Способы управления напряжением якоря ДПТ НВ. Источники питания.

1.Первый управляемый источник питания – генератор. (Г-Д)

Принципиальная схема включения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением по системе Г-Д приведена-на рис.1. Здесь генератор G спостоянной угловой скоростью приводится во вращение асинхронным или синхронным двигателем Ml; питание цепей возбуждении генератора G и исполнительного двигателя Мосуществляется от независимого источника постоянного тока. Якорь двигателя М присоединяется к якорю генератора G непосредственно.

Механические характеристики двигателя при неизменном потоке двигателя и изменении потока генератора (без учета реакции якоря) представляют собой семейство линейных характеристик, наклон которых остается постоянным и определяется общим сопротивлением якорной цепи

Механические характеристики двигателя располагаются в четырех квадрантах; основным достоинством этой системы является плавность регулирования, которая осуществляется воздействием на цепь возбуждения.

Система Г —Д может обеспечить двухзонное регулирование угловой скорости —до основной скорости изменением ЭДС генератора при постоянном потоке двигателя, а выше основной регулированием тока возбуждения двигателя при постоянной, равной номинальному значению ЭДС генератора.

Верхний предел угловой скорости при регулировании с постоянным потоком двигателя ограничивается номинальным значением ЭДС генератора и тем перепадом скорости, который обусловлен нагрузкой и сопротивлением якорной цепи. Нижний предел регулирования определяется заданным относительным перепадом угловой скорости при заданном изменении нагрузки.

Достоинства: хорошее управление, большой коэффициент усиления по мощности Кр=20

Недостатки:

1) необходимость в двукратном преобразовании энер­гии (из электрической энергии переменного тока в меха­ническую и из механической вновь в электрическую постоянного тока регулируемого напряжения), что приводит к значительному снижению КПД;

2) наличие двух машин в преобразовательном агрегате, установленная мощность каждой, если пренебречь потерями в машинах, равна установленной мощности регулируемого двигателя;

3) значительные габариты и масса установки, необходимость в фундаменте для преобразовательного агрегата;

4) высокие капитальные и эксплуатационные расходы

2.Ртутные, твердотельные выпрямители. Система УРВ – Д.

Используются редко, т.к. много недостатков.

3. Система ТП – Д. (тиристорный преобразователь)

Регулирование постоянного напряжения осуществляется регулированием угла включения вентилей в проводящей части периода переменного напряжения .и имеет свои особенности.

Рассмотрим принцип регулирования напряжения на примере включения тиристоров по однофазной нулевой двухполупериодной схеме выпрямления, приведенной на рис. 1, а Допустим, что на управляющий электрод тиристора VI подается от системы управления СУ отрицательный импульс в момент времени t₁ (рис. 1, б). Угол α, отсчитываемый от момента естественного включения вентиля VI, вызовет на нагрузке скачок напряжения, которое будет изменяться по кривой u_2a. В момент t₂ напряжение u_2a становится равным нулю и тиристор VI закрывается. На интервале t₂ – t₃ oба тиристора закрыты и ток равен нулю, а в момент t₃ вступает в действие тиристор V2 и остается открытым до момента t₄ и т. д.

При активной нагрузке кривая выпрямленного тока (рис. 1, в) повторяет .кривую, выпрямленного напряжения.

Если изменяется угол α относительно начала синусоиды напряжения на анодах тиристоров, то соответственно меняется среднее значение выпрямленного напряжения.

Процессы в схеме с управляемым выпрямителем при учете индуктивности рассеяния обмоток трансформатора индуктивности обмотки якоря двигателя и противо-ЭДС двигателя имеют свою особенность. В этом случае графики изменения во времени напряжения и тока преобразователя имеют довольно сложный характер. Кривая выпрямленного напряжения состоит из положительных и отрицательных участков синусоид. Ток может быть как непрерывным, так и прерывистым.

Выпрямленное напряжение (и выпрямленный ток) содержит постоянную U_dи переменную составляющие (последняя содержит ряд гармоник). Наличие пульсаций (переменной составляющей) выпрямленных напряжения и тока ухудшает условия коммутации двигателей постоянного тока и увеличивает потери в них, поэтому на выходе выпрямителя часто устанавливается индуктивный фильтр, представляющий собой реактор, включаемый последовательно с якорем двигателя и обладающий большим реактивным сопротивлением для переменной составляющей выпрямленного тока, которая значительно уменьшается, а падение напряжения от этой составляющей на активном сопротивлении реактора незначительно. Другим средством уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения является использование многофазных схем выпрямления.

Рассмотрим форму напряжения и тока для трехфазной нулевой схемы включения тиристоров, показанной на рис. 2,а, с учетом индуктивности рассеяния, приведенной к вторичной обмотке трансформатора, и значительной индуктивности сглаживающего реактора L_d, при которой ток можно считать идеально сглаженным.

Из-за индуктивности рассеяния вторичной обмотки трансформатора переход тока от одного тиристора к другому происходит не мгновенно, а в течение времени, которое соответствует так называемому углу коммутации. В интервале t₁ – t₄ работает тиристор V1; в момент t₂ начинается процесс коммутации тока с тиристора VI на V2, в течение которого работают оба тиристора. За счет ЭДС самоиндукции, наводимой в фазе u_2а, ток i_al спадает не сразу, а из u_2b вычитается часть напряжения, соответствующая ЭДС самоиндукции, которая препятствует росту тока i_a2 так, что сумма токов i_a1 n i_a2., в момент коммутации остается равной выпрямленному току I_d. К концу коммутации (момент t₃), обозначенной углом γ, ток в тиристоре V1 становится равным нулю, а в тиристоре V2 возрастает до значения I_d. В период коммутации выпрямленное напряжение становится меньшим и равным u_d = 1/2 (u_2а + u_2b); оно изменяется так, как показано на рис. 2,б. К концу коммутации напряжение скачком возрастает до фазного напряжения u_2b. Следовательно, выпрямленное напряжение снижается из-за индуктивного падения напряжения, которое показано заштрихованной площадкой на рис. 2,6. Форма кривой тока приведена на рис.2, в.

Мостовая схема выпрямления.

Управление преобразователь – выпрямитель.

VS1, VS2 - открыты

VS3, VS2 – следующий такт

VS3, VS4

VS5, VS4

VS5, VS6

VS1, VS6

6 состояний за период сети

6 – ти импульсная схема

I_d всегда протекает по 2 –м обмоткам транзистора и по 2 – м тиристорам. Нагрузка подключается обеими концами к вентильной схеме.

Регулировочная характеристика:

, р=6

Реверсивные преобразователи

Для обеспечения реверса тока и момента двигателя используется 2 комплектные схемы преобразования.

Например: 2-х комплектная мостовая схема.

R→0 => I→∞ => к.з., чтобы этого не было, нужно раздельное управление тиристорами (комплектами).

«Раздельное управление » достигается разрешением (или запрещением) импульсов на отдельный комплект.

«Совместное управление». Для этого нужно специальным образом согласовывать управление комплектами, силовое оборудование при этом усложняется, т.к. требуется ограничивать импульсы уравнительных токов между комплектами.

Для организации раздельной схемы управления используются специальные электронные схемы, называемые ЛПУ (логические переключающие устройства).

Их задача – разрешение/запрещение прохождения импульсов.

ЛПУ получает сигнал направления включения (U_упр) и сигнал датчика тока (ДТ) (переключение только в момент отсутствия тока после переданного переключения).

Выходные сигналы ЛПУ - 3В, 3Н (запрет)

Для надежности работы ЛПУ выдерживает паузу перед переключением компонентов τ=0.001с, это нужно для восстановления запирающих свойств тиристоров.

Щетки термоциклируют (то охлаждаются, то нагреваются).

Требования к межламельной изоляции жесткие – должны держать высокую температуру, знакопеременные усилия. Хороший результат дают композиты на основе слюды.

DU_max – максимальное напряжение межламельной изоляции. DU_max≤15…20 В.

ДПТ не бывают высоковольтными (не более 1000 В).

Единичная мощность двигателя Р≤10∙10₃ кВт.