7.3. Система источник тока – двигатель

Б лагоприятные условия для регулирования момента двигателя постоянного тока с независимым возбуждением обеспечиваются при питании якорной цепи от источника тока. Схема электропривода по системе источник тока - двигатель (ИТ-Д) представлена на рис.7.6. Здесь якорь двигателя обтекается неизменным током I_я=const, а управление электроприводом осуществляется воздействием на цепь возбуждения путем изменения подводимого напряжения u_в=var и соответственно тока возбуждения Iв=var.

При неизменном токе якоря момент двигателя пропорционален потоку:

поэтому, изменяя поток двигателя, можно регулировать момент как по значению, так и по знаку. Питание двигателя от источника тока полностью исключает электромеханическую связь, так как любые изменения скорости и соответственно ЭДС двигателя компенсируются без запаздывания изменением ЭДС источника питания При этом ток нагрузки поддерживается неизменным. При Ф=const двигатель развивает постоянный момент при любых возмущениях, в том числе и при реальных пределах изменения скорости

Механические характеристики для различных значений потока двигателя в пределах от -Ф_НОМ до +Ф_НОМ показаны на рис.7.7.

Рассматривая их, можно установить, что электропривод по системе ИТ-Д обладает свойствами полностью управляемого источника момента, обеспечивающего при Ф=var точное и плавное регулирование момента в пределах от - М_ном до +М_НОМ как в двигательном, так и в тормозном режимах при любом направлении скорости.

З аметим, что для получения знакопеременного момента в данном случае не требуется изменения направления тока якоря, поэтому источник тока может обладать односторонней проводимостью. Эти условия определяют минимальные габариты управляемого вентильного преобразователя, на базе которого может быть реализован источник тока, например нереверсивного тиристор-ного преобразователя, замкнутого быстродействующей обратной связью по току. Использование управляемого преобразователя позволяет расширить диапазон регулирования момента путем увеличения тока якоря на отдельных этапах работы электропривода до значений, допустимых по условиям коммутации.

Однако наиболее простые схемные решения с высокими показателями качества регулирования момента получаются при использовании параметрических источников тока, принцип действия которых основан на явлении резонанса в цепи переменного тока, содержащей индуктивные и емкостные элементы.

Известен ряд схем подобных преобразователей; наиболее распространенный вариант трехфазной схемы источника тока для питания двигателя постоянного тока показан на рис.7.8. Данная схема при определенном выборе параметров обеспечивает стабилизацию тока нагрузки в широких пределах изменения противо-ЭДС двигателя, ограничиваемых только линейностью и допустимым током и напряжением ее элементов, при этом благодаря симметрии схемы в установившихся режимах работы можно ограничиться рассмотрением работы одной фазы. Ток нагрузки одной фазы при принятых на схеме направлениях выразится так:

Токи реактивных элементов схемы определяются известными соотношениями:

Следовательно,

При х_с=x_l=х соотношение (7.19) принимает вид

где U_л=U_c+U_L - линейное напряжение питающей сети.

Так как выпрямленный ток I_d пропорционален эффективному значению тока I₂, из (7.20) со всей очевидностью вытекает, что при идеальных линейных реактивных элементах ток якоря двигателя не зависит от противоЭДС двигателя и сопротивления цепи нагрузки и при Uл=const является постоянным: Iя=I_d=k_схI₂=const.

Индуктивно-емкостный преобразователь обладает высоким КПД и коэффициентом мощности, близким к единице. Однако наличие неуправляемого выпрямителя исключает возможность рекуперации энергии в сеть при тормозных режимах работы двигателя, что снижает управляемость привода. Зона поддержания момента постоянным при этом ограничивается областью двигательного режима и областью тормозного режима противовключе-ния, заключенной между осью абсцисс и характеристикой динамического торможения двигателя, соответствующей данному значению потока Ф и расширяющейся по мере ослабления поля.

Граничное значение скорости, при котором реверсивный источник тока переходит в режим рекуперации энергии, определяется соотношением

Г иперболические зависимости _гp=f(М), соответствующие (7.21), показаны на рис 7 7. При |||_гр| во втором и четвертом квадратах напряжение на выходе нереверсивного источника тока (рис.7.8) равно нулю и при дальнейшем увеличении ЭДС ток возрастает в соответствии с характеристикой динамического торможения. Как следствие, при |||_гр| механические характеристики при тех же значениях потока имеют вид, показанный на рис.7.7 штриховыми прямыми 1-4.

Из (7.21) следует, что ограничение пределов, в которых момент поддерживается постоянным, в рассмотренной схеме можно практически устранить введением в цепь якоря постоянно включенного или вводимого на время торможения дополнительного резистора R_{я доб}.