1.7. Преобразовательные устройства

Получает энергию от ИП, в качестве которого могут быть электрические сети однофазного и трехфазного тока, синхронные генераторы по системе «Д-СГ», генераторы постоянного тока, т.е. системы «Д-ГПТ», различные аккумуляторы и системы «Тр-В».

Используются преобразовательные устройства:

1. Для ЭМС с двигателями постоянного тока: управляемый выпрямитель (УВ), широтно-импульсный (ШИП), частотно-импульсный (ЧИП), широтно-частотный преобразователь (ШЧИП);

2.Для ЭМС с двигателями переменного тока: автономный инвертор

или циклоконвертор, т.е. непосредственный преобразователь частоты,

на вход которого подается неизменное напряжение, а на выходе имеем переменную частоту огибающей импульсного напряжения.

В ПУиспользуют транзисторы и тиристоры.

Транзистор – полностью управляемый полупроводниковый элемент.

В тиристоре прерывание тока осуществляется естественной или искусственной коммутацией. В связи с различными свойствами применяют оба элемента.

• Для транзистораI_max=I_ном; для тиристораImax Inom

1.8. Управляющие устройства. Способы управления эмс

Простота системы управления ЭМС зависит от нескольких факторов: числа каналов управления, числа регулируемых переменных, наличия обратных связей и вид регуляторов (линейные, нелинейные, с эталонной моделью и др.). Очевидно, что тип двигателя влияет на сложность систем управления (СУ) с учетом возможных способов управления. Наиболее простыми являются двигатели с одноканальным управлением, возбуждение которых осуществляется постоянными магнитами.

Для управления исполнительных двигателей переменного тока преимущественно используются частотные способы: частотно-независимое, частотно-токовое, частотно-векторное и частотно-зависимое управление.

Частотно-независимое управление (ЧНУ) реализуется изменением частоты синусоидального питающего напряжения. В электрических двигателях угловая скорость ротора однозначно связана с частотами тока питания.

Увеличение частоты уменьшает максимальный момент двигателя, т.е. снижает его перегрузочную способность и устойчивость в переходных режимах.

Уменьшение частоты приводит к перераспределению токов в обмотках, насыщению отдельных участков магнитопровода, изменению индуктивностей, дополнительным потерям и перегреву.

В связи с этим при ЧНУ используется одновременное изменение амплитуды питающего напряжения, т.е. те или иные законы частотного управления.

В настоящее время синтезировано несколько законов частотного управления двигателей по различным критериям для установившихся режимов, в частности, из условий максимального КПД и минимальной мощности потребления, постоянства перегрузочной способности и минимума тока ротора.

Частотно-токовое управление (ЧТУ) первоначально было разработано для СД, а затем и для других двигателей переменного тока. Суть ЧТУ сводиться к формированию в обмотках синусоидальных токов заданной амплитуды с частотой, соответствующей частоте вращения ротора, т.е. при ЧТУ в двигателе формируется вращающий момент, а не скорость, как при ЧНУ.

Частотно-векторное управление (ЧВУ) первоначально было разработано для АД с короткозамкнутым ротором, а затем нашло применение для всех других типов электрических машин переменного тока. Суть ЧВУ сводится к построению системы управления на базе математического описания электродвигателя в системе координат с взаимно неподвижными обмотками.

Выбором системы координат (привязкой ее к тому или иному обобщенному вектору тока, напряжения или потокосцепления) обеспечивают оперирование с сигналами постоянного тока, что существенно упрощает построение и настройку системы. Переход от управляемых величин в модели к реальным величинам в двигателе, а от реальных управляемых величин в двигателе к преобразованным в модели, осуществляется с помощью соответственно прямого и обратного координатных преобразований.

Частотно-зависимое управление (ЧЗУ) первоначально было разработано для СД с постоянными магнитами по схеме бесконтактного двигателя постоянного тока, а впоследствии нашло некоторое применение для АД с короткозамкнутым ротором. Суть его сводится к тому, что частота питания обмоток определяется текущей угловой скоростью ротора. Т.е., если при ЧНУ частота питания определяет скорость, то при ЧЗУ скорость двигателя определяет частоту питания. Управление скоростью осуществляется изменением напряжения постоянного тока, от которого питается зависимый инвертор.

Фазовое управление заключается в том, что обмотки подключают к многофазным напряжениям одинаковой частоты, обеспечивая тем самым режим синхронного стояния, а потом тем или иным способом изменяют фазы питающих напряжений.

Преимущественное распространение получили различные варианты ЧВУ, отличающиеся опорным вектором, к которому осуществляется привязка системы координат, а также датчиками обратных связей и цепями задания регулируемых величин.

9. Измерительные устройства, согласования в ЭМС

Датчики скорости – ДС – тахогенераторы, фотометрические устройства – измеряют величины.

Датчики положения – ДП – измеряют углы, фиксируют положение – это вращающиеся трансформаторы, сельсины, потенциометры, фазовращатели.

Выбор разомкнутой или замкнутой системы определяется требованиями к выходному параметру. Например, для системы регулирования скорости может быть применена разомкнутая система, если _вых<_треб., т.е.

Если _вых комплекса преобразователь-двигатель (Пр-Д) больше_треб, то необходимо применить замкнутую систему.

Необходимые согласования в ЭМС:

1. Звено «ИП-Пр» - по качеству электроэнергии (влияние колебаний частоты и напряжения ИП на выходное напряжение Пр, влияние Пр на ИП).

2. Звено «ИП-Пр-Д» - по качеству энергопреобразования (коэффициенту мощности cos, коэффициенту формы токаК_фi).

3. Звено «Пр-Д» - по принятому способу регулирования скорости, возможных рабочих и тормозных режимов.

4. Звено «Пр-Д-Р» - по энергодинамическим характеристикам силовой части приводов.

5. Звено «Д-Р-ИМ» - по скорости и ускорениям, допускаемым люфтам, прочностным характеристикам.