Glava10_Pt
.pdf
же направлении за счет согласного включения ЭДС генератора и ЭДС самоиндукции по цепи Lн, ЭМ, VD1, «+» источника питания, «–» источника питания, VD2, Rн. Энергия возвращается в источник питания.
Рис. 10.16. Диаграммы напряжений и токов, иллюстрирующие работу ППН на двигатель при симметричном управлении: напряжение на нагрузке (а), ток в нагрузке в двигательном режиме (б), ток в нагрузке при торможении (в), напряжение на нагрузке и ток после реверса (г)
216
При симметричном управлении во время рекуперации приходится то потреблять энергию от источника, то возвращать ее обратно, но в большем количестве.
За счет рекуперации энергии двигатель тормозится, EГ уменьшается до нуля, а γ3,4 растет. При γ3,4 > 0,5 начинается разгон двигателя в противоположном на-
правлении. Временные диаграммы рис. 10.16 г иллюстрируют напряжение на нагрузке и ток в нагрузке после реверса и разгона до той же скорости.
Уравнения регулировочных характеристик такие же, как при работе на актив- но-индуктивную нагрузку, но снимается ограничение на величину γ. При γ < 0,5 полярность напряжения меняется и начинается рекуперация.
Регулировочные характеристики преобразователя, построенные по уравнениям (10.23), приведены на рис. 10.17 а.
Регулировочные характеристики системы управления преобразователя, построенные по уравнениям (10.24), приведены на рис. 10.17 б.
Регулировочная характеристика преобразователя вместе с системой управления, построенная по уравнению (10.25), приведена на рис. 10.17 в.
Рис. 10.17. Регулировочные характеристики преобразователя, работающего на двигатель (а), системы управления (б) и преобразователя с системой управления (в) при симметричном управлении
217
10.4.5. Работа реверсивного ППН на ПЭДС при несимметричном управлении
Несимметричное управление реализуется в той же силовой схеме рис. 10.15. На рис. 10.18 а показаны напряжения, подаваемые на управляющие электроды транзисторов (базы или затворы) и напряжение на нагрузке при направлении вращения «Вперед», а на рис. 10.18 б ток нагрузки в двигательном режиме. Как видно из рис. 10.15, транзисторы стойки V1, V4 включаются по очереди с частотой модуляции и определяют глубину регулирования, а транзисторы стойки V2, V3 включаются или запираются длительно и определяют направление тока в нагрузке.
Если ток нагрузки мал (см. рис. 10.18 в), то процессы видоизменяются. С момента t3 при включенных транзисторах V1, V2 ток нарастает под действием напряжения Ud в цепи «+» источника питания, V1, ЭМ, Lн, Rн, , V2, «–» источника питания. В момент t4 транзистор V1 выключается, и ток начинает проходить за счет энергии, запасенной в индуктивности нагрузки по контуру Lн, Rн, V2, VD4, ЭМ. В момент t5 ток спадает до нуля и начинает проходить под действием ЭДС ЭМ по цепи ЭМ, V4, VD2, Rн, Lн, ЭМ. В момент t6 выключается V4, и ток идет по контуру ЭМ, VD1, «+», «–» источника питания, VD2, Rн, Lн за счет совместного действия ЭДС двигателя и ЭДС самоиндукции. В момент t7 ток спадает до нуля и все повторяется сначала.
На рис. 10.18 г показано, что для рекуперации в момент t8 включается транзистор V4, ток идет по контуру ЭМ, V4, VD2, Rн, Lн. При этом происходит короткое замыкание для генератора, и ток нарастает. После этого выключается V4 в момент t9. Согласно действующие ЭДС генератора и ЭДС самоиндукции через VD1 и VD2 возвращают энергию в источник питания.
Рис. 10.18. Диаграммы напряжений и токов, иллюстрирующие работу ППН на двигатель при несимметричном управлении: напряжения на входах транзисторов и на нагрузке (а), ток в нагрузке в двигатель-
ном режиме (б), ток в нагрузке вблизи холостого хода (в), ток в нагрузке при тормозном режиме (г)
218
На рис. 10.19 приведены регулировочные характеристики реверсивного ППН при несимметричном управлении, построенные с учетом рассмотренных процессов. На характеристиках γ1,2,3,4 – относительная длительность включенного со-
стояния соответствующих транзисторов. В первом квадранте (см. рис. 10.19 в) реализуется двигательный и тормозной режим при движении «Вперед», а в третьем – при движении «Назад».
Рис. 10.19. Регулировочные характеристики реверсивного ППН (а), системы управления (б) и преобразователя с системой управления (в) при работе на двигатель и несимметричном управлении (В – « вперед» и Н – « назад»
– направления вращения двигате-
10.4.6. Работа реверсивного ППН на ПЭДС при поочередном управлении
Поочередное управление реализуется в той же силовой схеме рис. 10.15. При поочередном управлении частота переключений каждого из коммутирующих транзисторов в два раза меньше частоты импульсов выходного напряжения. На рис. 10.20 показаны напряжения, подаваемые на базы транзисторов, напряжение на нагрузке и ток нагрузки в двигательном режиме при направлении вращения «Вперед». Транзисторы стоек V2, V3 и V1, V4 включаются по очереди в противофазе с частотой вдвое меньшей частоты модуляции выходного напряжения.
То есть период следования импульсов управления Tу вдвое длиннее периода модуляции выходного напряжения T.
219
Рис. 10.20. Диаграммы напряжений и токов, иллюстрирующие работу реверсивного ППН с поочередным управлением при формировании положительного напряжения в двигательном режиме
В момент t1 (начало первого такта) при включении транзисторов V1, V2 ток нарастает под действием напряжения Ud в цепи «+» источника питания, V1, ЭМ, Lн, Rн, V2, «–» источника питания. В момент t2 транзистор V1 выключается, и ток начинает проходить за счет энергии, запасенной в индуктивности нагрузки по контуру Lн, Rн, V2, VD4, ЭМ. В момент t3 (начало второго такта) при включении транзисторов V1, V2 ток нарастает под действием напряжения Ud в той же цепи «+» источника питания, V1, ЭМ, Lн, Rн, V2, «–» источника питания. В момент t4 транзистор V2 выключается, и ток начинает проходить за счет энергии, запасенной в индуктивности нагрузки, по контуру Lн, Rн, VD3, V1, ЭМ. Далее процессы повторяются.
Транзисторы V3, V4 хотя и получают отпирающие импульсы, но ток не проводят. Их проводимость потребуется в тормозных режимах аналогично несимметричному управлению.
Для включения комплекта «Назад» приходится изменять алгоритм управления транзисторами, а именно транзисторы диагоналей меняются ролями.
220
Вид управления (несимметричное или поочередное) не влияет на регулировочные характеристики преобразователя вместе с системой управления и на работу двигателя.
Преимущества поочередного управления – равномерная загрузка транзи-
сторов и снижение коммутационных потерь в них из-за снижения частоты коммутации.
Недостаток поочередного управления – усложнение алгоритма управления.
10.4.7. Внешние характеристики реверсивных ППН
Рассмотрим непрерывный режим. На рис. |
|
|
|
|
||
10.21 а приведена временная диаграмма напряже- |
|
|
|
|
||
ния на нагрузке в реверсивном ППН при xd = ∞, |
|
|
|
|
||
симметричном управлении и неидеальных клю- |
|
|
|
|
||
чах. На участке проводимости транзисторов на- |
|
|
|
|
||
пряжение на нагрузке меньше идеального на ве- |
|
|
|
|
||
личину двойного падения напряжения на транзи- |
|
|
|
|
||
сторе Uк , а на участке проводимости диода оно |
|
|
|
|
||
|
2 U a |
|
|
|||
отрицательное и больше идеального (по модулю) |
|
|
|
|||
на величину, равную двойному падению напря- |
|
|
|
|
||
жения на диоде U а . |
|
|
|
|
|
|
Уравнение внешней характеристики с учетом |
|
|
|
|
||
допущений, принятых в п. 10.3.1, и уравнений |
|
|
|
|
||
(10.15, 10.23) имеет вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
U a + U к |
|
|||
U н = U d (2γ − 1) − 2Iнrк . |
(10.29) |
|
|
|||
Рис. 10.21. Диаграммы на- |
||||||
Здесь γ – относительная длительность положи- |
||||||
пряжения на нагрузке с |
||||||
тельного импульса напряжения на нагрузке. |
||||||
На рис. 10.21 б приведена временная диаграм- |
учетом неидеальности |
|||||
ма напряжения на нагрузке в реверсивном ППН |
ключей при симметричном |
|||||
(а) и несимметричном (б) |
||||||
при xd = ∞, несимметричном управлении и неиде- |
||||||
управлении |
||||||
альных ключах. На участке проводимости тран- |
||||||
зисторов напряжение на нагрузке меньше идеального на величину двойного падения напряжения на транзисторе Uк , а на участке проводимости транзистора и диода оно меньше нуля на сумму падений напряжений на транзисторе Uк и
диоде U а .
При несимметричном управлении уравнение внешней характеристики соответственно для положительного и отрицательного импульса напряжения на нагрузке:
U |
н |
= γ |
|
U |
− 2I |
r |
|
|
|
|
|
(+ ) d |
|
|
н к |
|
|
||
U |
|
= −γ |
U |
|
− 2I r |
, |
(10.30) |
||
|
н |
|
|
(− ) |
d |
|
н к |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
221
где γ(+ ) , γ(−) – относительная длительность положительного и отрицательного
импульса напряжения на нагрузке соответственно.
На рис. 10.22 приведены внешние характеристики реверсивных ППН при симметричном и несимметричном управлении и различных видах нагрузки.
Рис. 10.22. Внешние характеристики реверсивных ППН при двигательной нагрузке и симметричном (а) и несимметричном (б) управлениях
Реверсивный ППН, работающий на якорь двигателя, при симметричном управлении всегда работает в режиме непрерывного тока, поэтому зона прерывистых токов отсутствует, но при малых нагрузках появляется режим знакопеременного тока. На рис. 10.22 а показана область существования переменных токов штриховыми линиями. В зоне между граничными токами в цепи якоря двигателя протекает переменный ток.
При несимметричном управлении возникает режим прерывистого тока, показанный штриховыми линиями на рис. 10.22 б.
Внутреннее сопротивление источника питания в реверсивных преобразователях влияет на наклон внешних характеристик так же, как и в нереверсивных.
Достоинством реверсивного ППН с симметричным управлением является свободный переход двигателя в любой другой квадрант внешних характеристик без изменения алгоритма управления (отсутствие зоны нечувствительности). Недостаток – большие пульсации тока, вызывающие большие потери от высших гармоник, вследствие двухполярного напряжения на нагрузке.
Несимметричное управление обеспечивает более высокий КПД за счет уменьшения пульсаций выходного тока вследствие однополярного напряжения на нагрузке. Его недостатком является зона прерывистых токов на внешних характеристиках и зона нечувствительности, связанная с минимальным ограничением коэффициента заполнения γ при коммутации стойки моста (4 – 5%) при работе привода на пониженных скоростях.
222
10.4.8. Реверсивный двухключевой ППН
На рис. 10.23 приведена схема реверсивного двухключевого ППН с разделенным источником питания. В этой схеме возможно только симметричное управление. Все процессы и характеристики в таком ППН аналогичны рассмотренным для четырехключевого.
Рис. 10.23. Схема реверсивного двухключевого ППН с разделенным источником питания
Преимущества схемы – меньшее количество ключей и, соответственно, меньшие потери в них. Недостатки – усложнение источника питания и двуполярное напряжение на нагрузке.
Контрольные вопросы
1.Сравните симметричное и несимметричное управление реверсивными ППН.
2.Каковы регулировочные характеристики при различных способах управления и активно-индуктивной нагрузке?
3.Каковы регулировочные характеристики при различных способах управления и активно-индуктивной нагрузке с ПЭДС?
4.Как происходит переход к торможению при симметричном управлении?
5.Как происходит переход к торможению при несимметричном управлении?
6.За счет чего обеспечивается рекуперативное торможение, когда ЭДС двигателя ниже напряжения источника питания при симметричном управлении?
7.За счет чего обеспечивается рекуперативное торможение, когда ЭДС двигателя ниже напряжения источника питания при несимметричном управлении?
8.Как работает ППН при поочередном управлении?
9.От чего зависит наклон внешних характеристик ППН?
10.Назовите разновидности схем реверсивных ППН.
223