Импульсный преобразователь – двигатель.

⇐ ПредыдущаяСтр 22 из 26Следующая ⇒

В данном учебном материале на основе требований к управляемым источникам питания для управления электродвигателями рассматривается система широтно-импульсный преобразователь – двигатель.

Автоматизированные электроприводы (АЭП), в особенности

электроприводы (ЭП) с полупроводниковыми преобразователями,

используются во многих отраслях народного хозяйства: в машино-

строении, металлургии, станкостроении, химической промышлен-

ности, робототехнике, идр

Технические средства, используемые при создании АЭП с по-

лупроводниковыми преобразователями, непрерывно совершенст-

вуются, а технико-экономические требования, предъявляемые к

таким электроприводам, все более повышаются. Одним из наибо-

лее перспективных направлений в создании высококачественных и

надежных автоматизированных электроприводов в станкостроении в по-

следние годы отмечается широкое применение в них микропроцессоров, микро-ЭВМ, элементов и устройств цифровой техники.

Указанному направлению в развитии АЭП в значительной

мере отвечают электроприводы с силовыми транзисторными пре-

образователями. Как известно, подобные электроприводы отлича-

ются весьма существенными достоинствами, в частности высокими

энергетическими показателями – КПД и коэффициентом мощно-

сти, малыми габаритами и массой, стабильностью характеристик и

их слабой зависимостью от параметров силовых транзисторов (в отличии от аналогичных тиристорных ШИП), работающих в ключевом режиме, высоким быстродействием, возможностью оптимизации параметров электроприводов с помощью микропроцессоров и микро-ЭВМ. Силовые транзисторные преоб-

разователи в станкостроении применяются как нереверсивные, так и реверсивные постоянного и переменного тока.

В современной технике можно выделить различные пути по-

строения электроприводов. В частности, реализацию специализи-

рованных вычислительных устройств и цифровых корректирую-

щих устройств электроприводов возможно осуществить либо на

микропроцессорах, либо на интегральных микросхемах средней и

малой степени интеграции. Выбор той или иной конкретной струк-

туры электропривода и, соответственно, схемной реализации спе-

циализированного вычислительного устройства определяется,

прежде всего, сложностью алгоритмов работы и способами связи

электропривода с управляющей ЭВМ.

Полупроводниковые преобразователи электроприводов по-

стоянного и переменного тока должны удовлетворять следующим

основным требованиям:

1. Двусторонней проводимости энергии меж-

ду источником питания и исполнительным двигателем для обеспе-

чения его работы во всех квадрантах механической характеристи-

ки;

2. Малого и не зависящего от тока выходного сопротивления для

получения механических характеристик, близких к естественным;

3. В конечном счете для получения хороших статических и динами-

ческих характеристик электропривода в целом; жесткой внешней

характеристики; малой инерционности; высокого КПД; достаточ-

ной перегрузочной способности для обеспечения необходимых

форсировок в переходных режимах работы привода; высокой по-

мехозащищенности; надежности; приемлемых массогабаритных

показателях; отсутствия влияния на сеть.

Перечисленным основным требованиям в наибольшей степе-

ни удовлетворяют транзисторные преобразователи, работающие в

режиме переключения и питающиеся от источника постоянного

напряжения. Такие преобразователи в электроприводах постоянно-

го тока получили название широтно-импульсных (ШИП).

Важным техническим показателем ШИП-Д являются высокое

быстродействие при отработке управляющих и возмущающих воз-

действий. Ограничением здесь являются резонансные частоты агрегата двигатель-тахогенератор и самого механизма. Более высокое

быстродействие ШИП-Д при отработке управляющих воздействий

позволяет достигнуть увеличения скорости обработки по контуру

при заданной точности. В ШИП-Д удается увеличить быстродейст-

вие под нагрузкой на самых низких скоростях перемещений, а также

увеличить точность и сократить время позиционирования, вследст-

вие чего система ШИП-Д используются в механизмах подач станков

с программным управлением и в роботах со сложными законами

управления перемещений.

В механизмах с частыми циклами позиционирования преиму-

щества ШИП-Д реализуются наиболее полно. Для обеспечения мак-

симальной производительности необходимо минимизировать сум-

марный момент инерции, приведенный к оси двигателя, и в первую

очередь сокращать момент инерции самого двигателя, применяя ма-

лоинерционные двигатели (предпочтительнее с дисковым якорем,

имеющим более высокую жесткость вала). Индуктивность якоря и

электромагнитная постоянная упомянутых двигателей значительно

меньше, чем в обычных и высокомоментных. Поэтому применение

ШИП-Д с более высокой частотой коммутации позволяет сократить

потери в двигателях и габариты сглаживающего реактора.

Сокращение потерь в двигателе позволяет соответственно

увеличить число циклов в минуту.

Высокое быстродействие ШИП-Д при отработке возмущаю-

щих воздействий позволяет получить более высокую равномерность

перемещений. Благодаря этому свойству ШИП-Д успешно приме-

няются в координатно-измерительных машинах, установках для ла-

зерной обработки и контроля микросхем и других устройствах, в которых требуются плавность перемещений с низкими скоростями (0,05 - 1,0 мм/мин). Современные ШИП-Д при работе только скоростного контура обеспечивают

регулирование скорости в диапазоне 1:30000 с нормированными по-

казателями неравномерности и стабильности.

Все перечисленные преимущества обусловили расширение

выпуска ШИП-Д мощностью до 6 - 12 кВт во всех промышленно

развитых странах. Этому способствовало снижение стоимости и по-

вышение надежности транзисторов на напряжения 300 - 400 В и то-

ки до 1000 А, транзисторных сборок в интегральном исполнении на

базе указанных транзисторов со встроенной защитой, диодных сбо-

рок в интегральном исполнении на базе быстрозапирающихся вен-

тилей на токи до 100 А, гибридных микросхем. Благодаря появле-

нию этих новых элементов удельные габаритные и стоимостные по-

казатели блоков преобразователей и источников питания ШИП-Д