Variatoare de tensiune alternativa

Variatoare de tensiune alternativa

1.Introducere.Prezentare generala

Variatoarele de tensiune alternativa sunt utilizate pentru alimentarea controlata cu energie electrica a consumatorilor in aplicatii de tip electrotermie, din industria sticlei, ceramicei, industria metalurgica, industria cimentului, precum si pentru incalzirea mediului ambiant din halele industriale.

CARACTERISTICI TEHNICE -Puterea nominala: 3,5600 kW
-Tensiunea de alimentare: 3 x 220 Vef; 3 x 380 Vef; 3 x 660 Vef -Variatia tensiunii de alimentare: + 10%, - 15%
-Frecventa tensiunii de alimentare: 50±2 Hz
-Tensiunea de iesire pe sarcina rezistiva: 098%Ualim.
-Constanta reglarii tensiunii: ±5%
-Constanta reglarii curentului de sarcina: ±5%
-Semnalul de comanda: 420 mAc.c.; 210 mAc.c.; 010 Vc.c.
-

Variatoarele de tensiune alternativa asigura protectie la:

- inversarea succesiunii fazelor de alimentare
- supracurent, supratemperatura radiatoare
- lipsa ventilatie fortata

- sistem de semnalizare si blocare

Gradul de protectie: IP 41/ IP 40
Temperatura de functionare ambianta: 040° C
Temperatura de stocare: -5+40° C
Umiditatea relativa: 90%

Corespunzator domeniului de aplicatie, sistemul de comanda se executa pentru tensiuni de iesire cu trenuri de unda sinusoidala complete sau chopate. La solicitari exprese se poate lua in discutie orice parametru in functie de cerintele beneficiarului.

Schema functionala este prezentata in figura de mai jos:

Variatorul de tensiune alternativa este trifazat.In schema de mai sus, este prezentat in varianta semicomandat.Se observa prezenta pe fiecare faza a cate unui tiristor si a unei diode.

Deasemenea se observa prezenta atat a transformatoarelor de curent cat si a celor de tensiune.Sarcina poate sa fie rezistiva sau rezistiv inductiva.Variatorul se poate realiza si in constructie monofazata.Desemanea, in cazul in care se realizeaza in constructie comple comandata se pot utiliza triace( construite cu 2 tiristoare in antiparalel).

2.Comanda tiristoarelor

O metoda raspandita de comanda a tiristoarelor conventionale la variatoarele de tensiune alternativa este cea care utilizeaza oscilatoare de relaxare realizate cu componente electronice de mica putere cu caracteristica curent-tensiune cu rezistenta negativa, cum este si tranzistorul unijonctiune (TUJ).

O schema de comanda care foloseste TUJ este descrisa in figura de mai jos.

Pentru sincronizarea unghiului de comanda al tiristorului cu tensiunea retelei de alimentare se foloseste frecvent schema in care tensiunea de polarizare a TUJ este obtinuta prin redresarea dubla alternanta si limitarea tensiunii retelei prin intermediul unei diode zenner.
  Schema se preteaza mai putin la miniaturizare, care ar fi de dorit de exemplu atunci cand vrem sa montam variatorul intr-o doza de aparat in locul clasicului intrerupator ST, din cauza rezistentei de putere care polarizeaza dioda zener.

Circuitele de curent alternativ care permit controlul puterii dezvoltate in sarcina prin comanda unghiului de intarziere in conductie a tiristorului, se pot configura si astfel incat oscilatorul de relaxare sa fie alimentat chiar cu tensiunea de pe tiristor, deci o sincronizare nu cu tensiunea retelei ci cu tensiunea anodica a tiristorului.
O astfel de schema, care nu necesita rezistente de putere, e prezentata in continuare, fiind executata practic in 5 variante de cablaj (PCB). Rezistenta R4 s-a calculat astfel incat la valoarea maxima a tensiunii de retea sa nu se depaseasca tensiunea maxima interbaza ce poate fi suportata de TUJ.
Dioda D5 preintampina circulatia curentului in elementele circuitului de comanda in timpul alternantelor negative. Intrucat pe tiristor avem deja tensiunea redresata, ea ar putea lipsi in aplicatia de fata. Am lasat-o, totusi, pentru a proteja TUJ-ul daca puntea D1-D4 se defecteaza.

O schema asemanatoare, care difera de precedenta prin circuitul de polarizare al TUJ-ului, este prezentata in continuare.

O alta schema pentru comanda tiristoarelor este descrisa in figura urmatoare:

Unul din avantajele acestui sistem de comanda pe grila a tiristoarelor este ca poate fi folosit si pentru comanda tuturor tipurilor de convertoare c.a./c.c. utilizand doar un soft adecvat pentru fiecare caz in parte. Schema logica de comanda si reglare, de principiu este prezentata in figura de mai sus.

Regulatorul de tensiune (tip PI), regulatorul de curent (tip PI) si dispozitivul de comanda pe grila sunt implementate soft, sistemul avand ca suport hardware un microprocesor PHILIPS din

familia 8051, pe 8 biti. Sistemul de reglare este de tip PI format din doua regulatoare convergente, un bloc de achizitie marimi si un bloc de limitare curent sau tensiune.

Semnalele de intrare (reactia de curent Ir, reactia de tensiune Ur si frecventa retelei) sunt preluate cu ajutorul unor traductoare de tip HALL. Esantioane din aceste semnale sunt prelevate la

momente de timp bine stabilite si sunt transformate in semnale numerice pentru a putea fi prelucrate.

Impunerea de curent Ip si impunerea de tensiune Up sunt prestabilite si memorate intr-o memorie nevolatila de tip EEPROM. Impunerea de tensiune/curent si reactia de tensiune /curent sunt preluate si prelucrate de blocul regulator. Semnalul rezultat este tensiunea de comanda pentru dispozitivul de comanda pe grila tiristoarelor. Impulsurile de comanda sunt generate sincronizat cu tensiunea retelei si in functie de frecventa acesteia. Tipul de reglare este conceput cu doua regulatoare convergente. Initial

sistemul functioneaza in bucla de tensiune, mentinand constanta aceasta marime.

Daca reactia de curent Ir, tinde sa devina mai mare decat impunerea de current Ip, atunci sistemul lucreaza in bucla de

curent mentinand constanta aceasts marime. Cand reactia de curent Ir scade sub valoarea Ip, sistemul revine in bucla de tensiune.

Principalii parametri de functionare ai sistemului (Impunerea de tensiune, impunerea de curent, tensiunea maxima, curentul maxim, constantele regulatorelor de current ai tensiune , unghiul maxim si

minim de comanda, etc.) sunt memorati in memoria EEPROM pentru a putea fi modificati usor de catre utilizator. Parametrii se pot modifica prin intermediul unui panou operator in functie de cerintele aplicatiei. De exemplu acordarea regulatoarelor in functie de cerintele sarcinii se face foarte usor, modificand constantele de integrare si proportionalitate Kp,Ki/Kpi,Kii, prin intermediul tastaturi.

Marimile de iesire (Ir si Ur) sunt afisate si actualizate permanent pe un display alfanumeric .In cazul unor avarii sau unor evenimente aparute in instalatie, sistemul de reglare si comanda,

actioneaza in consecinta (ex: blocheaza impulsurile) si afiseaza tipul evenimentului sau avariei.

Structura variatoarelor de tensiune alternativa

Variantele cele mai utilizate in constructia variatoarelor de tensiune alternativa sunt urmatoarele:

    montarea pe fiecare faza a cate unui triac

    montarea pe fiecare faza a unui tiristor si a unei diode in antiparalel

    - montarea pe fiecare faza a cate 2 tiristoare in antiparalel Aceasta este varianta cel mai des intalnita, mai ales in actionarile electrice industriale.

Tensiunea medie de iesire, este variata cu ajutorul unghiului de comanda al acestor dispozitive.Marind unghiul de comanda, se mareste tensiunea medie de iesire.Puterea disipata intr-un starter,

in procesul pornirii, este mai mica decat 1% din puterea disipata intr-o rezistenta de pornire.Un alt avantaj al utilizarii variatoarelor de tensiune alternativa este acela ca tensiunea de iesire poate fi usor modificata la o valoare dorita.Modificand unghiul de comanda al tiristoarelor,tensiunea de iesire poate fi crescuta sau micsorata pe baza de control electronic.

Elementele semiconductoare trebuie sa controleze atat tensiunea cat si curentul aplicat motorului.Variatoarele de tensiune alternativa trebuie realizate pentru a controla o faza, a reduce cuplul,dar nu a reduce curentul pe doua faze. In acest caz se va evita conexiunea tiristor-dioda in antiparalel.

Controlul softstarterelor se poate face atat in bulca deschisa cat si in bucla inchisa.