Регулювання швидкості електроприводів постійного струму за допомогою перетворювачів і спеціальних схем



 

У залежності від перетворювальних пристроїв електропривод із двигунами постійного струму (або електропривод постійного струму) поділяють на наступні системи: «генератор — двигун» (Г-Д), де робочий (виконавчий) двигун отримує живлення від електромашинного перетворювача, що містить у собі керований генератор постійного струму і двигун, який приводить у рух генератор; «керований випрямляч – двигун» (КВ-Д), де двигун отримує живлення від керованих статичних перетворювачів. При живленні двигуна від магнітного підсилювача з виходом на постійному струмі система називається МП – Д, а від електромашинного підсилювача — ЕМП-Д.

Перевагою регулювання швидкості зміною напруги за допомогою перетворювачів є той факт, що для зміни ЕРС перетворювача необхідно впливати не на параметри головного (силового) кола, а на параметри кола керуючого пристрою — струм збудження в електромашинному перетворювачі, кут регулювання вентилів у керованому статичному перетворювачі, струм підмагнічування в магнітному підсилювачі. Потужності цих кіл у багато разів менше потужності регульованого двигуна, а тому питання про збільшення числа ступіней, а виходить, і плавності регулювання швидкості розв’язується просто.

Система «генератор — двигун» (Г-Д). Електрична схема представлена на рис. 4.6. Зміна напруги на якорі двигуна М2, що приводить у рух робочий механізм РМ, здійснюється регулюванням ЕРС генератора електромашинного перетворювача ЕМП. Генератор G1 приводиться в обертання з постійною кутовою швидкістю приводним двигуном М1 змінного струму (асинхронним або синхронним). Обмотки збудження двигуна LОЗМ2 і генератора LОЗG1 живляться від мережі постійного струму Uз або від регульованих джерел постійного струму (генератора-збуджувача G2, тиристорного, електромашинного або магнітного підсилювачів).

Будь-який режим двигуна М2 (пуск, гальмування, реверс і регулювання кутової швидкості) отримують зміною значення та знака напруги Uдв, яка підводиться до якоря та відрізняється від ЕРС генератора ЕG1 на величину падіння напруги в опорах обмотки генератора RG1.

Щоб змінити ЕРС ЕG1, необхідно змінити магнітний потік генератора. Для цього змінюють струм збудження в обмотці LОЗG1 за допомогою потенціометра Rз.G1. Так як напрямок обертання двигуна М1 незмінний, то для зміни полярності ЕРС генератора змінюють напрямок струму збудження в обмотці LОЗG1 перемикачем полярності SA1. У результаті цього змінюються полярність напруги на якорі і напрямок обертання двигуна.

При оцінці економічності регулювання варто мати на увазі, що в системі Г-Д здійснюється триразове перетворення енергії. Кожна зі ступіней перетворення супроводжується втратами енергії, тому загальний ККД системи

ηг-д = ηМ1 ηг ηдв,

де ηM1, ηг, ηдв, — ККД приводного (первинного) двигуна М1, генератора G1, виконавчого двигуна М2.

Результуючий ККД системи особливо низький для електроприводів малої потужності і досягає 75 — 80 % для електроприводів середньої та великої потужності (див. рис. 4.12, а).

Швидкість двигуна М2 регулюється нижче основної зміною ЕРС генератора ЕG1 при номінальному магнітному потоці двигуна (зона І), а вище основної – зменшенням магнітного потоку двигуна Фдв при номінальній ЕРС генератора G1(зона ІІ) (рис. 4.7).

У зв'язку з цим регулювання в цій системі може бути одно- та двозонним. Зона І відповідає регулюванню при постійному моменті, зона ІІ — при постійній потужності.

Регулювальні характеристики зони І будуються відповідно до рівнянь електромеханічної і механічної характеристик двигуна незалежного збудження, що для системи Г-Д приймають вид

                                                            (4.3)

Зміна першої складової Ег /(дв), що представляє собою кутову швидкість ідеального холостого ходу ω0 при зміні ЕРС генератора, викликає паралельне переміщення характеристик вздовж осі ординат. Характеристики зони ІІ отримуються при наступному зменшенні магнітного потоку двигуна.

Жорсткість природної та регулювальної характеристик виконавчого двигуна в системі Г-Д [див. (4.3)] трохи нижче, ніж при живленні його від потужного джерела напруги, внутрішнім опором якого у порівнянні з опором якоря генератора Rг можна зневажити.

При однозонному регулюванні діапазон зниження швидкості в цій системі Dпн = 1:10 ÷ 1:12 та при двозонному регулюванні загальний діапазон регулювання швидкості D = (20 ÷ 25) : 1. Верхня межа регулювання обмежена труднощами забезпечення стійкої роботи двигуна при малих значеннях магнітного потоку через дію реакції якоря, що розмагнічує. Розширення діапазону регулювання кутової швидкості виконавчого двигуна М2 та забезпечення його стійкої роботи при низьких напругах і невеликому магнітному потоці досягається при використанні в схемі зворотних зв'язків за струмом і швидкості з застосуванням підсилювачів у колах збудження. У такому випадку в системі повинно бути автоматичне регулювання. Загальний діапазон регулювання в системі Г-Д може досягати 100 : 1 і вище.

Система «керований випрямляч — двигун» (КВ-Д). Напруга на якорі двигуна змінюється за рахунок зміни кута відчинення вентилів перетворювача (випрямляча). У зв'язку з цим електропривод, у якому перетворювальним пристроєм є керований статичний перетворювач, називається вентильним.

За допомогою вентильних перетворювачів енергія змінного струму перетворюється в енергію постійного струму і навпаки. Вентильні перетворювачі за рахунок більш високого ККД економічніші електромашинних і мають у порівнянні з ними менші розміри та масу.

Для живлення кіл якорів та обмоток збудження двигунів постійного струму найбільше розповсюдження отримали тиристорні перетворювачі. Електроприводи з такими перетворювачами називаються тиристорними. Вся різноманітність схем цих перетворювачів поділяється на схеми одно- та двонапівперіодного випрямлення з живленням від одно- або трифазної мережі змінного струму.

Схеми можуть розрізнятися: числом фаз напруги живлення, числом пульсацій випрямленої напруги (одно-, дво- та триімпульсні) , а також структурою — цілком керовані схеми, де застосовані тільки тиристори (рис 4.8, а, б, в), напівкеровані, де частина тиристорів заміняють некерованими вентилями (діодами) (рис. 4.8, г), схеми з проміжним випрямлячем (рис. 4.8, д). Показані на рис. 4.8 схеми застосовуються в перетворювачах постійного струму, а також у схемах тиристорних електроприводів постійного струму.

В електроприводі найбільше розповсюдження отримали трифазні схеми з нульовим виводом трансформатора живлення (рис. 4.8, а), в яких використовується один напівперіод напруги змінного струму, та мостові схеми (рис. 4.8, б), в яких використовуються обидва напівперіоди. Мостові схеми можуть виконуватися також у безтрансформаторному варіанті з живленням безпосередньо від трифазної мережі.

Тому, що до вентильного перетворювача підводиться напруга змінного струму, то після випрямлення напруга на виході буде пульсуючою, а отже, пульсуючим буде і струм у навантаженні. Для згладжування пульсацій струму, які несприятливо впливають на процес нагріву і комутації двигуна, у коло навантаження вмикається дросель (реактор).

Пульсуюча напруга і струм містять у собі постійну і змінну складові. Постійні складові напруги і струму, що визначаються як середні значення за період зміни напруги мережі живлення змінного струму, часто називаються випрямленою напругою і випрямленим струмом. Середні значення напруги і струму вентильного перетворювача визначаються його параметрами і схемою з'єднання.

Для визначення випрямленої напруги та струму в схемі електропривода з перетворювачем, яка представлена на рис. 4.8, а, замінимо її еквівалентною з розподіленими параметрами. Еквівалентна схема, діаграми ЕРС, напруг та струмів представлені на рис. 4.9, а, б, де прийняті наступні позначення: m — число напівперіодів, що випрямляються, від всіх фаз напруги живлення (число пульсацій); е2а, e2b, e2c – миттєві значення ЕРС вторинних обмоток трансформатора; ia, ib, ic – миттєві значення струмів, які протікають через вентилі; Id – середнє значення випрямленого струму; еd, ud випрямлені миттєві значення ЕРС і напруги перетворювача; Ed – середнє значення випрямленої ЕРС перетворювача; Ud – середнє значення випрямленої напруги на виході перетворювача; Rт, Xт — активний та індуктивний опори фази трансформатора; Rдв, Rдр — активні опори обмоток двигуна і дроселя; Lдв, Lдр — індуктивності обмоток двигуна та дроселя; Ея ЕРС якоря двигуна; a — кут регулювання випрямляча або запізнення моменту відчинення вентилів, який відлічується від початку позитивного напівперіоду анодної напруги при однофазному випрямленні або від точки переходу ЕРС з однієї фази на іншу у багатофазних випрямлячів γ — період комутації вентилів, тобто період, коли припиняється робота одного вентиля і вступає в роботу черговий вентиль; λ – інтервал відчиненого стану вентиля; ΔUв — пряме падіння напруги на вентилі.

Рисунок 4.8 – Електричні принципові схеми приводів з вентильними перетворювачами

 

Найбільше середнє значення випрямленої ЕРС Ed0 у режимі безперервного випрямлення для випадку, коли вентилі відчиняються на початку напівперіоду як звичайні діоди (a = 0), визначається площею, яка обмежена між кривою миттєвих ЕРС еd і віссю ωt. Довжина кожної випрямленої ділянки ЕРС e2 для трифазної схеми дорівнює 2π / m = = 2π / 3 = 120 ел. град. У цьому режимі струм у навантаженні протікає безперервно. При активно-індуктивному навантаженні зовнішнього кола випрямляча (наприклад, двигуні) інтервал відчиненого стану вентиля дорівнює 2π / m + γ = 120° + γ. Значення кута комутації залежить від струму навантаження і кута регулювання і звичайно складає 0 ÷ 20. Чим більше Lдв + Lдр у порівнянні з Rдв + Rдр, тим більш положистими стають криві зростання і зниження струму і в період комутації. Процес комутації відбивається на формі кривої випрямленої напруги ud (рис. 4.9, б).          Якщо за допомогою системи керування (СК) затримати початок відмикання вентиля на кут a (див. рис. 4.10), то площа під кривою ed зменшиться і середнє значення Ed також зменшиться. При кутах регулювання a < π / 6 та будь-яких співвідношеннях Lдв + Lдр і Rдв + Rдр у випрямлячі та навантаженні збережеться безперервний струм. При подальшому збільшенні кута керування a безперервний струм зберігається тільки при значній перевазі індуктивності:

Рисунок 4.9 – Еквівалентна схема та діаграми ЕРС, напруг і струмів трифазного однонапівперіодного випрямляча

Середнє значення ЕРС, яка створює безперервний струм у навантаженні

Ed = Ed0cos a.                                           (4.4)

Якщо кут регулювання змінювати від 0 до 90°, то середня випрямлена ЕРС буде змінюватися від Ed0 до 0. Залежність Ed від a представляє собою регулювальну характеристику випрямляча. Залежність Ed / Ed0 від a при однонапівперіодному випрямленні з активним навантаженням наведена на рис. 4.10.

При значних кутах регулювання і струмі Id 0 у випрямлячі та навантаженні протікає переривчастий струм, тривалість проходження якого у вентилі виявляється менше ніж 2π / m. У цьому випадку крива струму і в навантаженні містить інтервали нульового струму (безструмові паузи). Переривчастий струм викликає підвищений нагрів якоря двигуна. Зменшити зону дії переривчастих струмів дозволяє вмикання в коло якоря дроселя, який згладжує.

Середня випрямлена напруга Ud на виходах перетворювача (випрямляча) відрізняється від його ЕРС на значення падіння напруги на вентилі в провідний період (ΔUв), падіння напруги на активному опорі струмопровідного кола і падіння напруги, яке обумовлене процесом комутації вентилів:

Ud = Ed0cos a – ΔUв – Rек.пр Id                  (4.5)

де Rек.пр — еквівалентний опір перетворювача – для схем одно- та двонапівперіодного випрямлення відповідно Rек.пр = Rт + 0,478 Xт, Rек.пр = 2 Rт + 0,955 Хт.

Рівняння електромеханічної і механічної характеристик двигуна постійного струму незалежного збудження, що живиться від керованого статичного перетворювача (система КВ-Д), аналогічні рівнянням (2.13) і (2.16) та з урахуванням параметрів перетворювача відповідно приймають вид

                            (4.6)

                   (4.7)

де RΣ= Rек.пр + Rдв + Rдр — сумарний опір силового кола; Iя = Id — струм у колі якоря, або струм перетворювача.

З рівнянь (4.6) та (4.7) видно, що при безперервному випрямленому струмі перетворювача електромеханічні та механічні характеристики при Ф = Фном та Еd = vаr представляють собою паралельні лінії, нахил яких визначається величиною RΣ (рис. 4.11). За рахунок відносно великого опору перетворювача і введення дроселя в коло якоря жорсткість електромеханічних характеристик у системі КВ—Д менше жорсткості природної характеристики.

Зазначені прямолінійні характеристики відсікають на осі ординат відрізки, які відповідають швидкості ідеального холостого ходу:

                                                  (4.8)

Однак у дійсності швидкість ідеального холостого ходу при обраному значенні кута регулювання a відрізняється від швидкості, яка визначається співвідношенням (4.8). Різке зростання швидкості, показано на рис. 4.11 штриховими лініями, при малих значеннях моменту двигуна виникає через явища, які обумовлені переривчастим струмом якоря. Це явище особливо помітно при великих кутах регулювання. Дія переривчастого струму позначається у визначеній зоні (рис. 4.11).

Електромеханічні та механічні характеристики двигуна при роботі перетворювача в зоні переривчастих струмів не можуть бути виражені аналітично.

Характеристики, які зображені на рис. 4.11 у квадранті I, відповідають руховому режиму. У зоні зміни кута регулювання a від 0 до 90° випрямлена ЕРС змінюється від Ed0до 0. При цьому практичний діапазон зниження швидкості Dпн  1:10 ÷ 1:20, тобто такий же, як у системі Г-Д. Для розширення діапазону регулювання в системі КВ-Д застосовують зворотні зв'язки, тобто переходять до автоматичного регулювання.

Коефіцієнт корисної дії системи КВ-Д залежить як від значення навантаження на валу двигуна, так і від його швидкості при регулюванні. Це пов'язано з погіршенням показників перетворювача при великих струмах і низьких напругах. Залежність ККД електропривода з тиристорним перетворювачем ηкв-д від кутової швидкості в системі КВ-Д при номінальному навантаженні на валу двигуна наведена на рис. 4.12, а. Там же для порівняння показана залежність ККД у системі Г-Д (ηг-д). Порівняння η = f (ω*) показує, що ККД електропривода, який виконаний по системі КВ-Д, вище, ніж по системі Г-Д.

Рисунок 4.12 – Залежності ККД і коефіцієнта потужності системи КВ – Д та Г – Д від швидкості при Мст = Мном

 

Коефіцієнт потужності χ через викривлення форми кривих випрямленого струму та напруги і появи гармонійних складових у системі КВ-Д визначається двома величинами: кутом зрушення φ першої гармонійної складової струму, який споживається перетворювачем з мережі, відносно напруги мережі та коефіцієнтом викривлення того ж струму:

D = Iд1/ Iд                                                                               (4.9)

де Iд — діюче значення струму, який споживається перетворювачем з мережі; Iд1 — діюче значення першої гармонійної складової того ж струму.

При великій індуктивності в колі випрямленого струму φ = a. Тоді коефіцієнт потужності

c = d cosφ = d cos a                                                                                   (4.10)

Разом з тим на підставі співвідношення (4.4), можна записати

cos a = Ed / Ed0= w / w ном.                                                   (4.11)

Таким чином, коефіцієнт потужності в системі КВ-Д залежить від кутової швидкості двигуна w та від значення навантаження на валу, яке визначає Iд. Зниження кутової швидкості або збільшення струму Iд призводить до зменшення коефіцієнта потужності установки (рис. 4.12, б).

Щоб підвищити значення χ, застосовують методи штучної комутації вентилів та спеціальні фільтри вищих гармонійних складових, що збільшує значення соs φ та d.

Економічність установки для регулювання швидкості електропривода в системах Г–Д і КВ-Д (у порівнянні, наприклад, з реостатним регулюванням швидкості) визначається габаритами перетворювача, його складністю та вартістю устаткування. Як у системі Г-Д, так і в системі КВ-Д додаткові витрати, пов'язані з установкою додаткових електричних машин або використанням керованого перетворювача, цілком окупаються високою керованістю систем, які забезпечують можливість ефективного автоматичного керування всіма режимами роботи електропривода. Тому в даний час ці системи електропривода використовуються в основному з автоматичним регулюванням.

Система «магнітний підсилювач-двигун» (МП - Д). Зміну напруги на клемах якоря двигуна можна отримати за допомогою дроселів підмагнічування та магнітних підсилювачів, у кола робочих обмоток яких увімкнені некеровані вентилі (рис. 4.13).

Магнітний підсилювач (МП) відрізняється від звичайних дроселів наявністю кола самопідмагнічування — внутрішнього позитивного зворотного зв'язку за струмом. За рахунок цього він має більший коефіцієнт підсилення, меншу масу і при однаковому зі звичайним дроселем коефіцієнті підсилення — меншу інерційність.

Рисунок 4.13 – Електрична принципова схема вмикання трифазного магнітного підсилювача, який використовується для живлення двигуна постійного струму

 

Основний регулюючий елемент магнітного підсилювача — дросель насичення з підмагнічуванням, робоча (силова) обмотка (РО) якого намотується на осердя і вмикається послідовно з діодом і навантаженням. З усіма осердями МП зв'язана обмотка підмагнічування або обмотка керування (ОК). Робочі кола (робочі обмотки разом з діодами) можуть вмикатися за схемами, аналогічними схемам увімкнення керованих вентильних перетворювачів.

Регулювання швидкості двигуна М у системі МП - Д здійснюється зміною випрямленої ЕРС магнітного підсилювача Емп, а отже, напруги Ud мп за рахунок зміни магнітної індукції В осердів при зменшенні або збільшенні струму підмагнічування Iкер.

Середнє значення випрямленої ЕРС

Емп = [m Um /(2p)](1 + Вкер / Вs),                                        (4.12)

де m – число напівперіодів випрямлення (для рис. 4.13 значення m = 3); Umамплітудне значення напруги джерела живлення, фазне для схем з нульовим виводом трансформатора та лінійне для мостових схем; Вкер — магнітна індукція в осердях від струму керування; Вs — індукція насичення осердів.

Значення індукції Вкер змінюється в межах ± Вs, що відповідає зміні випрямленої ЕРС від 0 до m Um / π. При зниженні струму керування зменшується Вкер і, як наслідок, при Вs = const зменшується ЕРС магнітного підсилювача, а отже, і напруга на виході Ud мп. Кутова швидкість двигуна при цьому знижується.

Рівняння електромеханічної та механічної характеристик у системі МП - Д мають вид

                                                (4.13)

                                               (4.14)

де ΔUв — падіння напруги на діодах (вентилях); Rмп — активний опір робочих обмоток магнітного підсилювача.

Так само як і для системи КВ-Д, рівняння (4.13) і (4.14) справедливі для безперервного випрямленого струму. Рівняння (4.13), (4.14) ідентичні рівнянням (4.6) та (4.7) для системи КВ–Д. Отже, електромеханічні та механічні характеристики розглянутої системи електропривода будуть аналогічні характеристикам системи КВ-Д вруховому режимі та при зміні Iкер переміщуються вздовж осі паралельно.

Для двигуна постійного струму незалежного збудження при різних значеннях Iкер вони представлені на рис. 4.14.

Жорсткість механічних характеристик у системі МП-Д, яка визначається сумарним опором кола якоря, менше жорсткості природної характеристики. Діапазон зниження швидкості такий же, як у системі КВ-Д: Dпн  1:10 ÷ 1:20. Для збільшення жорсткості механічних характеристик і відповідно розширення діапазону регулювання кутової швидкості електропривода в системі МП - Д використовують зворотні зв'язки, тобто переходять до автоматичного регулювання.

Основним недоліком системи МП - Д є низький ККД (до 30%), що обмежує її застосування.

Схема шунтування якоря двигуна. Для зміни напруги на клемах якоря, а отже, і швидкості двигуна застосовуються і більш прості схеми, наприклад реостатні поділювачі напруги — потенціометри. Такі схеми в електроприводі називаються схемами шунтування якоря двигуна. Для двигуна постійного струму незалежного збудження схема шунтування якоря представлена на рис. 4.15, а, а механічні характеристики, що відповідають цій схемі, — на рис. 4.15, б. При різних співвідношеннях шунтуючого Rш і послідовного Rпос опорів напругу, яка підводиться до якоря двигуна, можна змінювати від 0 до Uс.

Рисунок 4.15 – Потенціометрична схема та механічні характеристики двигуна постійного струму незалежного збудження

 

Кутова швидкість ідеального холостого ходу ω0ш залежить від значення напруги на якорі двигуна і визначається як

ω0ш = aш ω0п,

де aш = Rш / Rп <1 — коефіцієнт зниження напруги.

Потужність, що розсіюється потенціометром, при Uс = Uном

Рв.е = I2ш Rш + I2пос Rпос                                                                              (4.15)

Зі співвідношення (4.15) видно, що ця схема регулювання швидкості неекономічна тому, що зі збільшенням струму Iш або Iпос втрати різко зростають.

Регулювання кутової швидкості в потенціометричній схемі здійснюється вниз від основної; Діапазон зниження швидкості Dпн = 1:4 — 1:5. Для двигуна послідовного збудження схема шунтування якоря наведена на рис. 4.16, а, а механічні характеристики на рис. 4.16, б. У цій схемі опір Rш шунтує обмотку якоря двигуна, а обмотка збудження LОЗП залишається увімкненою послідовно з додатковим опором Rпос. Незалежно від струму Iя через обмотку збудження весь час протікає струм Iш, який створює незалежний магнітний потік двигуна та визначає кінцеву кутову швидкість холостого ходу ω0ш. При зміні опорів Rш і Rпос кутові швидкості ω0ш і ω за рахунок падіння напруги на Rпос будуть зменшуватися.

Схема імпульсної зміни напруги на якорі. Кутову швидкість двигунів можна регулювати не тільки постійною (тривалою), але й короткочасною (імпульсною) зміною параметрів (опорів, напруг тощо).

Електропривод, у якому кутова швидкість регулюється за рахунок імпульсної зміни параметрів, називається імпульсним. Пристрій, який здійснює періодичну комутацію, називається імпульсним перетворювачем (комутатором).

Якщо за допомогою розглянутого пристрою якірне коло двигуна періодично (імпульсно) підключати до джерела постійної напруги, то середні значення напруги та струму якоря будуть менше, ніж при постійному його підключенні. При цьому середня кутова швидкість ωср двигуна у порівнянні з кутовою швидкістю на природній характеристиці буде зменшуватися.

Принципові схеми імпульсної зміни напруги на якорі двигуна постійного струму з напівпровідниковими комутаторами К показані на рис. 4.17, а, б. У процесі роботи схеми в той період, коли двигун підключений до джерела живлення, велика частина енергії передається від джерела до робочого органа виробничого механізму через вал двигуна, а частина її запасається у виді кінетичної та електромагнітної енергії в ланках електропривода. При відключенні двигуна електропривод продовжує працювати за рахунок накопиченої енергії.

У схемі транзисторного комутатора (рис. 4.17, а)періодичне підключення і відключення двигуна здійснює транзистор VТ1, який працює в режимі переключення. Транзистор, як правило, вмикається за схемою з загальним емітером тому, що в цьому випадку він має максимальний коефіцієнт підсилення за потужністю. Транзистор відчиняється при подачі на його вхід негативного керуючого сигналу Uкер і зачиняється при зміні полярності Uкер. Схема, застосовується при струмах якоря 10 – 15 А.

У схемі тиристорного комутатора (рис. 4.17, б) до відчинення тиристора VS1 для забезпечення наступного його запирання спочатку відчиняють тиристор VS2. При цьому конденсатор Ск заряджається від мережі живлення з плюсом на верхній обкладці (електроді). При відчиненні основного тиристора VS1 подається напруга на якір двигуна та одночасно за допомогою тиристора VS1 відбувається перезарядження конденсатора Ск через реактор Lk та діод VDk, що відсікає. У результаті Ск перезаряджається з мінусом на верхній обкладці. При наступному відчиненні VS2 внаслідок негативної напруги на Ск зачиниться VS1. Надалі цикл буде повторюватися.

У період відчиненого (або увімкненого) стану комутатора К струм якоря iя дорівнює струму iс, який надходить від джерела живлення тому, що увімкнений паралельно якорю діод VDш при цьому зачинений негативною напругою мережі на його аноді. Після відключення комутатором двигуна від мережі під дією ЕРС самоіндукції в колі якоря продовжує протікати струм, замикаючись через діод VDш. У цей період iя = iш.

На рис. 4.17, в показані діаграми зміни в часі напруги на клемах двигуна uдв, струму якоря iя, струму мережі iс та струму в діоді VDш, що шунтує. Діаграми побудовані за умови, що комутація здійснюється миттєво, тобто кола джерела живлення та діода VDш не мають індуктивності.

Комутація в схемі звичайно відбувається таким чином, що період проходження вихідних імпульсів Tп = ti + t0 залишається постійним, а змінюється лише співвідношення часу подачі імпульсу ti та відсутності імпульсу t0 (відключеного стану К).

Рисунок 4.17 – Схеми вмикання при імпульсному регулюванні напруги на якорі двигуна та діаграми зміни напруги і струмів

 

Спосіб регулювання напруги, коли при постійному значенні напруги джерела живлення змінюється тривалість імпульсу ti при Тп= const та t0= const, називається широтно-імпульсним, а при ti=const і Тп = varчастотно-імпульсним. В електроприводі найбільш розповсюджене широтно-імпульсне регулювання.

При ti = const і t0= const у схемі буде квазісталий режим роботи, який характеризується значеннями Imax, Imin, та Iср = (Imax + Imin)/2

Середнє значення напруги на якорі характеризується коефіцієнтом заповнення імпульсів ν = ti / Tп, або скважністю. Зміною ν змінюють Iср = Iя та середню кутову швидкість двигуна ωср. У квазісталому режимі

Rдв Iср = ν Uс k Ф wср                   (4.16)

Тоді рівняння електромеханічної та механічної характеристик при імпульсному регулюванні напруги приймуть вид

       (4.17)

 (4.18)

Електромеханічні та механічні характеристики представляють собою прямі, паралельні між собою, та відсікають на осі ординат відрізки, що відповідають

      (4.19)

Електромеханічні характеристики при імпульсному регулюванні напруги представлені на рис. 4.18. При переривчастому струмі в якорі незалежно від значення ν кутова швидкість ідеального холостого ходу ω0= Uс /().

Схема імпульсного регулювання напруги відрізняється простотою устрою і надійністю роботи. Істотним недоліком її є зниження жорсткості електромеханічних та механічних характеристик, а також наявність переривчастих струмів, що призводять до додаткового нагріву двигуна.


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1877;