Конспект лекций по предмету электрические аппараты (стр. 28 )

Из этих характеристик следует, что двигатель в тиристорном приводе мо­жет работать кроме двигательного режима также в режимах торможения противовключением и динамического торможения.

Так как токи отрицательного полупериода тиристором не пропускаются, то в схемах (см. рис. 88) невозможно осуществить реверс двигателя изме­нением полярности выпрямленного напряжения. По той же причине не­возможно осуществить режим рекупе­ративного торможения при вращении двигателя. Поэтому для реверса дви­гателя изменяют направление вклю­чения обмотки якоря или обмотки возбуждения контактными переклю­чателями. Таким образом, добива­ются изменения полярности напряже­ния на этих обмотках.

Приведенные способы реверса име­ют следующие недостатки: в первом случае при изменении полярности якорной обмотки приходится комму­тировать токи в силовой цепи, что является технически сложно, во вто­ром случае процесс реверса затяги­вается во времени из-за большого значения индуктивности обмотки воз­буждения.

Реверс двигателя часто осущест­вляют по-другому, применяя схемы реверсивных управляемых выпрямите­лей, одна из которых представлена на рис. 90. Отличие этой схемы от нереверсивных схем заключается в на­личии второго комплекта тиристоров Т4, Т5, Т6, пропускающих токи, направление которых противополож­но направлению токов первого ком­плекта тиристоров Т1, Т2, ТЗ (см. рис. 88,а и 89).

Рис. 88. Схемы электроприводов с тиристор­ными преобразователями при однополупериодном (а) и двухполупериодном (б) выпрямлении

Рис. 89. Характеристики системы управляемый выпрямитель-двигатель

При работе машины в двигательном режиме в одном из двух направлений вращения один из управляемых выпрямителей, например В1, работает в режиме выпрямления, другой В2 — закрыт. Для осуществле­ния реверса выпрямитель В1 закрывается, а В2 начинает работать в режи­ме выпрямления.

Рис. 90. Схема электропривода с реверсивным тиристорным преобразователем

Диапазон изменения скорости в системе УВ—Д колеблется в преде­лах Д ≈ 10:1-20:1. Коэффициент по­лезного действия тиристорного приво­да определяется произведением кпд трансформатора и тиристора и зависит от скорости и мощности привода. Например, кпд системы УВ—Д мощ­ностью 50—100 кВт — 0,9—0,92 в но­минальном режиме. С уменьшением мощности кпд понижается.

Наряду с приводами непрерывного регулирования широкое распростране­ние в ряде робототехнических и дру­гих систем получили приводы им­пульсного регулирования.

Наиболее часто в качестве изме­няемого параметра используют напря­жение, подаваемое на двигатель. В момент подключения цепи якоря к источнику питания двигатель разго­няется, а во время отключения (пау­зы) — тормозится. В установившемся режиме, когда соотношение времени импульса tи и времени паузы tп не изменяется, частота вращения, до ко­торой двигатель разгоняется, и часто­та вращения, до которой он тормозит­ся, остаются постоянными. Средняя частота вращения также остается постоянной.

Если соотношение времени импуль­са tи и времени паузы tп изме­нить при постоянном значении периода Т, то через некоторое время изме­нится значение средней частоты вра­щения. Таким образом совершают ре­гулирование.

Импульсный способ регулирова­ния, при котором значение напряже­ния источника питания остается пос­тоянным, а соотношение длительно­сти импульса tи и tп паузы изменя­ется при постоянном периоде, называ­ется широтно-импульсным.

Амплитуда колебаний мгновенной частоты вращения относительно сред­ней зависит от частоты подачи им­пульса. Более высокая частота пере­ключений определяет меньший размах колебаний частоты вращения. Сле­довательно, для получения приводов с меньшими колебаниями частоты вра­щения необходимо использовать быстродействующие электронные ключи.

Для осуществления импульсного способа регулирования обычно ис­пользуют транзисторы, работающие в режиме ключа, либо тиристоры. Эти элементы по своим динамическим параметрам обеспечивают частоту коммутации в диапазоне 800—2000 Гц, что соответствует требованиям, предъявляемым к современным приво­дам.

Простейшая схема электропривода с транзисторным ключом приведена на рис. 91.

При замкнутом состоянии ключа К ток якоря нарастает по экспоненте, так как обмотка якоря обладает ин­дуктивным сопротивлением, и прохо­дит по цепи: ключ — якорь — источ­ник питания. В этот период шунтирую­щий диод Д заперт напряжением сети. При разомкнутом состоянии ключа К ток якоря, проходя в прежнем направлении под действием эдс само­индукции обмотки якоря, спадает по экспоненте.

Рис. 91. Схема привода при импульсном изменении напряжения на якоре двигателя

Рис. 92. Диаграммы напряжения и токов в приводе при импульсном изменении напряжения на якоре двигателя

При этом цепь замыкает­ся по элементам: якорь — диод — якорь. Следовательно, диод Д вклю­чен в схему с целью создания электри­ческой цепи для прохождения тока, возникшего под воздействием эдс са­моиндукции обмотки якоря.

Кривые изменения напряжения на якоре двигателя Uя, токов якоря Iя, Iс (потребляемого из сети) и Iд (проходящего по шунтирующему диоду) приведены на рис. 92.

Так как при импульсном регулиро­вании мгновенная частота вращения и момент постоянно пульсируют, то в данном случае под механической характеристикойпонимают зависимость среднего момента двигателя от средней частоты вращения при постоянном стеднем напряжении.

Выражение для механических ха­рактеристик при широтно-импульсном регулировании имеет вид

где R = Rя +RТК — суммарное сопро­тивление обмотки якоря и внутренне­го сопротивления транзисторного ключа.

Среднее напряжение U ср за период определяется как Uср = Uя· tи/(tи + tп)=Uяtи/Т.

Величину е = tи/(tи + tп) = tи/Т на­зывают скважностью.

Среднее значение напряжения можно выразить через скважность Uср = еUя

Тогда уравнение механической ха­рактеристики  примет такой вид:

Графики, построенные по этому уравне­нию, для разных значений скважности (е1> е2> е3) изображены на рис. 93. Эти характеристики представляют собой параллельные прямые линии: сплошные — в области средних и больших статических момен­тов сопротивления и пунктирные — в области малых нагрузок.

Рис. 93. Характеристики привода при им­пульсном изменении напряжения на якоре двигателя

Из рисун­ка видно, что, изменяя значение скважности, можно регулировать час­тоту вращения двигателя в широких пределах.

При малых нагрузках может ока­заться, что ток, проходящий по обмотке якоря, уменьшается до нуля в течение времени tп. Тогда его график будет иметь вид, изображен­ный на рис. 94. Отрицательным ток Iя быть не может, так как диод Д не пропускает тока в непроводящем направлении. Поэтому существует не­который промежуток времени t0, когда Iя = 0. В этом случае наступает режим прерывистых токов.

В режиме прерывистых токов меха­нические характеристики двигателя теряют линейность и жесткость. На рис. 93 область прерывистых то­ков ограничена пунктирной линией, а действительные части характеристик в этом режиме изображены сплош­ными линиями.

Электроприводы с импульсным ре­гулированием просты по своему испол­нению, обладают высоким быстродей­ствием и надежностью. Их использова­ние наиболее выгодно при наличии сети постоянного тока.

Автоматическое регулирование частоты вращения двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Разомкнутые приводы, осуще­ствляющие параметрические способы регулирования, просты по своему исполнению, дешевы и надежны в эксплуатации, а также обладают другими ценными качествами. Однако  наряду с этим они имеют существен­ные недостатки: низкую стабильность частоты вращения вала двигателя при тех или иных возмущающих воздействиях (например, при измене­нии момента нагрузки на валу), и, как следствие, малый диапазон регулирования.

Если необходим широкий диапазон регулирования, что характерно для современных приводов, усложняют схемы электроприводов, вводя одну или несколько обратных связей. Такие электроприводы называются замкну­тыми. В них, как это было сказано выше, реализуются автоматические способы регулирования.

Следует различать жесткие и гиб­кие обратные связи. Первые действу­ют как при переходных режимах, так и при установившихся, вторые — толь­ко при переходных. В зависимости от эффекта воздействия обратные связи делятся на положительные и отри­цательные.

Если под воздействием возмуще­ния регулируемая величина изменя­ется и обратная связь отклоняет ее в том же направлении, такая связь называется положительной.

В противном случае она является отрицательной. Например, если при работе привода частота вращения ва­ла двигателя увеличивается из-за уменьшения действия статического мо­мента сопротивления, а обратная связь действует против этого увели­чения, стремясь его компенсировать, такую связь называют отрицатель­ной.

Рассмотрим принцип действия замкнутых систем на примере электро­привода с автоматическим способом регулирования частоты вращения из­менением напряжения, подаваемого на якорь двигателя с жесткой отри­цательной обратной связью по частоте вращения. Схема такой системы пред­ставлена на рис. 95. Обратная связь по частоте вращения осуществляется тахогенератором ТГ. Требуемая час­тота вращения nз устанавливается задающим устройством при подаче в систему соответствующего напряже­ния U3.