Файл: 7_Глава 5.doc

Величину называют скважностью импульсов.

При размыкании ключа VT ток в якорной цепи двигателя прекратиться мгновенно не может, т.к. цепь якоря обладает значительной индуктивностью. Поэтому после отключения VT ток будет под действием э.д.с. самоиндукции обмотки якоря протекать через шунтирующий диод VD2. Переход тока якоря от транзистора VT к диоду VD2 иллюстрируется диаграммами, представленными на рис.5.28. Величина пульсаций тока зависит от частоты коммутаций f_к – выше частота, меньше амплитуда пульсаций. В настоящее время широтно-импульсные регуляторы (ШИР) проектируются с частотой 2-10 кГц и более. При высоких частотах амплитуды пульсаций тока будут незначительными и существенно меньше, чем при использовании тиристорных преобразователей с импульсно-фазовым управлением, питающихся от промышленной сети напряжением частотой 50 Гц.

Среднее напряжение, поступающее на якорную цепь двигателя, будет равно и, следовательно, механические характеристики электропривода в данной схеме будут описываться выражением (см.5.30)

.

Заметим, что величина скважности γ может изменяться от 0 до 0,95. Величина U_п зависит от схемы выпрямления. При достаточно мощном фильтровом конденсаторе она приближается к амплитудному значению линейного напряжения переменного тока.

Механические характеристики нереверсивного привода постоянного тока независимого возбуждения с ШИР регулятором напряжения аналогичны характеристикам на рис.5.13, но зона прерывистых токов гораздо меньше.

Важным достоинством схем с широтно-импульсным регулированием напряжения является то, что на входе преобразователя устанавливается неуправляемый выпрямитель, вследствие чего его cosφ₁ (по первой гармонике) близок к единице, а коэффициент мощности будет не ниже 0,95.

Для реализации реверсивного привода с ШИР-регулятором напряжения используется мостовая схема включения силовых транзисторных ключей, показанная на рис.5.29. В этой схеме якорь двигателя включен в диагональ моста ключей VT1÷VT4. Протекание тока в одном направлении происходит через транзисторные ключи VT1-VT3, в другом – через ключи VT2-VT4. Для обеспечения непрерывности тока служат обратные диоды VD.

---

Широтно-импульсное регулирование напряжения может в данной схеме производиться двумя способами: первый аналогичен рассмотренному для нереверсивных схем (рис.5.27), второй предусматривает двуполярную коммутацию за время каждого периода заданной тактовой частоты (рис.5.30). В последнем случае в течение времени t_в включены ключи VT1 и VT3, а в течение времени (Т_к-t_в) включены ключи VT2 и VT4.

Среднее напряжение U_ср на нагрузке (якорной цепи двигателя) будет пропорционально разности заштрихованных площадей. Когда напряжение положительно, когдаоно равно нулю; когдасреднее напряжение отрицательно.

Величина среднего напряжения при двухполярной коммутации будет:

,

где:- отношение времени включенного состояния ключей VT1-VT3 ко времени периода.

Применяется также комбинированный алгоритм коммутации, когда при значениях U_ср<0,5U_п производится двуполярная коммутация, а при U_ср>0,5U_п – однополярная, или когда на части периода Т_к открыты ключи VT2-VT4, на части все ключи закрыты.

Процесс торможения в реверсивном электроприводе постоянного тока с ШИР (см. рис.5.29) происходит следующим образом. Если в двигательном режиме для выбранного направления вращения работали транзисторные ключи VT1 и VТ3, то в режиме торможения эти ключи будут закрыты и открываются ключи VТ4 и VТ2, которые также работают в широтно-импульсном режиме. Ток в цепи якоря двигателя меняет свое направление, совпадая по направлению с э.д.с. якоря Е_я. Величина тока ограничивается на требуемом уровне посредством широтно-импульсного регулирования работы ключей VТ4 и VТ2. Ток якоря попеременно проходит через эти ключи, когда они открыты, и через обратные диоды VD, включенные встречно параллельно ключам VT1 и VТ3 (когда ключи VТ4 и VТ2 закрыты). В первом случае энергия торможения накапливается в индуктивности обмоток якоря. Во втором случае энергия торможения расходуется на подзаряд конденсатора С, напряжение на котором под действием суммы э.д.с. якоря и э.д.с. самоиндукции обмоток якоря растет. Благодаря этому источник питания UZ в самом начале процесса торможения оказывается заперт. Когда напряжение на конденсаторе достигнет определенной величины, открывается транзистор VT5 и происходит частичный разряд конденсатора на тормозное сопротивление R.

---

В схемах с широтно-импульсными регуляторами и нерегулируемым источником постоянного тока режим торможения с отдачей энергии в сеть невозможен.

Пример 5.1. Рассчитать и построить механические характеристики привода постоянного тока с двухзонным регулированием скорости в диапазоне 10:1 при регулировании напряжения якоря и 2:1 при регулировании потока возбуждения. Система регулирования ограничивает ток якоря величиной 2,5I_ян. Данные двигателя: мощность 11,0 кВт; номинальное напряжение 220 В; номинальный момент М_н=48,7 Н.м; номинальная скорость ω_н=225 1/с; номинальный ток якоря I_ян=54 А; КПД η=91,5%; число полюсов 2р_п=4; число параллельных ветвей обмотки якоря 2а=2; число активных проводников якоря N=234; сопротивления обмотки якоря R_я=0,046 Ом; обмотки дополнительных полюсов R_дп=0,019 Ом.

Решение. Конструктивная постоянная двигателя

Машинная постоянная при постоянном номинальном потоке возбуждения Н.м/А

Расчет механических характеристик в первой зоне регулирования при скорости от 0,1 до ω_н производим по формуле , где

Н.м.с

В первой зоне регулирования момент двигателя ограничен величиной I_макс=2,5I_н=135 А. Во второй зоне регулирования напряжение якоря постоянно и равно номинальному U_я=220 В. Регулирование осуществляется ослаблением потока возбуждения от Ф=Ф_н до Ф=0,5Ф_н. При этом машинная постоянная С изменяется пропорционально изменению потока , а жесткость. При регулировании во второй зоне следует иметь в виду, что поскольку ток якоря ограничен величиной 2,5I_н, то максимальный момент снижается пропорционально ослаблению поля .

U, В	Ф/Фн	β	С	ω0	М	ω
22	1	14,8	0,98	22,4	48,7	19,1
22	1	14,8	0,98	22,4	121,7	14,2
88	1	14,8	0,98	90,0	48,7	86,1
88	1	14,8	0,98	90,0	121,7	81,8
154	1	14,8	0,98	157,1	48,7	153,8
154	1	14,8	0,98	157,1	121,7	148,9
220	1	14,8	0,98	224	48,7	220,1
220	1	14,8	0,98	224	121,7	215,8
220	0,85	10,7	0,83	265	41,4	261,1
220	0,85	10,7	0,83	265	103,4	255,3
220	0,7	7,2	0,69	319	34,0	314,3
220	0,7	7,2	0,69	319	85,2	307,2
220	0,5	3,7	0,49	449	24,4	442,4
220	0,5	3,7	0,49	449	60,8	434,6

---

Рассчитанные характеристики представлены на рис.5.31.

---

Контрольные вопросы

1. Назовите основные способы регулирования скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения?

2. Как изменится скорость двигателя постоянного тока при уменьшении тока возбуждения, если момент на валу не превышает номинальный?

3. Почему при регулировании скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения выше номинальной ослаблением поля снижается номинальный и максимальный момент двигателя?

4. В чем состоит способ двухзонного регулирования скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения?

5. Поясните разницу в регулировании скорости с постоянным моментом и постоянной мощностью.

6. Какова должна быть скорость двигателя постоянного тока независимого возбуждения, чтобы он работал в режиме рекуперативного торможения?

7. В каких тормозных режимах может работать двигатель постоянного тока независимого возбуждения?

8. Приведите классификацию управляемых тиристорных выпрямителей, используемых в приводе ТП-Д.

9. Поясните принцип действия управляемого тиристорного выпрямителя.

10. Какова особенность тиристорного преобразователя для реверсивного электропривода по системе ТП-Д?

11. Каково назначение логического переключающего устройства в реверсивном приводе по системе ТП-Д?

12. В чем заключается принцип раздельного управления реверсивным тиристорным преобразователем.

13. Каково должно быть соотношение между углами управления реверсивного тиристорного преобразователя, чтобы механические характеристики привода ТП-Д в двигательном и тормозном режимах были согласованы?

14. Поясните принцип действия силового транзисторного регулятора напряжения.

15. Что такое скважность импульсов?

16. Чему примерно равен коэффициент мощности электропривода по системе ТП-Д?

17. Что нужно сделать, чтобы изменить направление вращения двигателя постоянного тока последовательного возбуждения?

18. Назовите способы регулирования скорости двигателя постоянного тока последовательного возбуждения, какой из этих способов более экономичный?

19. Почему двигатель постоянного тока последовательного возбуждения не может работать в режиме холостого хода?

20. Что такое инверторный режим работы управляемого тиристорного выпрямителя, каковы условия реализации этого режима?

---