5.6. UKŁADY ZASILANIA Z PRZEKSZTAŁTNIKAMI

Podobne dokumenty
Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

Maszyny i urządzenia elektryczne. Tematyka zajęć

Temat: Silniki komutatorowe jednofazowe: silnik szeregowy, bocznikowy, repulsyjny.

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.

Układ samoczynnego załączania rezerwy

SILNIKI PRĄDU STAŁEGO

str. 1 Temat: Sterowanie stycznikami za pomocą przycisków.

Maszyny, urządzenia elektryczne i automatyczne w przemyśle / Czesław Grzbiela, Andrzej Machowski. -wyd. 2. Katowice, 2010.

Silniki prądu stałego

Zaznacz właściwą odpowiedź (właściwych odpowiedzi może być więcej niż jedna)

Rozwój sterowania prędkością silnika indukcyjnego trójfazowego

Ćwiczenie 3 Falownik

13. STEROWANIE SILNIKÓW INDUKCYJNYCH STYCZNIKAMI

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

PRĄDNICE I SILNIKI. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Rozkład materiału z przedmiotu: Urządzenia elektryczne i elektroniczne

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

Układ kaskadowy silnika indukcyjnego pierścieniowego na stały moment

Falownik FP 400. IT - Informacja Techniczna

XXXIV OOwEE - Kraków 2011 Grupa Elektryczna

PL B1. Sposób i układ sterowania przemiennika częstotliwości z falownikiem prądu zasilającego silnik indukcyjny

42 Przekształtniki napięcia stałego na napięcie przemienne topologia falownika napięcia, sterowanie PWM

Temat: ŹRÓDŁA ENERGII ELEKTRYCZNEJ PRĄDU PRZEMIENNEGO

W4. UKŁADY ZŁOŻONE I SPECJALNE PRZEKSZTAŁTNIKÓW SIECIOWYCH (AC/DC, AC/AC)

Dokumentacja układu automatyki SZR PA1001-KM

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

Charakterystyka rozruchowa silnika repulsyjnego

Silnik indukcyjny - historia

PL B1. Sposób i układ tłumienia oscylacji filtra wejściowego w napędach z przekształtnikami impulsowymi lub falownikami napięcia

Przekształtniki napięcia stałego na stałe

(54) Filtr aperiodyczny

ZASILACZE BEZPRZERWOWE

BADANIE STYCZNIKOWO- PRZEKAŹNIKOWYCH UKŁADÓW STEROWANIA

PL B1. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL BUP 10/16. JAROSŁAW GUZIŃSKI, Gdańsk, PL PATRYK STRANKOWSKI, Kościerzyna, PL

Poprawa jakości energii i niezawodności. zasilania

(57) 1. Układ samowzbudnej przetwornicy transformatorowej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B2 PL B2 H02M 3/315. fig.

Prostowniki. Prostownik jednopołówkowy

mgr inŝ. TADEUSZ MAŁECKI MASZYNY ELEKTRYCZNE Kurs ELEKTROMECHANIK stopień pierwszy Zespół Szkół Ogólnokształcących i Zawodowych

Zakład Zastosowań Elektroniki i Elektrotechniki

f r = s*f s Rys. 1 Schemat układu maszyny dwustronnie zasilanej R S T P r Generator MDZ Transformator dopasowujący Przekształtnik wirnikowy

Badanie prądnicy synchronicznej

bieguny główne z uzwojeniem wzbudzającym (3), bieguny pomocnicze (komutacyjne) (5), tarcze łożyskowe, trzymadła szczotkowe.

Stabilizatory impulsowe

Wykaz ważniejszych oznaczeń Podstawowe informacje o napędzie z silnikami bezszczotkowymi... 13

Laboratorium Elektromechaniczne Systemy Napędowe BADANIE AUTONOMICZNEGO GENERATORA INDUKCYJNEGO

SPIS TREŚCI PRZEDMOWA WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ 1. PODSTAWOWE INFORMACJE O NAPĘDZIE Z SILNIKAMI BEZSZCZOTKOWYMI 1.1. Zasada działania i

Dobór współczynnika modulacji częstotliwości

PL B1. Układ samochodowego prądnico-rozrusznika ze wzbudzeniem elektromagnetycznym i sposób jego sterowania

Telekomunikacyjny system zasilania gwarantowanego, zintegrowany na napięciu przemiennym 230V AC

Na podstawie uproszczonego schematu zastępczego silnika w stanie zwarcia (s = 1) określamy:

PRZEKSZTAŁTNIKI SIECIOWE zadania zaliczeniowe

Prostowniki. 1. Prostowniki jednofazowych 2. Prostowniki trójfazowe 3. Zastosowania prostowników. Temat i plan wykładu WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

Spis treści 3. Spis treści

UKŁAD SAMOCZYNNEGO ZAŁĄCZANIA REZERWY ZASILANIA (SZR) z MODUŁEM AUTOMATYKI typu MA-0B DOKUMENTACJA TECHNICZNO-RUCHOWA

Politechnika Białostocka

12. Zasilacze. standardy sieci niskiego napięcia tj. sieci dostarczającej energię do odbiorców indywidualnych

PRZEKSZTAŁTNIKI SIECIOWE zadania zaliczeniowe

1. Wiadomości ogólne 1

EA3. Silnik uniwersalny

Badanie układu samoczynnego załączania rezerwy

Oddziaływanie energoelektronicznych przekształtników mocy zasilających duże odbiory na górnicze sieci elektroenergetyczne Część I

20. UKŁADY SAMOCZYNNEGO ZAŁĄCZANIA REZERWY

MODERNIZACJA NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO WIRÓWKI DO TWAROGU TYPU DSC/1. Zbigniew Krzemiński, MMB Drives sp. z o.o.

Silniki prądu stałego. Wiadomości ogólne

12.7 Sprawdzenie wiadomości 225

POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI INSTYTUT MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH LABORATORIUM ELEKTRYCZNE. Układ LEONARDA.

Pracę każdej prądnicy w sposób jednoznaczny określają następujące wielkości:

Zespół Szkół Technicznych im. J. i J. Śniadeckich w Grudziądzu

Silniki indukcyjne. Ze względu na budowę wirnika maszyny indukcyjne dzieli się na: -Maszyny indukcyjne pierścieniowe. -Maszyny indukcyjne klatkowe.

Alternator. Elektrotechnika w środkach transportu 125

1. Wiadomości wstępne 9

Elementy elektrotechniki i elektroniki dla wydziałów chemicznych / Zdzisław Gientkowski. Bydgoszcz, Spis treści

PL B1. POLITECHNIKA LUBELSKA, Lublin, PL BUP 18/11. JANUSZ URBAŃSKI, Lublin, PL WUP 10/14. rzecz. pat.

Zasilanie silnika indukcyjnego poprzez układ antyrównoległy

ROZRUCH I REGULACJA PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ SILNIKA INDUKCYJNEGO PIERŚCIENIOWEGO

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI Badanie silnika bocznikowego prądu stałego

PL B1. AZO DIGITAL SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Gdańsk, PL BUP 20/10. PIOTR ADAMOWICZ, Sopot, PL

AC/DC. Jedno połówkowy, jednofazowy prostownik

Ćwiczenie nr 3. Badanie instalacji fotowoltaicznej DC z akumulatorem

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

Badanie silnika indukcyjnego jednofazowego i transformatora

Układy elektrycznego hamowania silników indukcyjnych

P O L I T E C H N I K A Ł Ó D Z K A INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI ZAKŁAD ELEKTROWNI LABORATORIUM POMIARÓW I AUTOMATYKI W ELEKTROWNIACH

Ćwiczenie 4 Badanie wpływu napięcia na prąd. Wyznaczanie charakterystyk prądowo-napięciowych elementów pasywnych... 68

ANALIZA MOŻLIWOŚCI WYKORZYSTANIA PRĄDNIC SYNCHRONICZNYCH W ZESPOŁACH PRĄDOTWÓRCZYCH (SPALINOWO-ELEKTRYCZNYCH)

PL B1. GRZENIK ROMUALD, Rybnik, PL MOŁOŃ ZYGMUNT, Gliwice, PL BUP 17/14. ROMUALD GRZENIK, Rybnik, PL ZYGMUNT MOŁOŃ, Gliwice, PL

2.3. Praca samotna. Rys Uproszczony schemat zastępczy turbogeneratora

Falownik PWM LFP32 TYP1204

SZCZEGÓŁOWE WYMAGANIA TECHNICZNE DLA JEDNOSTEK WYTWÓRCZYCH PRZYŁĄCZANYCH DO SIECI ROZDZIELCZEJ

IMPULSOWY PRZEKSZTAŁTNIK ENERGII Z TRANZYSTOREM SZEREGOWYM

I. Podstawowe wiadomości dotyczące maszyn elektrycznych

Zasilacze: Prostowniki niesterowane, prostowniki sterowane

Silnik obcowzbudny zasilany z nawrotnego prostownika sterowanego

Przekształtniki energoelektroniczne o komutacji zewnętrznej (sieciowej) - podstawy

Zespół Szkół Technicznych im. J. i J. Śniadeckich w Grudziądzu

Ćwiczenie 8. BADANIE MASZYN PRĄDU STAŁEGO STANOWISKO I. Badanie silnika bocznikowego

41 Przekształtniki napięcia przemiennego na napięcie stałe - typy, praca prostownika sterowanego

Przekształtniki DC/DC

Układ napędowy z silnikiem indukcyjnym pierścieniowym i modulatorem rezystancji w obwodzie wirnika

Transkrypt:

5. Zasilanie odbiorników energii elektrycznej 167 5.6. UKŁADY ZASILANIA Z PRZEKSZTAŁTNIKAMI Wiele urządzeń elektrycznych - czerpiąc energię z sieci elektroenergetycznej prądu przemiennego - nie jest zasilanych z niej bezpośrednio, lecz poprzez przekształtniki. Dzięki temu można uzyskać: - nieregulowane napięcie stałe (stabilizowane lub nie), - nieregulowane, o stabilizowanej amplitudzie (albo wartości skutecznej) oraz częstotliwości, napięcie przemienne, - regulowane napięcie stałe, - regulowaną wartość skuteczną prądu przemiennego, przy niezmiennej częstotliwości, - regulowaną wartość skuteczną i częstotliwość prądu (napięcia) przemiennego. Obecnie stosuje się prawie wyłącznie przekształtniki energoelektroniczne. Można je spotkać niemal na każdym kroku: w transporcie dalekim i bliskim, w przemyśle ciężkim i lekkim, w budownictwie, w rolnictwie, w przemyśle rolno-spożywczym, w gospodarstwach domowych. Wyparły, stosowane wcześniej, przekształtniki z zaworami rtęciowymi, przetwornice i złożone układy elektromaszynowe oraz wzmacniacze magnetyczne. Stosowanie przekształtników energoelektronicznych przyczynia się do mniejszego zużycia energii elektrycznej, zwiększa możliwości regulacyjne układów, ułatwia eksploatację urządzeń. Przebiegi czasowe napięć i prądów uzyskiwanych w przekształtnikach energoelektronicznych nie są jednak idealne (prąd stały ma tętnienia, a przemienny znacznie odbiega kształtem od sinusoidy), co wpływa m.in. na zwiększenie strat mocy w materiałach ferromagnetycznych. Prądy pobierane z sieci elektroenergetycznej są również odkształcone, a moc bierna związana z harmoniczną podstawową prądu - powiększona, szczególnie przy nagłych zmianach wysterowania tyrystorów. Spadki napięcia, pochodzące od dodatkowych składników harmonicznych prądu płynącego w sieci, powodują odkształcenie napięcia zasilającego inne odbiory; stwarzają też niebezpieczeństwo rezonansu prądów w obwodach z pojemnościami. 3000 V_ (PKP) 750 V_ (metro) 600 V_ (tramwaj) Rys. 5.15. Schemat układu zasilania sieciowego odbiorów trakcyjnych prądu stałego: l - układ zastępczy części SEE, 2 - transformator WN/SN, 3 - linia elektroenergetyczna zasilająca podstację trakcyjną, 4 - podstacja trakcyjna z zespołami prostownikowymi, 5 - sieć trakcyjna prądu stałego, 6 - odbiory trakcyjne Przykładem urządzeń zasilanych zbiorowo energią elektryczną w przekształconej formie są odbiorniki pobierające energię z sieci trakcyjnej prądu stałego. Schemat układu pokazano

168 Zasady energoelektryki na rysunku 5.15. Jeśli silniki trakcyjne pracują tu w układzie klasycznym (rozruch oporowy), to można przyjąć, że składowa zmienna prądu w sieci trakcyjnej nie występuje. W prądach, które płyną w przewodach linii elektroenergetycznej zasilającej podstację (i R, i S, i T ), występują - oprócz składowej podstawowej - harmoniczne pochodzące od układu prostownika, o częstotliwościach f n ( n) = f s, = l m ± 1 gdzie: f s - częstotliwość sieciowa, m - pulsowość układu prostownikowego. n, l = 1, 2,..., (5.29) Rola przekształtników w trakcji elektrycznej nie kończy się jednak na zasilaniu sieci trakcyjnej, poprzez prostowniki, z sieci elektroenergetycznej. Na pojazdach montowane są tzw. trakcyjne napędy przekształtnikowe, w skład których wchodzą przekształtniki (z filtrami i dławikami) oraz silniki trakcyjne prądu stałego lub przemiennego. Odnosi się to zarówno do systemów trakcyjnych z siecią prądu stałego, jak i przemiennego. Rys. 5.16. Różne systemy zasilania i sterowania silników trakcyjnych na kolejach elektrycznych: a) sieć trakcyjna prądu stałego, b) sieć trakcyjna prądu przemiennego o częstotliwości przemysłowej 50 Hz, c) sieć trakcyjna prądu przemiennego o częstotliwości obniżonej 16 2 / 3 Hz; SEE - system elektroenergetyczny, EK - elektrownia kolejowa (turbina - generator - transformator), C - zespół przemiennika częstotliwości, P - zespół prostownika niesterowanego, F - falownik, K - przerywacz, inaczej: zespół kluczujący, chopper, PS - zespół prostownika sterowanego, TR - transformator regulacyjny, RR - rezystory rozruchowe, M - zespół silników trakcyjnych

5. Zasilanie odbiorników energii elektrycznej 169 W Europie można spotkać na kolejach następujące systemy zasilania i sterowania silników trakcyjnych (rys. 5.16): al) sieć trakcyjna prądu stałego, silniki trakcyjne prądu stałego, rozruch oporowy (rezystorowy), a2) sieć, silniki - jw., rozruch impulsowy, a3) sieć - jw., silniki trakcyjne prądu przemiennego (indukcyjne), bl) sieć trakcyjna prądu przemiennego o częstotliwości przemysłowej 50 Hz, silniki trakcyjne prądu stałego (na prąd tętniący), b2) sieć - jw., silniki trakcyjne prądu przemiennego (indukcyjne), cl) sieć trakcyjna prądu przemiennego o obniżonej częstotliwości 16 2/3 Hz - zasilana z SEE (l -l, 0-0) albo z elektrowni kolejowej (l -1, 0-0), silniki trakcyjne szeregowe (jednofazowe), c2) sieć - jw., silniki trakcyjne prądu przemiennego (indukcyjne). Przekształtniki instalowane na pojazdach (warianty: a2, a3, b1, b2, c2) powodują odkształcenia prądu w sieci trakcyjnej i prądów w sieci elektroenergetycznej. Układ rozruchu impulsowego z chopperem, czyli przerywaczem stałoprądowym K (rys. 5.16a, wersja a2), wprowadza tętnienia prądu obciążenia prostownika z częstotliwością f p. Na skutek nieliniowości obwodu, pojawiają się też składowe okresowe prądu o częstotliwościach będących podwielokrotnościami f p. W sieci trakcyjnej występują więc harmoniczne i podharmoniczne prądu o częstotliwościach 1 1 f ( k ) = k f p, k =...,,, 1, 2,.... (5.30) 3 2 Z analizy harmonicznej przebiegów wynika, że w sieci elektroenergetycznej pojawią się dodatkowe harmoniczne prądu o częstotliwościach f ( k, n) = k f p ± n f, n = l m ± 1, s 1 1 k =...,,, 1, 2,..., 3 2 l = 1, 2,..., (5.31) czyli każda harmoniczna prądu i d (t) rzędu k wytwarza widmo harmonicznych w sieci zasilającej o częstotliwości f s, którego prążki są położone symetrycznie po obu stronach punktu k f p, w odległości ± n f s (n = 1, 2,... ), jak na rysunku 5.17. Rys. 5.17. Harmoniczne prądu I (k, n) w sieci elektroenergetycznej o częstotliwości f s, pochodzące od harmonicznej prądu I d(k) o częstotliwości k f p w sieci trakcyjnej

170 Zasady energoelektryki Odkształcenia napięć sieciowych w układach z bezkomutatorowymi silnikami trakcyjnymi (indukcyjnymi lub synchronicznymi), czerpiącymi energię z sieci trakcyjnej prądu stałego za pośrednictwem falowników, mają podobny charakter jak przy zasilaniu impulsowym silników trakcyjnych prądu stałego. Silniki bezkomutatorowe są w eksploatacji trwalsze od powszechnie stosowanych w trakcji elektrycznej silników szeregowych prądu stałego oraz przemiennego, lecz współpracujące z nimi falowniki są dość kosztowne i trudne do wykonania. Istotne znaczenie mają też: ciężar i koszt urządzeń filtrujących. Wyrażenie (5.3) może służyć za miarę odkształcenia napięcia w sieci elektroenergetycznej zasilającej trakcję elektryczną jedynie w układach z prostownikiem niesterowanym (rys. 5.16, warianty: a1, b1 i c1 ). W układach z dwu- lub trzykrotnym przekształcaniem napięcia (rys. 5.16, warianty: a2, a3, b2 i c2) liczba wyższych harmonicznych jest znacznie większa niż w układach z przekształcaniem jednokrotnym, którym odpowiada wyrażenie (5.3). Zjawiska rezonansowe, powstające przypadkowo przy częstotliwościach odpowiadających składnikom widma prądu, mogą zwiększać odkształcenie napięcia w sieci elektroenergetycznej. Wyjaśniono to na rysunku 5.18, przedstawiającym dwa przypadki obciążeń w węźle sieci: a) bez pojemności, kiedy U 1 = jν X I ( ν ) 1(1) ( ν ), b) z pojemnością, kiedy I 1( ν ) U 1 ( ν ) = jν X 1(1) I 1( ν ) = jν X 1(1) I ( ν ), I przy czym, gdy powstaje rezonans prądów, to I 1 >> I ( ν ) (ν ). ( ν ) Rys. 2.18. Schematy zastępcze sieci elektroenergetycznej dla wyższych harmonicznych prądu obciążenia, gdy w pobliskim węźle zasilającym: a) nie ma odbioru pojemnościowego, b) jest odbiór pojemnościowy Ponieważ wartości prądów pobieranych z sieci trakcyjnej są znaczne, sieć zaś z zasady jest rozległa, więc wartości napięcia w różnych jej punktach mogą zmieniać się w znacznym stopniu. Układy zasilające silniki trakcyjne na pojazdach muszą być zatem odporne również na tego rodzaju zmiany.

5. Zasilanie odbiorników energii elektrycznej 171 5.7. ZASILANIE REZERWOWE I AUTONOMICZNE UKŁADY ZASILANIA ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ Urządzenia elektryczne - zainstalowane w środkach transportu o trakcji spalinowej (samochody, samoloty, statki napędzane silnikami spalinowymi), spalinowo-elektrycznej (lokomotywy i wagony silnikowe spalinowe), parowej (statki napędzane turbinami parowymi) lub akumulatorowej (wózki i pojazdy akumulatorowe) albo w przyczepach samochodowych i doczepnych wagonach pasażerskich - czerpią energię z własnych (pokładowych) źródeł. Wiele innych urządzeń, normalnie zasilanych z sieci elektroenergetycznych, ze względu na wymaganą ciągłość pracy musi mieć zapewnione zasilanie rezerwowe z miejscowego źródła energii, na wypadek awarii w sieci. W tych przypadkach, źródłami energii w długich okresach czasu są zazwyczaj maszyny elektryczne (prądnice), napędzane silnikami lub turbinami spalinowymi, ewentualnie cieplnymi, a w krótkich okresach - akumulatory (samochodowe, wagonowe, stacyjne). W układach zasilających znajdują się często regulatory napięcia lub przekształtniki energoelektroniczne, nazywane też przetwornicami półprzewodnikowymi. Podstawowym źródłem energii elektrycznej w samochodzie jest prądnica, napędzana, ze zmieniającą się w czasie jazdy prędkością obrotową, przez silnik spalinowy pojazdu. Z prądnicą współpracuje regulator napięcia, który stabilizuje wartość średnią napięcia wyjściowego przez wywoływanie skokowych, cyklicznie powtarzających się zmian rezystancji obwodu wzbudzenia prądnicy. W samochodach stosuje się prądnice prądu stałego lub przemiennego. Te ostatnie, z wmontowanym na stałe prostownikiem, popularnie nazywane są alternatorami. Alternatory, szczególnie przy większych mocach, mają lepsze wskaźniki eksploatacyjne od prądnic prądu stałego, co w głównej mierze jest wynikiem likwidacji komutatora i przyrządu szczotkowego ze szczotkami. Prądnica zasila odbiory i akumulator (rys. 5.19), który powinien pracować jako źródło energii tylko wówczas, gdy prądnica nie jest napędzana lub wytwarza zbyt niskie napięcie (przy małej prędkości obrotowej silnika pojazdu). Głównym zadaniem akumulatora w samochodzie jest zasilanie rozrusznika elektrycznego, który napędza wał korbowy silnika spalinowego w okresie rozruchu. Przepływ prądu z akumulatora do prądnicy jest uniemożliwiony przez tzw. wyłącznik prądu zwrotnego (prądnicy prądu stałego) lub prostownik (alternatora). W chwili, gdy napięcie prądnicy przekracza wartość jałowego napięcia akumulatora U 0 (rys. 5.20), przejmuje ona całe obciążenie i dodatkowo doładowuje akumulator. Jeśli moc włączonych odbiorów jest duża, to zarówno prądnica, jak i akumulator pracują jako źródła (równolegle). Stan ten nie może jednak trwać zbyt długo, by nie doszło do nadmiernego rozładowania akumulatora. Rys. 5.19. Schemat ideowy zasilania elektrycznego w samochodzie: G - źródło podstawowe (prądnica z regulatorem napięcia), Z - układ zaworowy (diodowy lub z wyłącznikiem prądu zwrotnego)

172 Zasady energoelektryki Rys. 5.20. Akumulator jako rzeczywiste źródło napięcia w stanie: a) ładowania, b) obciążenia W wagonach pasażerskich stosuje się specjalne prądnice prądu stałego, nazywane prądnicami Rosenberga, które wytwarzają napięcie o stałej wartości i o stałej biegunowości (po przekroczeniu określonej wartości prędkości obrotowej wirnika i niezależnie od jej zwrotu). Prądnice te współpracują z bateriami akumulatorów, podobnie jak prądnice samochodowe - z pojedynczym akumulatorem. Zasilanie odbiorów prądu stałego ze źródła podstawowego, z dołączoną równolegle do niego baterią akumulatorów, nosi miano pracy buforowej, a zasilanie z samej baterii akumulatorów - pracy bateryjnej. Przy przejściu akumulatora ze stanu ładowania (rys. 5.20a) do stanu obciążenia (rys. 5.20b) występuje skokowa zmiana napięcia od wartości U l do wartości U 2. w ( i i ) U = U U = R +, (5.32) gdzie: R w - rezystancja wewnętrzna akumulatora, i ład - prąd ładowania akumulatora, i obc - prąd obciążenia (wyładowania) akumulatora. 1 2 Skok napięcia na zaciskach akumulatora jest więc tym mniejszy, im mniejsze są prądy ładowania i następującego po nim obciążenia. Jałowe napięcie akumulatora jest miarą jego naładowania i wpływa na wartość prądu ładowania. W instalacji elektrycznej samochodu lub wagonu pasażerskiego dopuszcza się duże wahania napięcia. Zmiany napięcia akumulatorów przenoszą się bezpośrednio do obwodu odbiorczego. W przypadku urządzeń telekomunikacyjnych i komputerów wymaga się bezprzerwowego zasilania napięciem o praktycznie stałej wartości (o małych wahaniach). Podstawowym źródłem energii elektrycznej w tzw. siłowni telekomunikacyjnej jest sieć elektroenergetyczna, a rezerwowym - baterie akumulatorów lub agregat prądotwórczy (po dłuższej przerwie w zasilaniu sieciowym). Napięcie wyjściowe siłowni telekomunikacyjnej musi mieć stałą wartość - niezależnie od tego, skąd pobiera ona energię. Ewentualne wahania napięcia w sieci przy zmianach rodzaju pracy (w chwilach zaniku oraz powrotu zasilania sieciowego), nie mogą wywoływać błędnego zadziałania urządzeń telekomunikacyjnych. Stosuje się układy zasilania gwarantowanego (podtrzymujące i stabilizujące napięcie) o dużej niezawodności - zasilacze bezprzerwowe (UPS, z ang. Uninterruptible Power System) z bateriami akumulatorów oraz agregatem prądotwórczym i SZR (samoczynnym załączaniem rezerwy). Przykładowe rozwiązania pokazano na rys. 5.21 i 5.22. obc ad

5. Zasilanie odbiorników energii elektrycznej 173 (po < 5 min) UPS Rys. 5.21. Schemat współczesnej siłowni telekomunikacyjnej prądu przemiennego; AP - agregat prądotwórczy, ZP - zespół prostownikowy, BA - bateria akumulatorowa, FT - falownik tyrystorowy, LO - łącznik obejściowy, UPS - zasilacz bezprzerwowy rozdzielnia główna agregat prądotwórczy G SZR rozdzielnia rezerwowego zasilania UPS i bat. UPS i bat. odbiory kat. II odbiory kat. I Rys. 5.22. Schemat zasilania gwarantowanego w układzie rozproszonym (z indywidualnymi zasilaczami UPS)

174 Zasady energoelektryki 5.8. PRZEKAŹNIKOWO-STYCZNIKOWE UKŁADY STEROWANIA ENERGOELEKTRYCZNYCH URZĄDZEŃ ODBIORCZYCH NISKIEGO NAPIĘCIA Układy przekaźnikowo-stycznikowe stosuje się przede wszystkim w obwodach zasilania rozdzielnic niskiego napięcia i w zautomatyzowanym napędzie elektrycznym: w rozdzielnicach - do samoczynnego załączania rezerwy (SZR); w napędzie - do sterowania procesami: rozruchu, hamowania, nawrotu (zmiany kierunku wirowania) lub przechodzenia na inną charakterystykę naturalną (w celu zmiany prędkości pracy ustalonej). Włączanie i wyłączanie styczników może być dokonywane ręcznie (za pomocą przycisków sterujących) lub samoczynnie, tzn. w uzależnieniu od zmian wartości określonych wielkości fizycznych. W układach napędowych zmienne te są związane bezpośrednio (prąd, napięcie, częstotliwość, prędkość) lub pośrednio (czas, położenie mechanizmu napędzającego) ze stanami pracy silników. Sterowanie automatyczne odbywa się zwykle wg funkcji jednej z wielkości zmiennych. Przy przekraczaniu wartości progowych tej zmiennej następują w układzie kolejne przełączenia styczników, wywołujące zmiany struktury obwodu sterowanego (głównego). Zmianom struktury obwodów elektrycznych urządzeń napędowych towarzyszą skokowe zmiany wartości chwilowych prądu i momentu obrotowego silników. Wartości progowe kontrolowanej wielkości mogą być w przekaźnikach nastawiane, stosownie do potrzeb sterowania. W układach sterowania przekaźnikowo-stycznikowego stosuje się powszechnie przekaźniki elektromechaniczne. Są to przyrządy reagujące na określone zmiany wartości wielkości pobudzającej (wejściowej, sterującej) przełączeniem swego układu styków. Zestyki przekaźników wykorzystuje się wyłącznie w obwodach sterowania, cechuje je bowiem mała obciążalność. Działanie przekaźnika charakteryzuje określona zwłoka czasowa. Jeśli jest ona wynikiem celowych zabiegów konstrukcyjnych, przekaźnik nazywa się zwłocznym, a jeśli nie jest - bezzwłocznym. Ze względu na przeznaczenie przekaźniki dzielimy na pomiarowe i pomocnicze. Przekaźniki pomiarowe działają przy pewnej określonej wartości wielkości pobudzającej i mają z reguły podziałkę nastawień tej wielkości. Przekaźniki pomocnicze reagują na pojawienie się lub zanik wielkości pobudzającej i nie mają podziałki nastawień tej wielkości. Przekaźniki pomocnicze dzielą się na pośredniczące, czasowe i sygnałowe. Przekaźniki pośredniczące mają za zadania powtarzać bądź negować i zwielokrotniać sygnał wejściowy, przy czym moc obwodów sterowanych (wyjściowych) jest zwykle większa od mocy obwodu sterującego (wejściowego). Dodatkowa zadanie może polegać na galwanicznym rozdzieleniu torów prądowych: sterujących i sterowanych. Przekaźnik czasowy jest przekaźnikiem zwłocznym o nastawianym czasie działania. Przekaźniki sygnałowe posiadają sygnalizację zadziałania, kasowaną przez obsługę. Większość przekaźników elektromechanicznych pomocniczych, stosowanych w energoelektryce, stanowią przekaźniki elektromagnetyczne oraz czasowe o napędzie elektromagnesowym lub silnikowym. Przekaźniki elektromagnetyczne pośredniczące działają na tej samej zasadzie, co stycznik elektromagnesowy. W obwodach sterowania układów zautomatyzowanego napędu elektrycznego występują

5. Zasilanie odbiorników energii elektrycznej 175 cewki i zestyki przekaźników pomocniczych, cewki styczników i ich zestyki pomocnicze, zestyki przekaźników pomiarowych i zabezpieczeniowych, zestyki przycisków sterowniczych, wyłączników drogowych itp. Dla przejrzystości, schematy obwodów sterowania przedstawia się w postaci obwodowej (rozwiniętej), jak na rys. 5.23b. Analizę i syntezę nieskomplikowanych obwodów sterowania prowadzi się w sposób intuicyjny, a bardziej złożonych - przy zastosowaniu metod teorii układów przełączających (teorii automatów). W obwodach głównych układów zautomatyzowanego napędu elektrycznego występują zestyki łączników ręcznych, bezpieczniki, zestyki główne styczników, uzwojenia przekaźników pomiarowych i zabezpieczeniowych, uzwojenia silników oraz ich zwalniaków (luzowników). Zadanie zwalniaków polega na sterowaniu hamulcami mechanicznymi silników (np. wciągarek), są więc równocześnie z nimi włączane i wyłączane. Cewki zwalniaków, w zależności od wykonania, mogą być zasilane prądem stałym lub przemiennym oraz łączone szeregowo lub równolegle z uzwojeniem obwodu podstawowego silników. Dla przejrzystości, w pokazanych tutaj schematach obwodów głównych napędu elektrycznego, pominięto zestyki łączników ręcznych, bezpieczniki, cewki przekaźników oraz zwalniaków. Rys. 5.23. Schematy rozwinięte sterowania silnika indukcyjnego za pomocą stycznika elektromagnesowego: a) obwód główny, b) obwód sterujący Rys. 5.24. Obwody główne wybranych układów stycznikowych do rozruchu rezystorowego (oporowego) silników elektrycznych: a) bocznikowych prądu stałego (A1 i B2 albo C2 - zaciski uzwojenia twornika z dołączonym uzwojeniem komutacyjnym oraz, jeśli występuje, kompensacyjnym; E1 i E2 - zaciski uzwojenia wzbudzającego bocznikowego), b) szeregowych prądu stałego (A1, B2, C2 - jw.; D1 i D2 - zaciski uzwojenia wzbudzającego szeregowego), c) indukcyjnych pierścieniowych (U, V, W - zaciski uzwojenia stojana w układzie gwiazdowym; K, L, M - końcówki uzwojenia wirnika)

176 Zasady energoelektryki Układy przekaźnikowo-stycznikowego sterowania napędem elektrycznym należą do układów wielotaktowych (sekwencyjnych). Powtarzanie się niektórych sekwencji łączeniowych w obwodach głównych różnych układów napędu elektrycznego ułatwia projektowanie schematów obwodów sterowania; za przykład mogą służyć układy pokazane na rys. 5.24, w których załączanie styczników przy rozruchu silników powinno następować w kolejności zgodnej z ich numeracją (1S, 2S, 3S). Uzyskanie określonej kolejności przełączania zestyków głównych styczników (pod wpływem zmian kontrolowanej wielkości fizycznej) wiąże się z realizacją uzależnień logicznych i koordynacją czasów działania poszczególnych elementów układu sterowania (wejściowych, wyjściowych i pośredniczących), co unaoczniają schematy na rys. 5.25 i 5.26. Rys. 5.25. Sterowanie rozruchem silników prądu stałego wg funkcji czasu: a) schemat rozwinięty obwodu sterującego (obwód główny na rys. 5.24a, b); b) wykresy czasowe działania elementów obwodu sterującego, uwzględniające opóźnienia związane z czasami własnymi tych elementów; c) objaśnienie do wykresów czasowych dotyczące sposobu oznaczania stanów pracy elementów; W, Z - przyciski sterujące, S - styczniki elektromagnesowe, PC - przekaźniki pomocnicze czasowe (z nastawianymi opóźnieniami - odpowiednio: T 1 i T 2 - przy wzbudzaniu), PP - przekaźnik pomocniczy pośredniczący; cyfry przed S i PC - numery aparatów; indeksy po S, PC i PP - numery zestyków

5. Zasilanie odbiorników energii elektrycznej 177 Rys. 5.26. Sterowanie rozruchem silników prądu stałego wg funkcji prądu: a) schemat rozwinięty obwodu sterującego (obwód główny - jak na rys. 5.24a, b - z cewką przekaźnika pomiarowego prądowego PI, połączoną szeregowo z uzwojeniem twornika); b) wykresy czasowe działania elementów obwodu sterującego, uwzględniające opóźnienia związane z czasami własnymi tych elementów. Symbole elementów - jak na rys. 5.25