6.10. Импульсный способ регулирования скорости асинхронного эп [1]

Развитие полупроводниковой техники активизировало при­менение импульсного регулирования координат АД. Сущность его заключается в периодическом (импульсном) изменении параметров цепей АД или питающей сети. Применительно к асинхронному ЭП чаще всего осуществляется импульсное изменение подводимого к АД напряжения или сопротивлений резисторов в цепях ротора или статора. Эти способы применяются главным образом для регули­рования скорости, хотя при необходимости они позволяют регули­ровать (ограничивать) ток и момент АД.

Для импульсного регулирования сопротивления R_2д резисторов 3 (рис. 101, а) в цепи ротора АД 1 параллельно им включаются контакты 2 управляемого ключа (например, электромагнитного или ти­ристорного контактора), работающего с изменяемым заполнением (скважностью) 0 <γ< 1. Принцип действия такой схемы аналогичен схеме с использованием ДПТ.

Аналогично работает и схема импульсного регулирования со­противления резистора 5, включенного в цепь выпрямленного тока ротора АД 1 с выпрямителем 4 (см. рис.101, б). Шунтирование резистора 5 осу­ществляется с помощью полностью управляемого полупроводникового ключа 6, который также ра­ботает с регулируемой скважностью γ.

Используя рассмотренные схемы можно получить семейство ис­кусственных механических характеристик АД при различных зна­чениях γ (см. рис. 101, в).

Рис. 101. Схема импульсного регулирования резисторов в цепи ротора АД (а), в цепи выпрямленного тока (б) и механические характеристики (в)

Проанализируем характеристики 7 и 10, построенные для граничных режимов работы управляемого клю­ча соответственно при γ = 1 и γ = 0. При γ = 1 (ключ 2 постоянно замкнут или тиристор 6 постоянно открыт) резистор закорочен и АД работает по естественной механической характеристике 7. При γ = 0 (ключ 2 постоянно разомкнут или тиристор 6 постоянно за­крыт) резистор полностью введен в цепь ротора и АД работает по искусственной характеристике 10. При промежуточных значени­ях заполнения 0 < γ < 1 эквивалентное сопротивление резистора в цепи ротора изменяется в соответствии с формулой R_2экв = (1 - γ)R_2д в пределах 0 <R_2экв <R_2д и искусственные характеристики 8 и 9 располагаются между гранич­ными.

Таким же образом можно получить характеристики АД при им­пульсном регулировании сопротивления R_1д добавочных резисторов в цепи статора. Включение управляемых ключей параллельно ре­зисторам в схеме, приведенной на рис. 101, б, и их работа с перемен­ным заполнением γ обеспечивает получение искусственных элект­ромеханических и механических характеристик АД в виде кривых, показанных на рис. 101, в.

Для улучшения показателей регулиро­вания координат АД импульсным спосо­бом создаются замкнутые ЭП с исполь­зованием различных обратных связей. В результате автоматического регулиро­вания γ механические характеристики АД становятся жесткими.

Замкнутая схема импульсного регулирования скорости АД с по­мощью резистора в цепи ротора. В схеме ЭП (рис. 102) с импульс­ным регулированием сопротивления в цепи выпрямленного тока ротора для получения жестких характеристик используется отри­цательная обратная связь по скорости двигателя. Схема работает следующим образом. В роторную цепь АД включен неуправляемый трехфазный выпрямитель В, к выходу которого подключен резистор R_2д. Параллельно резистору включен управляемый ключ К, например, сильноточный транзистор. Управление этим ключом происходит от широтно-импульсного модулятора ШИМ, на вход которого поступают сигналы задания U_{з. с} и обратной связи U_oc по скорости. При поступлении на вход блока ШИМ сигнала ошибки

U_у = U_{з. с} - U_oc (239)

он начинает генерировать импульсы управления, которые с помощью схемы управления ключом СУК подаются на управляемый ключ К, вызывая периодическое включение и закорачивание резистора R_2д.

Принцип получения жестких характеристик ЭП соответствует рассмотренному выше механизму действия обратной связи по ско­рости и состоит в следующем. Допустим, что АД работает в уста­новившемся режиме при каком-то значении коэффициента скважности импульсов управления (γ₁) ключа К, т.е. при соответствующем эквивалентном сопротивлении цепи ротора. Пусть по каким-то причинам произошло увеличение мо­мента нагрузки АД, в результате чего начинает снижаться его ско­рость. Тогда в соответствии с формулой (239) сигнал управления U_у начнет повышаться, что вызовет увеличение коэффициента скважности γ импульсов управления ключа К и уменьшение эквивалентного сопротивления в цепи ротора R_2экв= (1 - γ) R_2д. Это в свою очередь, приведет к увеличе­нию тока в роторе и момента АД, а значит, к прекращению сниже­ния скорости, что соответствует получению жестких характерис­тик ЭП (см. рис. 103).

Рис.102. Замкнутая система импульсного регулирования скорости асинхронного ЭП

Для обеспечения регулирования (ограниче­ния) тока и момента двигателя данную схему необходимо допол­нить контуром регулирования тока. В этом случае механические ха­рактеристики будут иметь вертикальный участок, соответствующий заданному уровню ограничения тока и момента.

Использование импульсных способов позволяет в ряде случаев осуществлять регулирование координат ЭП с помощью более про­стых схем управления.

Рис.103. Механические характеристики замкнутого асинхронного ЭП с импульсным регулированием величины резистора в цепи ротора

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте пояснения способу регулирования скорости вращения путем переключения числа полюсов АД.

2. Дайте пояснения каскадному способу регулирования скорости вращения АД.

3. Дайте пояснения способу регулирование скорости АД в каскадных схемах его включения.

4. Дайте пояснения импульсному способу регулирование скорости АД.

5. Приведите принципиальную электрическую схему и механические характеристики импульсного способа регулирования скорости вращения АД.