11.3. Силовые схемы вентильных электроприводов

Электрические схемы вентильных электродвигателей можно подразделить на схемы с разомкнутой и схемы с замкнутой обмот­кой якоря /88, 101/. Ряд схем силовой части вентильных электропри­водов представлен на рис. 11.4, 11.5, 11.8, 11.9.

ПУ - преобразующее устройство, вырабатывающее сигналы для управления транзисторами. Преобразующее устройство пред­ставляет собой усилитель-выпрямитель или усилитель ограничитель, которые формируют однополярные или двуполярные импульсы

прямоугольной формы для управления полупроводниковыми клю­чами.

Такую схему имеет бесконтактный моментный электропривод с вентильным электродвигателем типа ДБМ с синусоидальной пози­ционной модуляцией питающего фазы напряжения.

Благодаря мостовой схеме включения транзисторов имеется возможность управлять направлением тока в фазах, а также смещать эти токи по фазе на угол . Дроссель выполняет роль сфазированной вольтодобавки /35/. Суммируясь с напряжением питания, напряжения вольтодобавки, возникающие как ЭДС и обес­печивают питание секций якорной обмотки напряжениями, совпа­дающими по форме с ЭДС якорных обмоток. Следствием этого яв­ляется отсутствие пульсаций токов , фаз обмотки статора и вы­сокий КПД двигателя. На рис.11.6 представлена зависимость электромагнитного КПД вентильного электродвигателя при различных частотах вращения для схемы питания с дросселем (вольтодобавкой) и без него (кривая 2). Эффективность вольтодобавки очевидна. Электромагнитный КПД учитывает только потери в обмотке якоря.

В точке идеального холостого хода электромагнитный КПД равен нулю. Следует отметить, что включение вольтодобавочного дросселя уменьшает пульсации момента вращения.

В качестве управляющего воздействия для вентильных элек­тродвигателей, так же как и для двигателей постоянного тока, ис­пользуют изменение напряжения питания фаз. Однако меняют не

амплитуду напряжения, а применяют импульсные способы управле­ния, при которых коммутатор дополнительно выполняет функции силового регулирующего органа. Технически наиболее просто реа­лизуется широтно-импульсные способы управления, когда частота управляющих импульсов значительно превышает частоту коммута­ции фаз от ДПР. Широтно-импульсная модуляция позволяет полу­чить квазисинусоидальные токи (см. рис. 11.7) и вращающееся маг­нитное поле.

Наилучшие результаты (повышение КПД и коэффициента использования) имеем при позиционной модуляции фазных напря­жений по синусоидальному закону /35/.Принцип позиционной моду­ляции использован в системе питания обмоток электродвигателя ДСДА-40-6.

Схема с последовательным соединением фаз представлена на рис. 11.8. Диаграмма токов в фазах и диаграмма формирования маг­нитодвижущих сил аналогичны представленным на рис. 6.18. Оче­видно, что при импульсном питании фаз поле статора вращается дискретно - вектор МДС занимает шесть положений за один оборот. Для снижения пульсаций вращающегося момента и улучшения плавности вращения ротора применяют и широтно-импульсную мо­дуляцию токов фаз. Такая схема широко используется в последнее время для ряда электроприводов, например, для электропривода ПРБ-1 и ПРБ-2 с электродвигателем типа ДСТ

Схема силовой части электропривода ЭПБ - 1 с электродвига­телем типа ДВУ представлена на рис.11.9.

Ключи Кл.1 и Кл.2 выполняют две функции:

- обеспечивают режим коммутации тока тиристоров на малой частоте вращения ввиду невозможности самостоятельной коммутации (прерывания тока);

- обеспечивают поддержание в режиме широтно-импульсного модулирования (с частотой 1-2 кГц) заданной величины тока через обмотки электродвигателя, то есть участвуют в регули­ровании значения тока.

На рисунке:

- ПУ - предварительный усилитель,

- М - модулятор,

- ГОН - генератор опорных напряжений,

- СКВТ - бесконтактный синусо-косинусный вращающийся трансформатор, являющийся датчиком положения ротора,

- ФЧВ - физочувствительный выпрямитель (демодулятор),

- УМ1, УМ2 - усилители мощности,

- СТГ - синхронный тахогенератор,

- ДУ - датчик угла,

- ОУ - объект управления,

- ВД - вентильный электродвигатель.

При размыкании транзисторами Кл.1 и Кл.2 цепи питания обмотки статора ток, протекавший по цепи двух фазных обмоток, замыкается через два диода трехфазного вентильного моста возврата энергии (МВЭ) и осуществляет возврат реактивной энергии источ­нику питания, Тиристорный коммутатор обесточивается шесть раз каждый период. Можно отключать только один ключ (см. п.6.4).

Диаграммы напряжений в элементах электропривода типа ДБМ представлены на рис. 11.11.

Разности напряжений поступают на усилители мощности УМ1 и УМ2, а затем на фазы обмотки статора. В тех слу­чаях, когда требуется большая мощность, схему питания (рис.11.10) усложняют, вводя вместо усилителей мощности широтно-импульсные модуляторы, управляющие транзисторами схемы с па­раллельным включением фаз к источнику постоянного тока, рис.11.5. При этом получается система управления питающим на­пряжением с синусоидальной модуляцией. Модулированные напря­жения фаз имеют вид, показанный на рис.11.7.