П. 8.2. Регулятор тока возбуждения.

Регулирование потока возбуждения Ф применяется для изменения скорости электродвигателя, его направления вращения, осуществления режима рекуперации энергии при торможении. Во втором и третьем случаях используются реверсивные тиристорные возбудители ТПВ.

Регуляторы тока возбуждения, предназначенные для изменения скорости, могут выполняться по принципам независимого или зависимого управления. При независимом управлении поток двигателя изменяется сигналом, связанным с сигналом задания скорости или напряжения. При зависимом управлении изменение потока происходит под действием регулятора скорости при изменении ЭДС или напряжения двигателя выше номинальных значений. При этом лучше используется двигатель, так как исключается его работа при ослабленном потоке в зоне напряжений на якоре двигателя ниже номинального. В современных электроприводах этот принцип получил преимущественное применение.

Регулирование возбуждения может осуществляться двух- или одноконтурными регуляторами. Двухконтурный регулятор обладает более высоким быстродействием, но реализация одноконтурного более проста.

На рисунке 3.8 изображен двухконтурный регулятор, примененный в тиристорных электроприводах серии КТЭУ. Усилитель А1 выделяет модуль ЭДС. Усилитель А2 формирует сигнал разности между заданным значением Е₃ и |E|. Усилитель А3 является пропорционально-интегральным регулятором. Усилитель А4 с умножителем в цепи обратной связи реализует операцию деления входного напряжения усилителя А3 на скорость двигателя _дв > _ном, т.е. операцию умножения на Ф. На вход этого усилителя поступают также сигналы из схемы выравнивания нагрузок параллельно работающих двигателей. Выход усилителя А4 задает значение потока возбуждения двигателя при Ф>Ф_min на вход регулятора потока, реализованного на усилителе А5. Обратная связь регулятора формируется с помощью датчика тока возбуждения ДТВ, подключенного к шунту в цепи обмотки возбуждения двигателя, и нелинейного преобразователя AF, включенного в цепь обратной связи усилителя А7. Характеристика вход-выход усилителя А7 повторяет зависимость потока Ф от тока возбуждения i_в. Конденсатор С₃ служит для учета постоянной времени вихревых токов. Сигналы +Ф, - Ф используются в системах управления электроприводом.

При отключенном автоматическим выключателе главной цепи для уменьшения нагрева двигателя его поток возбуждения снижается до значения Ф_min, при этом ключом К1 закорачиваются цепи обратных связей усилителей А2 и А3.

Параметры регулятора потока возбуждения должны удовлетворять соотношениям:

(3.9)

Рисунок 3.8. Регулирование потока возбуждения в электроприводах ПО ХЭМЗ:

R₁ = 22 кОм, R₂ = 10 кОм, R₃ = 188 кОм, R₅ = 30 кОм, R₇ = 32 кОм, R₈ = 62 кОм,

R₉ = 100 кОм, R₁₁ = 20 кОм, R₁₂ = 130 кОм, R₁₄ = 100 кОм, С₁ = 10 мкФ,

С₂ = С₃ = 1 мкФ.

Регулятор ЭДС выполняется интегрально-пропорциональным. Постоянная времени пропорциональной части R₆ C₁ компенсирует большую из двух постоянных времени или Т_дв. Меньшая из них является некомпенсируемой и обозначается Т_е. Благодаря введению множительного звена коэффициент усиления системы регулирования не зависит от значения Ф.

Частота среза контура:

(3.10)

Типовые значения:  Частота среза _Сре принимается равной (0,3 – 0,5) , откуда

(3.11)

Для выравнивания токов параллельно включенных двигателей, питающихся от одного ТП, используется схема, часть которой изображена на рис. 3.9. В ней применяются один регулятор ЭДС и два регулятора потока.

Рисунок 3.9. Выравнивание токов параллельно соединенных двигателей.

Выход усилителя А3 регулятора ЭДС (см. рис. 3.8) подается на входы усилителей А4 двух регуляторов потока. На эти же усилители через ключи К2 поступают сигналы разности токов i₁ – i₂ с противоположными знаками. Так как при изменении направления вращения токи нагрузки также изменяют направление, то для сохранения того же направления воздействия на потоки двигателей сигналы  i переключаются бесконтактными реле К2. Логический сигнал на их переключение формируется нуль-органом, на вход которого поступает напряжение датчика скорости или ЭДС. Так как в данной схеме нуль-орган двухпозиционный, то всегда включена цепь воздействия на Ф от i. Это является недостатком применения двухпозиционного нуль-органа, так как при уменьшении ЭДС интенсивность воздействия от Ф на i уменьшается и при малых скоростях неэффективна, поэтому целесообразно применение трехпозиционного нуль-органа, который отключает цепь выравнивания при малом значении ЭДС. Такое решение используется в модернизированной серии электроприводов ЭКТ.

На рисунке 3.10 приведена схема регулирования возбуждения, примененная ЗПО «Преобразователь» в серии электроприводов мощностью до 1000кВт для однодвигательных электроприводов. В отличие от схемы, изображенной на рис. 3.8, регулятор ЭДС принят чисто интегральным, а умножитель, расположенный в прямой цепи, умножает выход регулятора ЭДС на сигнал u_Ф, при получении которого постоянная времени вихревых токов не учитывается. Параметры регулятора определяются по формулам, аналогичным (3.9) и (3.10), причем Т_е = . Отметим, что настраиваемыми элементами являются съемные конденсаторы С₁ и С₂.

Рисунок 3.10. Регулирование потока возбуждения в электроприводах ЗПО «Преобразователь»:

R₁ = R₂ = 10 кОм, R₃ = 510 кОм, С₁ = С₂ = 0,5 мкФ.

Рисунок 3.11. Регулирование потока возбуждения в одноконтурных системах.

Рисунок 3.12. Регулирование потока возбуждения в электроприводах серии ЭТ3:

R₁ = 20 кОм, R₂ = 200 кОм, С = 10 мкФ.

На рисунке 3.11 показана схема одноконтурного регулирования потока возбуждения, принятая в серии ЭКТ. На усилителях А1, А2 и диодах V2, V3 выполнена схема выделения наибольшего значения из двух сигналов: u_д,т,в и |u_де|. Масштабы датчиков выбираются таким образом, что U_ДеНОМ = k_Д,Т,В I_В,НОМ = U_{Д,Т,В,НОМ}. До тех пор пока u_Д,Т,В > u_Де, на вход усилителя А3 проходит напряжение u_Д,Т,В, т.е. реализуется регулятор тока возбуждения. Когда по мере увеличения скорости u_Де становится больше u_д,т,в, на вход усилителя проходит напряжение u_Де, и реализуется регулятор ЭДС. Параметры регулятора выбираются по соотношениям:

(3.12)

где ток I_Bmin соответствует угловой скорости _max.

На рисунке 3.11 показана также цепочка ограничения I_Bmin : когда потенциал точки а при уменьшении u_д,т,в становится отрицательным, через диод V₁ начинает протекать ток, который препятствует дальнейшему снижению тока возбуждения.

На рисунке 3.12 изображен регулятор возбуждения, примененный в серии ЭТ3. Система замкнута по напряжению возбуждения. На входе датчика напряжения суммируются напряжение возбуждения u_и и на входное напряжение нелинейного элемента AF, имеющего характеристику типа зоны нечувствительности. Номинальное напряжение возбуждения устанавливается потенциометром R3. Когда при увеличении скорости напряжение на якоре двигателя u_Я превысит U₀ напряжение на входе датчика напряжения возрастет, что при неизменном задании приведет к уменьшению u_В ,т.е. к ослаблению потока возбуждения.