Преобразователь-двигатель

Схема включения двигателя постоянного тока и диаграм­мы напряжения U, тока I и момента М при импульсном регу­лировании напряжения показаны на рис. 2.16. Основной частью ШИП является полупроводниковый ключ ТК, кото­рый периодически подключает источник постоянного напря­жения к двигателю (время импульса t₁) и отключает (время паузы t₂).

Ранее использовались тиристорные ключи, которые рабо­тали при частотах не более 1000 Гц. Кроме того, для запира­ния тиристора требуется специальная дополнительная схема (искусственная коммутация).

В настоящее время применяются транзисторные ключи, при частотах до 20 кГц, следовательно, пульсациями тока и момента на работу двигателя можно пренебречь.

Такие системы могут получать питание как от источника постоянного тока (контактная сеть для транспорта, аккуму­ляторная батарея и др.), так и переменного через неуправляе­мый выпрямитель.

Рис. 2.16. Регулирование скорости ДПТ независимого

возбуждения по системе широтно-импульсный

преобразователь-двигатель (ШИП-Д):

а – схема включения; б – диаграмма напряжений на якоре;

в, г, д – диаграммы токов якоря (в), потребляемого из

сети (г), обратного диода (д)

– характеристики при различных значениях .

Из сети потребляется импульсный ток i за время импуль­са , а при закрытом ключе ток в цепи якоря поддерживается за счет ЭДС самоиндукции, он протекает через диод V.

Относительная продолжительность импульсов напряжения

, (2.21)

где – период коммутации ключа.

Среднее значение напряжения на якоре

, (2.22)

где U – напряжение сети.

Изменяя плавно величину сигналами управления, можно регулировать напряжение на якоре практически от нуля до U_c. В сочетании с ослабле­нием поля двигателя возмож­но двухзонное регулирование, как в системах Г-Д, УВ-Д.

Схема, показанная на ри­с. 2.16, не обеспечивает ре­жимы реверса, рекуперативно­го торможения, поэтому в практике она применяется мало. На рис. 2.17 в качестве примера приведена функциональная схема преобразователя, содержащая четыре ключа ТК1-ТК4 с независимыми системами управления, позволяющая осу­ществить указанные выше режимы.

Уравнение механической характеристики для режима не­прерывного тока без учета падения напряжения на ключе будет

. (2.23)

Форма характеристик не отличается от приведенных на ри­с. 2.11, 2.15, но их жесткость в системе ШИП-Д больше.

Диапазон регулирования в разомкнутых системах огра­ничен статическим падением скорости , обусловленным со­противлением якорной цепи. Поэтому при Д ≈ 20, а при R*_a = 0,02 Д ≈ 50.

В замкнутых системах пределы регулирования скорости ограничиваются техническими возможностями реализации и . Поэтому достижимый диапазон регулирования Д ≈ 50 [5].

Энергетические характеристики регулирования подобны системе УВ-Д с той лишь разницей, что здесь при высоких частотах коммутации резко возрастают потери в ключах. Очевидно, что КПД привода зависит от мощности двигателя и чем она больше, тем выше КПД.