Физические основы регулирования момента и скорости в вентильном электроприводе ЭПБ1, страница 2

Выходные сигналы ДПР преобразуют­ся схемой распределения в 120-градусные импульсы управления тиристорами коммутатора, обеспечивая таким образом проводящее состояние каждому тиристору в те­чение 120° за один период сигнала ДПР. На рис. 5.9 показано проводящее состояние тиристоров коммутатора, соответствующее прямому чередованию фаз сигналов ДПР. Данная последовательность включения тиристоров соответствует векторной диаграм­ме (рис. 5.5) и обеспечивает также прямое чередование фаз обмотки двигателя.

Для работы схемы распределения импульсов является принципиальным, чтобы она обеспечивала, во-первых, совпадение направлений переключения потока статора и вращения ротора как в двигательном, так и в тормозном режимах и, во-вторых, величину угла между потоками, соответствующую максимальному моменту с мини­мальными пульсациями, то есть Θ=90°±30°.

Временные диаграммы момента вентильного двигателя, проводящего состояния тиристоров коммутатора, фазных ЭДС двигателя и суммарной ЭДС при направле­нии вращения по часовой стрелке со стороны вала двигателя для двигательного и тормозного режимов работы приведены на рис. 5.10. Отсчет угла а поворота ротора условно производится от направления потока F1.

При этом для обеспечения двигательного режима работы в случае начального положения ротора (α=0) поток статора должен переключаться начиная с F3 (рис. 5.6), а при работе в тормозном режиме — с F6 (рис. 5.7).

На рис. 5.10, а приведены диаграммы изменения момента двигателя при постоян­ной величине тока в обмотках (верхняя кривая — двигательный режим, нижняя — тормозной). Кривые моментов построены по уравнению (5.1) с учетом того, что угол в для каждого номера п потока, как следует из рис. 5.6, определяется из соотношения

На рис. 5.10, б, в показаны зоны проводящего состояния тиристоров коммутатора соответственно для двигательного и тормозного режимов.

Кривые фазных ЭДС двигателя на диаграмме построены из следующих сообра-.жений:

— если ротор расположен таким образом, что поток ротора через обмотку фазы максимален, то мгновенное значение ЭДС, наведенной в этой фазе потоком ротора, равно нулю, что следует из формулы е= — (dФ/dt), так как производная функции в точке с максимальным значением равна нулю. Например, при α=30° (рис. 5.6) поток ротора максимален через фазу С, поэтому ;

— при вращении ротора в двигательном режиме работы направление (знак) наведенной ЭДС противоположно приложенному напряжению, а при вращении в тормозном режиме наведенная ЭДС и приложенное напряжение направлены согласно.

Мгновенные значения фазных ЭДС при равномерном вращении ротора по ча­совой стрелке и неизменном токе обмоток двигателя находятся из соотношений (на­помним об условности отсчета угла а):

где Ем — амплитудное значение фазной ЭДС;, где  — постоянная ЭДС двигателя; ω— угловая скорость вращения ротора.

Кривые фазных ЭДС для направления вращения по часовой стрелке приведены на рис. 5.10, г и подчиняются прямой последовательности чередования фаз. При вра­щении ротора против часовой стрелки кривые фазных ЭДС инвертируются относи­тельно оси а, а чередование фаз становится обратным.

Кривая суммарной ЭДС двигателя приведена на рис. 5.10, д. Она получена на каждом интервале работы тиристоров как разность мгновенных значений ЭДС тех фаз двигателя, которые подключаются к источнику проводящими тиристорами.

Напомним, что в двигательном режиме обмотки двигателя подключаются ти-, ристорами к источнику напряжения таким образом, что всегда суммарная ЭДС двух фаз и напряжение источника питания направлены встречно. В тормозном режиме обмотки подключаются так, что суммарная ЭДС двух фаз и напряжение источника направлены согласно. Поэтому формально можно сказать, что по отношению к источ­нику питания суммарная ЭДС в тормозном режиме меняет знак.

Силовые ключи  Кл1   и Кл2  (рис. 5.4)   выполняют две независимые функции:

1.  Обеспечивают режим коммутации тока с тиристора на тиристор ввиду невоз­
можности самостоятельного выключения тиристоров.

2.  Обеспечивают поддержание заданной величины тока через обмотки двигате­
ля, то есть участвуют в регулировании тока.

Функция коммутации тока с тиристора на тиристор выполняется путем полного отключения коммутатора от источника питания. Транзисторы Кл1 и Кл2 в этом слу­чае закрываются, протекание тока I через тиристоры коммутатора прекращается, и они восстанавливают свои запирающие свойства, а ток , двух фазных обмоток двигателя через два диода трехфазного моста возврата реактивной энергии замыка­ется на источник питания, подзаряжая его.

Тиристорный коммутатор обесточивается на время длительности коммутацион­ных импульсов tк≈300 мкс, которые вырабатываются по каждому фронту сигналов датчика положения ротора, то есть коммутация тока происходит шесть раз за период сигнала ДПР.

Обратимся еще раз к формуле (5.1) момента синхронного двигателя. Здесь при­сутствуют две независимые переменные, которые поддаются регулировке: угол в между потоками статора и ротора и ток Imах, протекающий через фазы двигателя.

Как уже отмечалось, функция поддержания угла Θ в диапазоне 90°±30°, соот­ветствующем максимальному моменту с минимальными пульсациями при постоянной

величине тока, возложена на тиристор-ный коммутатор, управляемый дат­чиком положения ротора.

Амплитудная величина момента оп­ределяется током Imах. Функция ре­гулирования тока Imах возложена на силовые ключи, управляемые регулято­ром тока. Для обеспечения регулиро­вания тока в межкоммутационный ин­тервал происходит периодическое вклю­чение и отключение ключей таким об­разом, чтобы поддержать ток на задан­ном уровне. Например, если задана по­стоянная скорость вращения двигателя при постоянном моменте на его валу Мнагр = const, то, как следует из фор­мулы (5.1), поскольку угол Э меняется в диапазоне 90°±30°, чтобы не возни­кали пульсации момента двигателя (рис. 5.10, а), ток двигателя теоретически должен иметь форму, показанную на рис. 5.11. В этом случае результирующий момент двигателя будет иметь постоянную величину, то есть выполнится условие Мдвиг = Мнагр. Поддержание тока необходимой для этого примера формы в межкоммутационный интервал обеспечивает регулятор т,ока с силовыми ключами.

При этом возможны три режима работы силовой части, которые классифици­руются по количеству включенных транзисторных ключей:

—  режим Р2 —оба ключа, Кл1 и Кл2, открыты;

—  режим Р1 —открыт один ключ — либо Кл1, либо Кл2;

—  режим РО —оба ключа, Кл1 и Кл2, закрыты.

В режиме Р2 напряжение питания прикладывается к двум последовательно включенным обмоткам двигателя, изменение тока в которых может быть описано уравнением: