Принцип действия и особенности конструкции вентильных

Технические системы для управления двигателями постоянного тока

Известные способы управления – якорное и полюсное реализируются в следующих технических системах:

1) Система «Генератор-двигатель»(Г-Д). В этом случае при неизменных оборотах стороннего двигателя, вращающего вал генератора, за счет изменения потока возбуждения генератора, меняется ЭДС и, следовательно, напряжение питания двигателя . Такой способ управления экономически оправдан при групповом управлении двигателей от одного генератора (двигатели гребных винтов судов, прокатных станов и т.п.)

Рис.2.14. Семейство механических характеристик двигателя

При постоянной нагрузке M_С угловая скорость ω двигателя линейно зависит от напряжения на якоре (рис. 2.14).

2) Система «Управляемый выпрямитель-двигатель»(УВ-Д).

3) Система «Широтно - импульсный преобразователь - двигатель»

(ШИП-Д).

В системах 2 и 3 меняется среднее значение напряжения на выходе преобразователя, к которому подключен якорь двигателя.

4) Система «Магнитный усилитель-двигатель»(МУ-Д).

Рассмотрим кратко систему УВ-Д при однофазном питании управляемого выпрямителя (рис.2.15), где сокращенно обозначены:

Рис.2.15. Структурная схема системы УВ-Д

УВ – мостовой управляемый выпрямитель.

СИФУ – система импульсно-фазового управления УВ.

При питании двигателя от трёхфазной сети с помощью двухполупериодного управляемого выпрямителя сглаживающий фильтр не нужен.

Принципиальная схема силовой части УВ - Д показана на рис.2.16,где использованы следующие обозначения.

Рис.2.16

_р – дроссель, – вентиль нулевого тока, через который протекает после того, как выпрямленное напряжение U_d станет меньше противоэдс двигателя E=C_enФ. Когда U_d открытая пара тиристоров (VS₁, VS₄ или VS₂, VS₃) закрывается. На рис. 2.17 показаны осциллограммы ряда величин, характеризующие работу системы УВ-Д. Заштрихованные участки соответствуют временным интервалам протекания тока через тиристоры УВ.

Рис. 2.17

Синхроимпульсы СИФУ формируются в моменты перехода через 0, сдвигаются на заданную фазу и управляют моментом включения силовых тиристоров VS₁- VS₄ мостовой схемы. Тем самым изменяется среднее значение напряжения U_d на выходе моста. Дроссель _р уменьшает пульсацию тока якоря, а вентиль нулевого тока обеспечивает замыкание тока якоря на интервале времени, когда противоэдс Е превышает мгновенные значения напряжения U_d (в эти интервалы времени все тиристоры моста заперты, а ток из-за индуктивности обмотки якоря скачком оборваться не может).

Упрощенная принципиальная схема силовой части системы ШИП-Д показана на рис.2.18.

Рис.2.18 Рис.2.19

По первому закону Кирхгофа.

- частота коммутации транзисторного ключа К.

Осциллограммы установившегося режима работы силовой части системы ШИП-Д показаны на рис. 2.19. Уравнение механической характеристики двигателя в системе ШИП-Д

,

где K_эм - электромагнитный коэффициент, определяемый по данным технического паспорта, – коэффициент продолжительности включения, . При выборе необходимо учитывать, что граничная величина среднего значения тока якоря, при которой наступает «неприятный» для двигателя режим прерывистого тока якоря, связана с пусковым током формулой

,

где - пусковой ток.

При механические характеристики двигателя постоянного тока независимого и параллельного возбуждения становятся нелинейными, что неблагоприятно сказывается на точности управления. Поэтому необходимо минимизировать величину . Если принять коэффициент равным 0.5, то выражение для принимает вид .

Увеличивать для минимизации путём включения дросселя в цепь якоря нецелесообразно, т.к. это снижает быстродействие системы с двигателем. Наиболее целесообразно увеличивать частоту коммутации ШИП до 15-20 кГц.