Приводы постоянного тока

СОКРАЩЕНИЕ (УВ — Д) = система «управляемый выпрямитель — двигатель»

НВ = независимое возбуждение

 

Электродвигатели постоянного тока применяют в тех электроприводах, где требуется большой диапазон регулирования скорости, большая точность поддержания скорости вращения привода, регулирования скорости вверх от номинальной.

Для питания двигателей постоянного тока независимого возбуждения используют регулируемые источники постоянного тока:

• электромашинные агрегаты; генератор постоянного тока — двигатель переменного тока (система Г —Д);
• тиристорный преобразователь (управляемый выпрямитель) с системой импульсно-фазового управления (СИФУ) (система ТП—Д);
•  полупроводниковые выпрямители с регулированием выпрямленного напряжения методом широтно-импульсного регулирования (ШИР-Д).

Систему Г—Д в настоящее время в стационарных установках не применяют. Эта система регулируемого электропривода продолжает использоваться в мобильных машинах (например, экскаваторах).

Система ШИР—Д находит ограниченное применение в качестве высокоточных электроприводов малой мощности (до 1,0...2,0 кВт).

https://www.elec.ru/files/2020/01/13/onischenko-gb-elektricheskiy-privod_a02621f49f1.pdf

В этой схеме якорная цепь двигателя периодически подключается к источнику питания постоянного тока (неуправляемый выпрямитель UZ), имеющему постоянную величину напряжения Uп. Включение - отключение напряжения питания осуществляется ключом - транзистором VT. Частота коммутаций цепи постоянная, равная fк = 1|Tк.

Величина среднего напряжения Ucp, поступающего к якорю двигателя, определяется отношением времени включенного состояния ключа tвко времени периода коммутаций Тк=tв+ t0, как это показано на рис.5.27.

 Если время включенного состояния велико и составляет порядка tв = 0,957Тк, то среднее напряжение, поступающее на двигатель, будет максимально и составлять Uмакс = 0,95Un. Если уменьшать время включенного состояния.ключа VT, то среднее значение напряжения будет уменьшаться (оно пропорционально заштрихованной площади на рис.5.27, деленной на время Тк). Из рис.5.27 следует, что среднее напряжение широтноимпульсного регулятора равно n к в n U Т t U = U = γ (5.30) Величину в Тк γ = t / 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 fк - выше частота, меньше амплитуда пульсаций. В настоящее время широтноимпульсные регуляторы (ШИР) проектируются с частотой 2-10кГц 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 50Гц. Среднее напряжение, поступающее на якорную цепь двигателя, будет равно Ud = Un* γи, следовательно, механические характеристики электропривода в данной схеме будут описываться выражением (см.5.30) Заметим, что величина скважности у может изменяться от 0 до 0,95. Величина Un 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.

Основной системой регулируемого электропривода с двигателем постоянного тока является система ТП—Д. В этой системе для питания якорной цепи используют управляемые тиристорные выпрямители.

http://roboticslib.ru/books/item/f00/s00/z0000032/st005.shtml

наибольшее применение в приводах получили следующие схемы с тиристорным управлением:

Схемы (а - д) однокомплектных тиристорных преобразователей: а - однофазный нулевой двухполупериодный, б - однофазный мостовой, в - трехфазный нулевой, г - трехфазный мостовой, д - шестифазный нулевой

Основу схем тиристорных преобразователей составляют полууправляемые силовые полупроводниковые приборы - тиристоры. Неполная управляемость тиристоров определяется тем, что включение тиристора контролируется системой управления (СИФУ) - при подаче отпирающего импульса на управляющий электрод тиристора он открывается и остается открытым после снятия отпирающего импульса. Закрывается тиристор после изменения полярности напряжения анод-катод и спадания тока до нуля.

Тиристорный преобразователь в схемах электропривода постоянного тока выполняет две функции: выпрямление переменного напряжения питающей сети и регулирование средней величины выпрямленного напряжения.

Характеристики УВ

достоинства системыТП-Д:

1. Высокое быстродействие преобразователя, т.к. T_П=0,01 с
2. Более высокий КПД по сравнению с системой ГД
3. Незначительная мощность управления
4. Большой срок службы
5. Малые габариты и вес преобразователя
6. Простота осуществления резервирования и взаимозаменяемости блоков и узлов ТП
7. При использовании нереверсивного преобразователя установленная мощность системы составляет ~ 2 P_двиг, т.е. меньше, чем в системе ГД. При использовании реверсивного ТП она~ равна мощности в системе ГД

Недостатки сиcтемы ТП-Д:

1. Уменьшение коэффициента мощности преобразователя при уменьшении скорости
2. Значительное искажение кривой тока, потребляемого преобразователем из сети
3. Неминуемые при регулировании угла aколебания реактивной мощности, особенно при большой мощности электропривода, приводящие к колебаниям напряжения в питающей сети

Пример работы: