6.3. Регулирование угловой скорости дпт нв путем изменения напряжения на якоре в системе г-д

Электрическая схема системы Г-Д приведена на рисунке 6.4.

Уравнение равновесия ЭДС системы

. (6.6)

Если решить уравнение (6.6) относительно скорости , то получим уравнения:

для электромеханической

^(6.7)

и механической характеристик [1,2]:

(6.8)

Рис. 6.4. Электрическая схема системы Г-Д

Схема замещения системы (рис.6.5) и ее параметры:

Рис. 6.5. Схема замещения системы

Уменьшая напряжение на якоре ДПТ в разомкнутом электроприводе можно получить диапазон регулирования скорости Дmax_вниз = 8. Диапазон регулирования скорости можно расширить до Дmax_вверх = 2, если уменьшить магнитный поток ДПТ. Тогда суммарный диапазон будет равен . В замкнутом электроприводе этот диапазон может быть несколько сотен.

Предельные значения диапазона регулирования скорости в разомкнутом приводе [1]

, (6.9)

где –модуль жесткости механической характеристики в системе Г-Д.

Этот диапазон невелик и зависит от жесткости механической характеристики ЭД. В тех случаях, когда требуется обеспечить заданное значение скорости с определенной точностью, пользуются понятием статизма (погрешностью) механической характеристики [1]

. (6.10)

На практике задают в относительных единицах или в процентах.

Тогда

. (6.11)

ДПТ может работать в тех же режимах, как и при подключении его к сети. Механические характеристики ДПТ, подключенного к генератору постоянного тока, приведены на рисунке 6.6.

Рис. 6.6. Механические характеристики ДПТ, подключенного к генератору постоянного тока

С уменьшением надо уменьшать Д_max. Для расширения диапазона регулирования надо формировать более жесткие механические характеристики. При этом увеличивается модуль жесткости , что возможно только в замкнутых электроприводах. Минимальная скорость при этом определяется как

. (6.12)

6.4. Регулирование угловой скорости эд в системе «Управляемый тиристорный выпрямитель – дпт нв»

Для регулирования скорости применяют однофазные и трехфазные нереверсивные и реверсивные выпрямители. Устройство, принцип работы и их характеристики подробно рассмотрены в дисциплине «Электрические и электронные аппараты». Значительный интерес представляет тиристорный реверсивный электропривод, состоящий из двух управляемых выпрямителей, выполненных по мостовой схеме и включенных параллельно-встречно (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Тиристорный реверсивный электропривод

Выпрямленные напряжения при работе на холостом ходу и с нагрузкой на валу ЭД определяются по выражениям [2]:

В схеме на рисунке 6.7 L1 и L2 – уравнительные реакторы, предназначены для уменьшения уравнительного тока, чтобы протекающий ток через тиристоры выпрямителей В1 и В2 не превышал номинального тока; Ld – реактор (фильтр), предназначенный для сглаживания выпрямленного тока.

В приведенных выражениях [2] – угол открывания тиристоров;– линейнаялинейное0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 ЭДС вторичной обмотки понижающего (согласующего) трансформатора ТV.

Выпрямленный постоянный ток определяется по выражению [2] как

, (6.13)

В формуле (6.13) – эквивалентное сопротивление преобразователя (выпрямителя), которое определяется по выражению:

, (6.14)

где – приведенные ко вторичной обмотке индуктивное сопротивление рассеивания и активное сопротивление первичных обмоток трансформатора;

–активное сопротивление сглаживающего реактора.

Обратные напряжения, которые прикладываются к закрытым тиристорам, определяются по следующему выражению:

(6.15)

где – фазное (действующее) значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора. Выпрямители могут работать раздельно и совместно. При раздельной работе выпрямитель В1 включен, а выпрямитель В2 отключен, или наоборот.

Электромеханические и механические характеристики можно построить по следующим выражениям [2,3,4]:

Пусть работает только выпрямитель В1.Электромеханические и меха­ни­чес­кие характеристики ДПТ НВ приведены на рисунке 6.8.

При совместной работе выпрямителей В1 и В2 импульсы управления на один выпрямитель подают при углах от 0 до 90°, а на другой – при углахот 90 до 180°. Тогда один из выпрямителей (например, В1) будет работать в выпрямительном режиме, а второй будет подготовлен для работы в инверторном режиме. Для перевода последнего в инверторный режим необходимо, чтобы ЭДС электродвигателя оказалась больше выпрямленного напряжения .

Условия работы тиристоров при совместной работе выпрямителей В1 и В2:

α_В1 + α_В2 = 180°.

Рис. 6.8. Электромеханические и механические характеристики ДПТ НВ при работе выпрямителя В1

Характеристики ЭД, работающего в различных режимах, показаны на рисунке 6.9.

Рис. 6.9. Характеристики ЭД, работающего в различных режимах

Достоинства тиристорных электроприводов постоянного тока:

1) плавность и значительный диапазон регулирования скорости (до 10 и более);

2) большая жесткость получаемых механических характеристик;

3) высокий КПД электропривода (около 0,95);

4) уменьшение количества электрических машин;

5) бесшумность в работе, простота в обслуживании и эксплуатации.

Тиристорным электроприводам постоянного тока присущи следующие недостатки:

1) из-за односторонней проводимости тиристоров для получения характеристик ДПТ во всех четырех квадрантах требуется использовать реверсивный двухкомплектный преобразователь;

2) для сглаживания пульсаций тока, которые ухудшают условия работы ДПТ, в большинстве случаев необходимо применять сглаживающий реактор;

3) с ростом диапазона регулирования скорости снижается коэффициент мощности электропривода ();

4) тиристорный электропривод вносит искажения в форму тока и напряжения источника питания;

5) тиристорные преобразователи обладают невысокой помехозащищенностью и малой перегрузочной способностью по току и напряжению.

Несмотря на отмеченные недостатки, система тиристорный преобразователь – двигатель (ТП-Д) является в настоящее время основным видом регулируемого электропривода постоянного тока и широко применяется для привода таких ответственных рабочих машин, как прокатные станы, металлорежущие станки, экскаваторы и т.д.

В заключение следует отметить, что в некоторых случаях на практике, кроме рассмотренных способов регулирования скорости, применяют способы импульсного регулирования и в схеме шунтирования якоря ДПТ НВ.

Способы импульсного регулирования угловой скорости повторяют основные способы регулирования скорости ДПТ НВ и связаны с импульсным изменением сопротивления добавочного резистора в цепи якоря, магнитного потока и подводимого к якорю напряжения. Для схем импульсного регулирования в современных электроприводах чаще всего применяются бесконтактные полупроводниковые ключи, обычно тиристорные.

Характерной особенностью импульсных регулируемых электроприводов является простота и надежность их схем, определяемая малым числом элементов. Показатели импульсного регулирования скорости в основном соответствуют непрерывным способам регулирования. Вместе с тем энергетические показатели импульсных электроприводов постоянного тока несколько хуже.

Схема с шунтированием якоря, которая с помощью двух добавочных резисторов Rш, включаемых параллельно якорю, и Rп, включаемого последовательно с якорем, позволяет получать сравнительно жесткие характеристики в области малых скоростей.

Данный способ регулирования скорости по своим характеристикам и показателям занимает промежуточное положение между способами, связанными с изменением напряжения на якоре и сопротивлением в цепи якоря. Диапазон регулирования скорости лежит в пределах 5–6, плавность регулирования определяется плавностью изменения сопротивлений Rш и Rп. Регулирование скорости осуществляется вниз от основной при постоянном моменте нагрузки.

Экономичность этого способа регулирования невысока из-за значительных потерь мощности в якорной цепи. По этой причине данный способ используется для регулирования скорости ДПТ небольшой мощности при кратковременной работе на пониженной скорости (например, для электроприводов некоторых подъемных кранов).