Symulacja układu napędowego z silnikiem DC i mostkiem typu H.

do potencjału ujemnego obwodu DC, a potencjał punktu B sprowadzony jest przez diodę D2
do potencjału dodatniego obwodu DC. Przez czas przewodzenia pary D2-D3 mamy w tym przypadku
do czynienia z chwilowym zwrotem energii do źródła DC, ponieważ prąd obciążenia jest dodatni,
a podane napięcie u AB ujemne (-U DC). Czas trwania zwrotu energii do źródła jest jednak krótszy niż
czas trwania pobierania energii podczas załączenia pary T1-T4, zatem wypadkowa wartość energii
przepływającej w czasie jednego cyklu przełączeń w sytuacji pokazanej na Rysunku 2 jest dodatnia,
co oznacza pobieranie energii przez obciążenie. Moc wydzielana na odbiorniku jest określona jako
iloczyn skutecznej wartości napięcia zasilającego (dla sygnału prostokątnego wartość skuteczna jest
równa wartości średniej) oraz skutecznej wartości tętniącego z częstotliwością przełączeń prądu
obciążenia.
Działanie mostka w przypadku ujemnej wartości średniej napięcia przekształtnika oraz ujemnej
wartości prądu (Rysunek 3) jest analogiczne. Załączenie pary T2-T3 powoduje, że prąd obciążenia RL
opada (wzrasta w przeciwnym kierunku) ponieważ podane jest ujemne napięcie (-U DC) na zaciski AB.
Wyłączenie pary T2-T3 powoduje, że prąd wymuszany nadal przez indukcyjność zamyka się przez
parę diod D1-D4, a nie przez parę tranzystorów T1-T4, mimo, że na te tranzystory podane są sygnały
sterujące.
W przypadku, gdy prąd zamyka się przez diody zwrotne (D1-D4 lub D2-D3 w zależności od sytuacji),
nie jest konieczne załączanie odpowiadających im tranzystorów (odpowiednio T1-T4 lub T2-T3),
ponieważ złącza tych tranzystorów i tak są spolaryzowane wstecznie w stosunku do kierunku
wymuszanego przez indukcyjność prądu. Można byłoby zastosować bardziej zaawansowane sposoby
formowania prostokątnych impulsów sterujących i w niektórych przypadkach stosowania mostka typu
H się to stosuje. Niemniej jednak, aby nie zaciemniać sposobu działania układu, w ćwiczeniu będzie
stosowany układ formowania impulsów prostokątnych jak przedstawiono na Rysunku 1,
z naprzemiennym włączaniem par tranzystorów T1-T4 oraz T2-T3. Prąd, po przyłożeniu napięcia
prostokątnego, narasta i opada wykładniczo, jednak przy dużej częstotliwości przełączeń czasy
narastania i opadania są tak krótkie, że można założyć, że zmiany prądu są liniowe.
Sterowanie silnikiem prądu stałego
Na zajęciach przedstawiających właściwości mechaniczne silnika prądu stałego oraz działanie układu
obniżającego napięcie (Ćwiczenie nr 1) były obserwowane przebiegi prądu twornika i a (t) oraz
prędkości mechanicznej n(t) silnika prądu stałego przyłączonego do źródła napięcia stałego. Silnik
po przyłączeniu do źródła napięcia stałego pobierał duży prąd rozruchowy, sięgający kilkukrotnej
wartości prądu znamionowego. W tym czasie prędkość silnika stosunkowo szybko wzrastała wskutek
dużego momentu rozruchowego wywołanego dużym prądem. Po osiągnięciu stanu ustalonego prąd
stabilizował się na wartości proporcjonalnej do wytwarzanego momentu napędowego silnika,
niezbędnego do zrównoważenia momentu obciążającego maszyny roboczej. Prędkość silnika ustalała
się na wartości zależnej od wartości napięcia źródła zasilającego.
O ile maszyna elektryczna jest zazwyczaj odporna na krótkotrwałe przeciążenia, to prądy
przeciążeniowe (w tym rozruchowe) są wysoce niekorzystne dla źródła zasilającego. Aby ograniczyć
wartość prądu przeciążenia (w tym prądu rozruchowego) stosuje się zasilanie z przekształtników
energoelektronicznych wyposażonych w odpowiednie układy regulacji (!). Stosując takie układy
uzyskujemy kontrolę nad prądem twornika, mogąc dowolnie ograniczać jego wartość maksymalną.
Należy jednak mieć na uwadze, iż ograniczając prąd twornika ograniczamy moment
elektromagnetyczny wytwarzany przez silnik, co w konsekwencji ogranicza dynamikę zmian
prędkości silnika przy rozruchu.
Sterowanie układem napędowym z wykorzystaniem regulatorów wymaga przypomnienia
podstawowych właściwości układu regulacji poznanych na zajęciach z Teorii Sterowania. Schemat
ogólny układu regulacji przedstawiony jest na Rysunku 4.
Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej, Laboratorium Napędu Elektrycznego