simító fojtótekercs méretét ez is megszabja. Ha ebből a szempontból választjuk a fojtót, akkor viszont az áram hullámossága nő meg, sokszor 50%-ig. Ez esetben viszont ahhoz, hogy sima áramellenőrző jelet kapjunk, a szűrési időállandónak legalább a 100 ms-os nagyságrendbe kell esnie. Mint már említettük, a szervohajtásoknál megkívánt „eredő” gyorsulási és fékezési időállandó 50 ms. Ez azt jelenti, hogy az egész áramszabályozás vagy áramkorlátozás megvalósítása problematikus lesz, első közelítésben megoldhatatlannak tűnik. Ha viszont kis fojtótekercs van a kis villamos időállandó érdekében, akkor a felharmonikus nyomatékok szerepe megnő és a kisebb teljesítmények tartományában már a forgórész is ézékeli ezeket, tehát megjelennek a fordulatszám-visszacsatoló jelben is. Éppen a felsorolt alapvető problémák magyarázzák azt, hogy a gyors működésű szervohajtások kezdetben nem rendelkeztek áramkorlátozóval, ill. áramszabályozóval. Ebben az esetben a gyorsító áramot lényegében a táptranszformátor dropja és a motor ellenállása szabja meg. Ez az áram kb. hat-tízszerese a névlegesnek a rendkívül rövid — néhányszor 10 ms-os —gyorsítási, fékezési időtartamban. Ezt a szerszámgépeken alkalmazott motorok általában még elviselik, bár névleges fordulatszám környékén már kommutációs problémák jelentkezhetnek. A tirisztoros áramirányítót viszont teljesítményben túl kellett méretezni. Ezeket a megoldásokat még ma is használják, de az előbb felsorolt hátrányokat nem tudták kiküszöbölni. Egy nagy előnyük, hogy elkerülik az áramérzékeléssel és korlátozással, ill. szabályozással kapcsolatos alapvető nehézségeket. A felsorolt, motorra és áramirányítóra egyaránt káros nagy áramlökések hátrányos sajátosságai miatt az áramkorlátozás megoldása elkerülhetetlenné vált. Már az 1. ábrával kapcsolatban láttuk az alapvető problémákat . A jelenlegi megoldások a fentiekben leírt alap5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
