Системы с двухзонным регулированием скорости

В электроприводе с двухзонным регулированием скорости часть полного диапазона регулирования от нуля до номинальной скорости осуществляется путем изменения напряжения на якоре от нуля до номинального значения при номинальном потоке возбуждения, а регулирование при скорости выше номиналь­ной — путем уменьшения потока возбуждения при постоянном напряжении на якоре.

При двухзонном регулировании скорости двигатель в каждой зоне располагает разными допустимыми значениями момента и мощности (рис. 2.46).

Рис. 2.46. Диаграммы регулирования мощности и момента при двухзонном регулировании скорости

При независимом охлаждении двигателя во всем диапазоне регулирования скорости допустимым значением тока якоря яв­ляется его номинальный ток I_я._ном. Так как магнитный поток двигателя Ф постоянен при регулировании скорости вниз от но­минальной, то и допустимое значение момента М_ДОП постоянно и равно номинальному М_НОМ:

Мдоп = kФI_я.ном = М_ном (2.25)

Допустимая мощность Р_ДОП на валу двигателя при этом снижается линейно.

При регулировании скорости вверх от номинальной допусти­мый момент, согласно формуле (2.25), уменьшается, так как уменьшается магнитный поток Ф, а допустимая мощность Р_доп остается постоянной.

Таким образом, регулирование скорости вниз от номинальной осуществляется с постоянством допустимого момента, а вверх от номинальной — с постоянством допустимой мощности.

Рассмотрим принцип действия двухзонного электропривода на примере электропривода ЭПУ1-2Д (рис. 2.47). Двигатель М питается от тиристорного выпрямителя якоря (ТВЯ), а обмотка возбуждения — от тиристорного выпрямителя возбуждения (ТВВ). Система автоматического управления включает две взаимосвя­занные системы: систему регулирования скорости по цепи якоря с регуляторами тока якоря (РТЯ) и скорости (PC) и систему регу­лирования ЭДС по цепи возбуждения с регуляторами тока возбу­ждения (РТВ) и ЭДС (РЭ).

Рис. 2.47. Функциональная схема электропривода с двухзонным регулированием скорости

Пока двигатель работает на скорости ниже основной, значе­ние ЭДС якоря меньше номинального, регулятор ЭДС РЭ выве­ден из работы блоком ограничения БО. Вследствие этого ток возбуждения поддерживается на номинальном уровне регулято­ром РТВ. При увеличении напряжения задания u_з.с скорость уве­личивается. Когда скорость двигателя станет равной номинальной, ЭДС двигателя достигнет номинального значения, регулятор РЭ выйдет из ограничения и контур регулирования ЭДС замкнется. С этого момента система автоматического управления переходит в режим поддержания постоянства ЭДС. Регулятор РЭ шунтиру­ет выходной сигнал регулятора РТВ, напряжение управления u_ув уменьшается, что приводит к уменьшению тока возбуждения и ослаблению потока. Дальнейшее увеличение скорости проис­ходит за счет ослабления потока возбуждения при постоянной ЭДС якоря Е_я = E_{я. ном}.

2.3.6. Системы «импульсный преобразователь -двигатель постоянного тока»

Способы регулирования напряжения. В простейшем случае преобразователь с широтно-импульсным управлением (ПШИУ) содержит ключ S1 и диод VD1, шунтирующий двигатель М (рис. 2.48). Преобразователь получает питание от источника по­стоянного напряжения, в качестве которого может использовать­ся неуправляемый выпрямитель, аккумуляторная батарея и т.п.

Рис. 2.48. Силовая схема преобразователя с широтно-импульсным управлением

Регулирование напряжения на якоре осуществляется путем периодического замыкания и размыкания ключа S1. Когда ключ S1 замкнут, якорь подключен к напряжению постоянного тока U_n. В разомкнутом состоянии ключа ток двигателя замыкается через шунтирующий диод VD1. В результате на двигателе фор­мируются напряжение и_я в виде последовательности прямо­угольных импульсов напряжения с амплитудой U_n (рис. 2.49). Среднее значение U_я можно определить по выражению

где Т_kом =t₀ + t₃ — период коммутации импульсов; t_o — время открытого состояния ключа SI; t₃ — время закрытого состояния ключа S1.

Рис. 2.49. Графики напряжения якоря при широтно-импульсном и частотно-импульсном управлении

Следовательно, регулирование напряжения на якоре можно осуществить одним из следующих способов:

1) путем регулирования времени открытого состояния t₀ при постоянной частоте коммутации ƒ_ком = 1/Т_КОМ = const (способ на­зывается широтно-импулъсной модуляцией);

2) путем регулирования периода коммутации при постоян­ном времени открытого (или закрытого) состояния t_o = const (способ называется частотно-импульсной модуляцией).

Преимущественное использование в электроприводе полу­чил способ широтно-импульсной модуляции.

Нереверсивный электропривод с ПШИУ. В нереверсивном электроприводе используются две схемы ПШИУ: последова­тельная и полумостовая. Функциональная схема и временные диаграммы работы электропривода с последовательным ПШИУ приведены на рис. 2.50. При напряжении управления u_у > 0 широтно-импульсный модулятор (ШИМ) формирует последова­тельность двухполярных импульсов U_GT, поступающих на базу транзистора VT1. В течение действия положительных импульсов U_GT > 0 VT1 открыт и якорь двигателя подключен к напряжению U_n. Электрическая энергия, потребляемая от источника U_n, пре­образуется в кинетическую и тепловую энергию; часть ее запаса­ется в электромагнитном поле индуктивности якоря L_я. Вследст­вие наличия индуктивности L_я нарастание тока происходит по экспоненциальному закону. В течение действия отрицательных импульсов U_GT транзистор VT1 закрыт и ток якоря проходит по шунтирующему диоду VD1 под действием ЭДС самоиндукции Длительность прохождения тока на интервале t₃ = (1 - γ)T_К0М зависит от количества запасенной в индуктивно­сти энергии, которое определяется моментом нагрузки (силой тока якоря), временем t₀ и частотой коммутации ƒ_ком. Если ток спадает до нуля, то ПШИУ работает в режиме прерывистого тока, если не спадает — в режиме непрерывного тока. Для РНТ среднее значение напряжения на якоре без учета падения на транзисторе и диоде

где γ — скважность импульсов.

Рис. 2.50. Функциональная схема и временные диаграммы напряжений и тока нереверсивного электропривода с одноключевым ПШИУ

Достоинством данной системы электропривода является ма­лое число полупроводниковых силовых элементов, недостатка­ми — отсутствие режима генераторного торможения двигателя, наличие нелинейных участков в механических характеристиках двигателя из-за возможности режима прерывистого тока.

Функциональная схема и временные диаграммы полумосто­вого ПШИУ приведены на рис. 2.51. При u_у = 0 в схеме открыт транзистор VT2, который совместно с диодом VD2 закорачивает цепь якоря, чем обеспечивается динамическое торможения дви­гателя. При напряжении u_у > 0 ШИМ формирует две противофазные последовательности двухполярных импульсов U_GT1 и U_GT2, поступающих на базы транзисторов VT1 и VT2. В данной схеме в отличие от предыдущей невозможен РПТ, но в зависи­мости от момента нагрузки ток может быть однополярным или двухполярным.

Рис. 2.51. Функциональная схема и временные диаграммы напряжений и тока нереверсивного электропривода с полумостовым ПШИУ

Реверсивный электропривод с ПШИУ. В реверсивном элек­троприводе используется мостовая схема ПШИУ. Функциональ­ная схема электропривода приведена на рис. 2.52. В мостовой схеме ПШИУ применяются три способа управления ключами: диагональный, симметричный и несимметричный.

Рис. 2.52. Функциональная схема реверсивного электропривода с мостовым ПШИУ

При диагональном управлении открывающие им­пульсы подаются на пару транзисторов VT1, VT4 (при u_у >0) либо на VT2, VT3 (при u_у < 0). На якоре формируется двухполярное напряжение и_я. Ток якоря может быть непрерывным и пре­рывистым. В РПТ механические характеристики нелинейные, поэтому такое управление применяется в электроприводе малой мощности с невысокими требованиями к статическим и динами­ческим характеристикам.

При симметричном управлении открывающие им­пульсы подаются в противофазе на пары транзисторов VT1, VT4 и VT2, VT3. На якоре формируется двухполярное напряжение u_я. При всех режимах работы ток в якоре имеет непрерывный ха­рактер, поэтому механические характеристики линейны. Сред­нее значение напряжения на якоре U _я = U_n (2γ -1).

При несимметричном управлении при u_у > 0 тран­зистор VT4 открыт и открывающие импульсы подаются в проти­вофазе на транзисторы VT1 и VT3; при u_у < 0 открыт транзистор VT3 и открывающие импульсы в противофазе подаются на VT2 и VT4. На якоре формируется однополярное напряжение и_я. Ре­жим прерывистого тока в схеме отсутствует. Среднее значение напряжения на якоре U_я = U_n γ.

Электроприводы с ПШИУ обладают высоким быстродейст­вием с полосой пропускания до 100 Гц и большим диапазоном регулирования (до 100 000).

Рисунок 2.6. - Диаграммы регулирования мощности и момента при двухзонном регулировании скорости

Рисунок 2.7 - Функциональная схема электропривода с двухзонным регулированием скорости

Рисунок Схемы силовых цепей трехфазных выпрямителей

Рисунок. Схемы силовых цепей однофазных выпрямителей

Рисунок Функциональная схема реверсивного электропривода с контактным реверсором в цепи якоря

Рисунок Функциональная схема реверсивного электропривода с реверсивным выпрямителем в цепи возбуждения

Дата добавления: 2015-07-11