Управление двигателем в системе «управляемый выпрямитель-двигатель»

В качестве нагрузки управляемых выпрямителей включают якорную цепь двигателя независимого возбуждения, за счет изменения угла отпирания a управляемых вентилей регулируют в широких пределах угловую скорость двигателя.

Рис. 6. Схема трехфазного мостового управляемого выпрямителя

На рис. 6 показана мостовая схема трехфазного управляемого выпрямителя. Тиристоры , , открываются в положительные, а тиристоры , , в отрицательные полупериоды фазных напряжений. Интервал проводимости каждого тиристора равен , в каждый момент времени открыты два тиристора и напряжение на якоре определяется разностью фазных напряжений двух вторичных обмоток трансформатора, т.е. линейным напряжением. Механическая характеристика системы

, [4]

где – активное сопротивление преобразователя и дросселя.

Механическая характеристика прямолинейна, но ее жесткость меньше, чем у двигателя в системе Г-Д (генератор-двигатель).

При снижении нагрузочного момента наступает режим прерывистых токов, для которого соотношение [4] недействительно, реальные характеристики указаны штрихованными линиями.

В системе УВ-Д двигатель может работать в двигательном режиме (I квадрант), в режимах противовключения (наклонная штриховка) и динамического торможения (прямая с ) и в генераторном режиме, т.е. в режиме рекуперативного торможения (вертикальная штриховка), когда УВ переходит в инверторный режим (рис. 7).

Рис. 7. Механические характеристики системы УВ–Д

Для осуществления реверса можно изменить с помощью контактного переключения полярность напряжения на обмотке возбуждения или на якоре.

Для приводов высокого быстродействия применяют реверсивные УВ (рис. 8).

Рис. 8. Схема реверсивной системы УВ–Д

При работе системы УВ-Д в двигательном режиме один управляемый выпрямитель, например , работает в режиме выпрямления, а второй закрыт или подготовлен для работы в режиме инвертирования.

Для исключения передачи энергии в сеть через инвертор должно выполняться условие

,

где , – напряжения управляемых выпрямителей, работающих в режимах инвертирования и выпрямления.

При работе системы в режиме рекуперативного торможения один из выпрямителей находится в режиме инвертирования, а второй закрыт или подготовлен к работе в режиме выпрямления.

При совместной работе выпрямителей ограничивают уравнительные токи, протекающие между выпрямителями за счет разности мгновенных значений их напряжений. Для этого включают дроссели L₁ и L₂.

Вид механических характеристик реверсивной системы УВ-Д зависит от способа согласования углов a обоих управляемых выпрямителей. Возможны два вида управления выпрямителями реверсивной системы – совместный и раздельный.

При совместном управлении , и . Механические характеристики показаны на рис. 9а. Недостатком совместного управления является возможность протекания уравнительных токов. Для полного исключения уравнительных токов используют раздельное управление выпрямителями. Управляющие импульсы подаются только на работающий в данный момент выпрямитель. Вентили другого выпрямителя в это время закрыты. При изменении режима работы устройство управления подает импульсы на второй выпрямитель с задержкой, необходимой для его надежного запирания. Механические характеристики системы с раздельным управлением показаны на рис. 9б. Разрыв характеристик объясняется наличием режима прерывистых токов.

Рис. 9.

3. Замкнутые электроприводы с подчиненным регулированием коор­динат

Качественное регулирование координат в сис­теме П–Д обеспечивает принцип подчиненного регулирования. Этот принцип предусматривает регулирование каждой ко­ординаты с помощью своего отдельного регулятора и соответству­ющей обратной связи, т. е. регулирование каждой координаты про­исходит в собственном замкнутом контуре и требуемые характерис­тики ЭП в статике и динамике можно получить за счет выбора схемы и параметров регулятора этой координаты и цепи ее обратной связи.

Чтобы ограничить ток и момент, нужно ограничить сигнал, поступающий с внешнего контура.

Рис. 10.

Рассмотрим схему ЭП (рис. 10а) с подчиненным регулиро­ванием, выходной регулируемой координатой которой является скорость. Управляющая часть схемы состоит из двух замкнутых контуров: контура регулирования тока (момента), содержащего регулятор тока РТ и датчик тока ДТ, и контура регулирования скорости, содержащего регулятор скорости PC и датчик скорости (тахогенератор) ТГ.

Регуляторы тока и скорости выполняются на базе операционных усилителей. Включение в цепь задающего сигнала скорости регулятора скорости PC и его об­ратной связи резисторов и обеспечивает изменение этого сигнала с коэффициентом . Аналогично изменение сигнала обратной связи по скорости про­исходит с коэффициентом . Такой регулятор получил название пропорционального регулятора скорости.

Включение в цепь обратной связи регулятора тока РТ конденсатора последовательно с резистором позволяет получить на выходе РТ сиг­нал в виде суммы двух составляющих:

,

где , – коэффициенты усиления сигналов.

Здесь сигнал содержит пропорциональную и интегральную составляющие входного сигнала , т.е. РТ является в этом случае пропорционально-интегральным (П - И) регулятором.

Схема и параметры цепей регулятора выбираются из условия желаемого характера переходных процессов при регулировании координат. Обычно выбираются переходные процессы с затухающими колебаниями (рис. 10б), что позволяет обеспечить устойчивость этих процессов при небольших длительностях и перерегулированиях.

Распространенным методом настройки регуляторов является так называемый технический оптимум, при котором перерегулирование составляет 4,3% от установившегося уровня, а время переходного процесса , где – электромагнитная постоянная времени тиристорного преобразователя, принимаемая обычно равной 0,01 с.

Схема подчиненного регулирования позво­ляет простыми средствами ограничить координаты ЭП заданным уровнем. В схеме, приведенной на рис. 10а, для этой цели в цепь обратной связи PC включены стабилитроны V1 и V2, которые, ог­раничивая выходное напряжение PC, являющееся входным задаю­щим сигналом тока , ограничивают ток и момент двигателя.

На рис. 10, в приведены статические характеристики ЭП с под­чиненным регулированием координат и настройкой на техничес­кий оптимум. Их особенностью является наличие вертикального участка I, на котором обеспечивается ограничение тока и момента, и участка II с жесткими характеристиками, наклон которых зави­сит от соотношения двух постоянных времени – электромеханичес­кой двигателя и электромагнитной преобразователя .

В схемах подчиненного регулирования используется и другой кри­терий настройки регуляторов по симметричному оптимуму, который позволяет получить абсолютно жесткие статические характеристики на участке II, но переходные процессы в этом случае характеризуются большим перерегулированием, дохо­дящим до 55%. При настройке по симметричному оптимуму регуля­тор скорости PC выполняется пропорционально-интегральным.

Схемы с подчиненным регулированием координат нашли широкое применение в регулируемых ЭП как постоянного, так и переменного тока.