Электроприводы постоянного тока с транзисторными преобразователями

Наиболее эффективные способы регулирования скорости двигателя постоянного тока связаны с изменением напряжения его обмотки якоря. При питании обмотки якоря от источника постоянного напряжения транзисторные преобразователи в связи с их полной управляемостью получили наибольшее распространение. Современную элементную базу в преобразователях постоянного напряжения в регулируемое постоянное составляют в настоящее время силовые транзисторы:

  • • MOSFET (униполярный транзистор с индуцированным каналом);
  • • IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором).

Такие транзисторы выпускаются на токи до 1000 А, напряжения до 1500 В и способны работать в ключевом режиме на частотах до 30 кГц. Кроме того, для работы в цепях с индуктивностями транзисторы снабжены антипараллельными высокочастотными диодами.

Схема электропривода постоянного тока с транзисторным импульсным регулированием напряжения обмотки якоря приведена на рис. 4.11.

Схемы электропривода постоянного тока с транзисторным преобразователем

Рис. 4.11. Схемы электропривода постоянного тока с транзисторным преобразователем

В этой схеме обмотка якоря двигателя М периодически подключается транзисторным ключом VT к источнику постоянного напряжения , которое, как правило, получается выпрямлением переменного напряжения питающей сети с помощью неуправляемого выпрямителя. Электролитический конденсатор Сбольшой емкости сглаживает пульсации выпрямленного напряжения

При открытом транзисторе VT ток по цепи обмотки якоря двигателя М протекает от источника постоянного напряжения. При закрытом транзисторе VT ток в цепи обмотки якоря двигателя мгновенно измениться не может, а поддерживается за счет ЭДС самоиндукции, замыкаясь через диод VD2 (см. рис. 4.12). При высокой частоте переключения транзистора VTI колебания тока в якорной цепи невелики. Современные транзисторы способны работать без допустимого перегрева при частотах 5 -г 20 кГц и более.

В подавляющем типе электроприводов для управления транзистором VT1 используется широтно-импульсный способ модуляции. В связи с этим транзисторный ключ КП со схемой управления получил название широтно-импульсный преобразователь (ШИП). При широтноимпульсном управлении период Т следования импульсов напряжения на обмотку якоря двигателя остается постоянной, изменяется только длительность импульса. Как показано на рис. 4.12, среднее напряжение, прикладываемое к обмотке якоря, зависит от длительности импульсаи определяется выражением

(4.6)

где – постоянное напряжение; – относительная продолжительность включения транзисторного ключа КП .

Относительная продолжительность включения транзисторного ключа КП может изменяться в пределах

Диаграммы напряжений и токов двигателя при широтно-импульсной модуляции

Рис. 4.12. Диаграммы напряжений и токов двигателя при широтно-импульсной модуляции

Электромеханическая и механическая характеристики электропривода с транзисторным широтно-импульсным преобразователем в режиме непрерывного тока описываются уравнениями:

(4.7)

(4.8)

Электромеханические характеристики нереверсивного электропривода, выполненного по схеме ШИП-Д, приведены на рис. 4.13.

Электромеханические характеристики нереверсивного электропривода, выполненного по схеме

Рис. 4.13. Электромеханические характеристики нереверсивного электропривода, выполненного по схеме "транзисторный широтно-импульсный преобразователь-двигатель"

При малых нагрузках в электроприводе ШИП-Д наступает режим прерывистого тока. Зона прерывистого тока обозначена на рис. 4.13 пунктирной линией. В связи с тем что частота переключений транзисторного ключа VT1 может значительно превышать частоту следования импульсов в электроприводе с тиристорными преобразователями, то зона прерывистого тока здесь может быть существенно меньше, также уменьшается и амплитуда пульсаций якорного тока.

Как следует из рис. 4.13, в режиме прерывистого тока все электромеханические характеристики сходятся в одной точке – скорости идеального холостого хода, которая в данном электроприводе определяется выражением

(4.9)

В электроприводе ШИП-Д с неуправляемым выпрямителем на входе становится невозможным режим рекуперативного торможения, поэтому во многих электроприводах применяется динамическое торможение, для обеспечения которого в схему вводится дополнительный транзисторный ключ VT2 и сопротивление динамического торможения, однако схема управления при этом существенно усложняется.

В настоящее время в своем большинстве эксплуатируемые в производстве регулируемые электроприводы – это электроприводы постоянного тока. К сожалению, XX век – век регулируемых электроприводов постоянного тока – закончился. Их разработка и серийный выпуск прекращаема в большинстве развитых стран мира. Будущее регулируемых электроприводов связано с двигателями переменного тока.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >