Конспект лекций по предмету электрические аппараты (стр. 29 )

Рис. 94. Диаграмма тока якоря при импуль­сном изменении напряжения в режиме пре­рывистых токов

Рис. 95. Схема замкнутого привода с отрица­тельной обратной связью по частоте вращения

Рис. 96. Характеристики разомкнутого привода при изменении напряжения на выходе пре­образователя

Предположим, что действие обратной связи отсутствует, т. е. (UТГ =UОС = 0.) Тогда задающее напря­жение Uз поступает на вход усилителя У, усиливается и в виде напряжения управления Uу поступает на преобра­зователь П. В качестве преобразова­теля могут быть использованы электромашинный генератор, электро - машинный усилитель, магнитный уси­литель, тиристорный управляемый выпрямитель и т. д. В соответствии со значением управляющего сигнала Uу преобразователь вырабатывает на якорь Я двигателя напряжение пита­ния Uя=UПР. Двигатель развивает требуемую частоту вращения, работая на характеристике, соответствующей напряжению UПР1. (рис. 96).

Предположим, что статический момент нагрузки равен нулю. Тогда двигатель будет работать в точке А режима идеального холостого хода, развивая частоту вращения п3 = по.

Если на валу двигателя появился некоторый статический момент нагруз­ки Мст = М1, отличный от нуля, то двигатель будет работать в. Точке В.         Частота вращения вала в этой точ­ке определяется значением п = п1 и меньше заданной  n1<п3. Если стати­ческий момент нагрузки увеличится до значения МСТ = М2, причем М2> М1,то двигатель будет работать в точке С, а частота вращения уменьшится до значения n2. Следо­вательно, с увеличением момента нагрузки частота вращения двигате­ля все в большей степени будет отличаться от требуемой, определя­емой значением п3. Возникает вопрос, каким образом можно поддерживать частоту вращения двигателя, с тем чтобы она в меньшей степени отли­чалась от заданной частоты враще­ния?

Для этого достаточно увеличить напряжение на выходе преобразова­теля при увеличении статического момента нагрузки. Действительно, если при Мст = 0 для получения частоты вращения п = п3 достаточно на якорь подать напряжение Uя = UПР1, то при МСТ = М1 — напряже­ние Uя =UПР2(UПР2>UПР1), а при МСТ = М2— напряжение Uя = Uпр3(  UПР3 > Uпр2).

Как видно из рис. 96, двигатель в этих случаях оказывается работаю­щим соответственно в точках В' и С' лежащих на горизонтальной пря­мой, изображенной пунктирной ли­нией, на которой частота вращения при любом значении МСТ равна n3=nо.

Таким образом, для увеличения стабильности частоты вращения, т. е. получения характеристики с высокой жесткостью, необходимо автомати­чески с ростом нагрузки повышать выходное напряжение преобразовате­ля. Это можно осуществить введением обратной связи по скорости, работаю­щей следующим образом.

Под действием напряжения U3 на выходе преобразователя появляет­ся напряжение UПР, заставляющее двигатель вращаться. На одном валу с двигателем находится тахогенератор ТГ, который также вращается и генерирует на выходе напряжение UТГ, пропорциональное частоте вращения: UТГ = кТГ ·п.

В соответствии со схемой, при­веденной на рис. 95, напряжение UТГ поступает на вход усилителя, где оно вычитается из задающего напряжения U3:

UВХ =  UЗ  -  UТГ

Сигнал Uвх усиливается усилите­лем У и подается на вход преобразо­вателя П. Если по каким-либо при­чинам момент сопротивления увели­чился, это вызовет уменьшение часто­ты вращения вала двигателя, а сле­довательно, и частоты вращения тахогенератора. В результате тахогенератор начинает выдавать в обратную связь электрический сигнал с мень­шим напряжением UТГ, чем прежде. Это, в свою очередь, вызовет увели­чение напряжения UВХ (при постоян­ном U3) и, следовательно, увеличе­ние выходного напряжения преобразо­вателя UПР, что приведет к повышению частоты вращения двигателя. Рас­смотренное действие обратной связи является отрицательным.

На рис. 97 показано семейство статических механических характери­стик электропривода с жесткой отри­цательной обратной связью по часто­те вращения при различных значе­ниях задающего напряжения  UЗ(UЗ1 > ...> UЗ6). Для сравнения здесь же приведена естественная ха­рактеристика двигателя (цветная ли­ния) при отсутствии отрицательной обратной связи.

Кроме приводов с обратной отри­цательной связью по частоте враще­ния часто используют приводы с отри­цательной обратной связью по напря­жению, подаваемому на якорь двига­теля, и с положительной связью по току якоря, а также некоторые комбинации этих связей.

Магнитные пускатели серии ПТ.

Слабым местом электромагнитных пусковых аппаратов являются их контакты, которые при разрыве ими цепи тока могут оплавляться, нагреваться и выходить из строя. Тиристорные пускатели лишены указанных недостатков. Но, если бы всё так было хорошо, то тиристорные пускатели получили бы большее распространение. Они боятся скачков напряжения, что случается в наших сетях.

При включении пускателя срабатывает реле К, замыкающее свои контакты в цепях управления тиристоров VS1 и VS2. В зависимости от того на каком зажиме в этот момент будет положительный потенциал, тот тиристор и откроется, подав напряжение на нагрузку Z. При смене полярности откроется второй тиристор, таким образом на нагрузке будет переменное напряжение. При отключении реле К цепь управляющих электродов разрывается, и при переходе напряжения через ноль, тиристоры закроются, обесточив нагрузку. Такими пускателями также очень удобно управлять с помощью электронных схем.

Тиристорные пускатели являются бесконтактными аппаратами и служат для включения и выключения электромеханических систем. В каждой фазе пускателя (рис. 1) включены не запирающиеся тиристоры VS1 — VS3 и диоды VD1 — VD3.

Тиристоры открываются один раз в течение периода последовательно через промежутки времени Т/3, в моменты времени, когда подается импульс на открывание тиристора, при прохождении напряжения через нуль в сторону увеличения его в проводящем направлении.

После того как напряжение достигнет нулевого значения, тиристор становится не проводящим и напряжение данной фазы подается через параллельный диод. По истечении одной трети периода включается следующий тиристор и т. д. Этим обеспечивается непрерывная подача энергии приемнику, например асинхронному двигателю МА (рис. 1). Отметим, что в приводе отсутствуют контактные устройства, имеются только кнопки «Пуск» и «Стоп».

Рисунок 1. принцип работы тиристорного пускателя.

Импульсы на открывание тиристоров подаются на зажимы 1, 2, 3, 4, 5, 6 формирователя импульсов, который питается от отдельного трансформатора Т через диоды VD4, VD5 и VD6, чем обеспечивается подача импульсов одной полярности. При нажатии кнопки «Пуск» включаются формирователь импульсов и пускатель.

Защита двигателя обеспечивается при помощи предохранителей F и схемы защиты от недопустимых токов. В каждой фазе пускателя включены трансформаторы тока. Токи трех фаз суммируются и преобразуются в напряжение. При установленном значении напряжения, если оно действует не кратковременно, снимаются открывающие импульсы и привод останавливается. При нажатии кнопки «Стоп» также прекращается подача импульсов.

Формирователь импульсов тиристорного пускателя.

Для управления тиристорами, т. е. для формирования в соответствующие моменты времени управляющих импульсов, могут применяться различные устройства: электромагнитные с магнитными усилителями и трансформаторами, маломощные тиристорные устройства, транзисторные устройства и др. Наибольшее распространение получили транзисторные схемы, одна из которых будет рассмотрена.

Управление может производиться по горизонтальному или вертикальному принципу. При горизонтальном управлении напряжение переменного тока может сдвигаться по фазе («горизонтально») при помощи фазовращателя, обычно в пределах угла от 0 до р.

Полученные от фазовращателей напряжения, например для мостового трехфазного выпрямителя шесть напряжений, сдвинутых по фазе на углы р/3, подаются на формирователь, выдающий управляющие импульсы достаточной длительности.

Больше распространен вертикальный принцип управления, при котором управляющий импульс формируется, например, в моменты равенства управляющего напряжения линейно возрастающему пилообразному напряжению.

Подобная схема для одного канала управления двухполупериодного выпрямителя дана на рис. 2, а. На вход поступает переменное напряжение м, сформированное в виде прямоугольных импульсов, имеющих ширину р (рис. 2, б).

рисунок 1. Формирователь импульсов тиристорного пускателя: a — схема получения управляющих импульсов, б — временные диаграммы напряжений в узлах схемы.

Отрицательное напряжение подается через диод VD1 на базу транзистора VT1 в течение проводящей части периода. В эти отрезки времени напряжение ur4С1 относительно невелико. После того как снимается отрицательное напряжение с базы транзистора VT1 начинает возрастать напряжение ur4С1 практически линейно при больших сопротивлениях г2 и г4.

Когда это возрастающее напряжение ur4С1 станет равным управляющему напряжению Uy, появляется напряжение на выходе транзистора VT2. При дифференцировании импульса тока в цепи транзистора VT2 формируется импульс напряжения uвых в цепи управления тиристора.