6.3. Система источник тока — двигатель

Благоприятные 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. 6.6. Здесь якорь двигателя обтекается

Рис.6.6. Система ИТ-Д

неизменным током I_Я=const, а управление электроприводом осуществляется воздействием на цепь возбуждения путем изме­нения подводимого напряженияU_В=varи соответственно тока возбужденияIв=var.

При неизменном токе якоря момент двигателя пропорцио­нален потоку:

(6.16)

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 Φ=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 -Фном до +Фном показаны на рис. 6.7. Рассматривая их, можно установить, что электро­привод по системе ИТ—Д обладает свойствами полностью управляемого источника момента, обеспечивающего при Φ=var точное и плавное регулирование момента в пределах от —Мном до +Мном как в двигательном, так и в тормозном режимах при любом направлении скорости.

Заметим, 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 тиристорного 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. 6.8.

Данная схема при определенном выборе параметров обеспе­чивает стабилизацию тока нагрузки в широких пределах из­менения противо-ЭДС двигателя, ограничиваемых только ли­нейностью и допустимыми 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:

(6.17)

Токи реактивных элементов схемы определяются известны­ми соотношениями:

(6.18)

Следовательно,

(6.19)

При X_C=Xl=X соотношение (6.19) принимает вид

(6.20)

где _Л=с+_L— линейное напряжение питающей сети.

Так как выпрямленный ток I_dпропорционален эффектив­ному значению токаI₂из (6.20) со всей очевидностью

вытекает, что при идеальных линейных реактивных элементах ток якоря двигателя не зависит от противо-ЭДС двигателя и сопротивления цепи нагрузки и при Uл =constявляется

постоянным: I_Я=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 противовключения, заключенной между осью абсцисс и характеристикой динамического торможения двигателя, соот­ветствующей данному значению потока Φи расширяющейся по мере ослабления поля.

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

(6.21)

Гиперболические зависимости ω_гр=f(М), соответствующие (6.21), показаны на рис. 6.7.

При |ω||ω_ГР| во втором и четвертом квадратах напря­жение на выходе нереверсивного источника тока (рис. 6.8) равно нулю и при дальнейшем увеличении ЭДС ток возрастает в соответствии с характеристикой динамического торможения. Как следствие, при |ω| > |ω_гр| механические характеристики при тех же значениях потока имеют вид, показанный на рис. 6.7 штриховыми прямыми1—4.

Из (6.21) 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_Ядоб·