Вопрос 13

13. Управление двигателями постоянного тока с помощью управляемых выпрямителей и импульсных схем, способы реализации и основные характеристики

Управляемые выпрямители, т.е. выпрямители выходного напряжения, которое можно регулировать, являются удобным средством регулирования двигателей постоянного тока и широко используются в промышленности.

Управляемые выпрямители создают пульсирующий ток. Полезной является только постоянная составляющая тока, а переменная вызывает дополнительные потери. Поэтому ее стремятся снизить.

В общем случае, основным средством снижения переменной составляющей является конденсатор, включенный параллельно нагрузке. Однако, в случае управления двигателем, такой способ применить трудно, т.к. для двигателя даже небольшой мощности емкость сглаживающего конденсатора должна составлять 1000-10тыс. мкФ и даже Ф. Поэтому, для снижения переменной составляющей при питании двигателя используют режим непрерывного тока.

Если собственной индуктивности двигателя не хватает, то последовательно с ним устанавливаются дроссели.

Существует большое число вариантов схем УВ, но все они по принципу действия делятся на однополупериодные и двухполупериодные.

1. Однополупериодные схемы:

меняя момент открытия теристора, меняем уровень напряжения; - угол отпирания тиристора.

- потенциал на аноде > чем потенциал на катоде; если нет разности потенциалом между А и К, то тиристор закрыт.

- нужно подать импульс напряжения на УЭ, чтобы его открыть;

- для закрытия тиристора необходимо снизить разность потенциалов между А и К или поменять полярность.

Применяется система импульсно фазового управления (для изменения )

СУ – синхронизирующее устройство (отслеживает переход Uсети через 0)

ГПН – генератор пилообразного U

СС – схема сравнения

ФИ – формирователь импульсов

Uоп – опорное напряжение

СУ отслеживает переход Uсети через 0 и в этот моментвремени вырабатывает импульсное пилообразное напряжение, кот.подается на СС. На 2-й вход СС подается Uу, в-ну которого можно менять (его формирует САУ). В момент равенства сигнала ГПН и Uу СС заставляет ФИ сформировать импульс, отпирающий тиристор.

некоторые особенности УВ: ток через индуктивность не может прекращаться мгновенно, следовательно, тиристор некоторое время остается в открытом состоянии)

2. Двухполупериодные схемы:

• Управление двигателем в системе «управляемый выпрямитель-двигатель»

Схема управления двигателем:

Механическая характеристика:

- сопротивление диода

- угол отпирания тиристора

-электромагнитный коэффициент

Схема управления двигателем:

• Импульсное управление двигателем постоянного тока

I_я – ток якоря

I_с – ток сети

I_д – ток через диод

,

где S – скважность

U – напряжение питания

Механическая характеристика:

Коммутация ключа должна осуществляться с высокой частотой (кГц) -> двигатель вращается плавно за счет своей инерционности. Для изменения частоты вращения двигателя необходимо менять γ. Это можно осуществить двумя способами:

1. широтно-импульсная модуляция (ШИМ):

2. частотно-импульсная модуляция (ЧИМ):

ЧИМ реализуется проще. Однако, для того, чтобы получить нулевое напряжение γ должна быть равна нулю, а для этого t_ц = бесконечности, что не реализуемо. Поэтому, ЧИМ не позволяет обеспечить глубокое регулирование и чаще используется ШИМ.

Мостовая схема ШИ – преобразование:

Возможны 2 варианта управления схемой:

1. направление вращения выбирается при помощи к3 или к4, в котором включен постоянный ток. А скорость вращения изменяется ключами к2 или к1 с использованием ШИ управления.

2. диагонали к1-к4 и к2-к3 коммутируются с использованием Ши управления. Направление и среднее значение тока будет определяться соотношением длительности включенного состояния этих диагоналей.

при γ > 0.5 частота увеличивается,

при γ < 0.5 частота уменьшается.

Наиболее удобным элементом управления для мощных приводов является терристор.

T₁ – основной силовой коммутационный элемент

R_б – балансный резистор

R_б, T₂, С – элементы, обеспечивающие запирание терристора T₁

Втечении длительности импульса включенностиT₁ открыт и через якорь протекает ток от источника питания. Помимо этого ток протекает по цепи: «+» источника питания – R_б – С – T₁ – «-» источника питания. Под действием этого тока конденсатор заряжается в полярности, указанной на рисунке, когда необходимо закрыть T₁ подается управляющий сигнал на T₂. Это приводит к тому, что конденсатор подключается параллельно T₂, причем положительный потенциал подается на катод, а отрицательный – на анод, что приводит к запиранию T₁.

На основе этого приведем структурную схему управления :

ФИ – формирователь импульсов

ЗГ – задающий генератор

ГПР – генератор пилообразного напряжения