Механические характеристики и регулировочные свойства системы широтно-импульсный преобразователь — двигатель

Лекция 25

Механические характеристики и регулировочные свойства системы широтно-импульсный преобразователь — двигатель

Ухудшение энергетических характеристик системы УВ - Д при малых нагрузках, особенно ее коэффициент мощности, и отрицательное влияние высших гармоник на сеть привело к интенсивному использованию систем ШИП - Д.     

Широтно-импульсный преобразователь содержит неуправляемый выпрямитель. Поэтому при питании от сети переменного тока (рис.1) коэффициент мощности такого привода увеличивается почти до единицы. Кроме того, повышение частоты коммутации в ШИП до 1-20 кГц, вместо 150-300 Гц в УВ, позволяет уменьшить неравномерность вращения двигателя, расширить диапазон регулирования и повысить жесткость механических характеристик замкнутых систем электропривода.

Принципы работы и теория расчета характеристик системы ШИП-Д значительно проще, чем УВ - Д. Они поясняются рис.1

Благодаря периодическому замыканию ключа ТК на якорь двигателя подаются импульсы напряжения  и ток в якоре двигателя колеблется. Из сети потребляется импульсный ток I_c .

При закрытом (разомкнутом) ключе в цепи якоря поддерживается ток за счет ЭДС самоиндукции, который протекает через диод Д. Поэтому ток в якоре I_я равен току Iс при открытом ключе и току I_Д при закрытом ключе.

Относительная  продолжительность импульсов напряжения равна:

,                                             (1)

где —длительность открытого состояния ключа; Т—период коммутации ключа.

Среднее значение напряжения на якоре двигателя

                  (2)

где напряжение в сети без учета падения напряжения на ключе.

Таким образом, если сигнал управления ключом ТК  U_у пропорционален относительной продолжительности  импульсов напряжения па якоре двигателя ,  то . Следовательно, такой ключ является источником управляемого (регулируемого) напряжения.

Основные принципы построения и классификации систем ШИП—Д. Система ШИП—Д, изображенная на рис. 1, не обеспечивает режим реверса и рекуперативного торможения, поэтому она не применяется в современной практике.

Более универсальной является схема, изображенная на рис.2.а, содержащую четыре ключа ТК1 — ТК4 с независимыми системами управления. При этом можно реализовать симметричное, несимметричное и поочередное управление транзисторными ключами.

Симметричное управление (рис.2б) является наиболее простым, так как в течение периода Т необходимо реализовать одновременное управление двумя диагонально расположенными ключами ТК1 и ТК4, а затем ТК2 и ТКЗ. Двухполярное напряжение на выходе ШИП Uя обеспечивает плавное изменение среднего напряжения от без зоны нечувствительности при :

                                  (3)

Недостатком такого управления является повышение пульсаций  тока в якоре, что привело созданию других способов управления.

Несимметричное управление (рис. 2, в) получают при постоянно открытом ключе, например ТК1, и постоянно закрытом другом ключе ТК2, последовательно подключенных к источнику питания. Два других ключа переключаются в противофазе. На якоре двигателя формируются однополярные импульсы напряжения . Изменение полярности импульсов напряжения на якоре достигается при постоянно открытом ключе ТКЗ и постоянно закрытом ключе ТК4.  Недостатком несимметричного управления является наличие зоны нечувствительности при  и большая токовая нагрузка верхних ключей в схеме (рис.2, а). Последний недостаток исключается в схеме с поочередным управлением ключами (рис.2, г). Здесь в состоянии переключения в течение двух периодов находятся все четыре транзисторных ключа. Причем два диагонально расположенных ключа, например ТК1 и ТК4, имеют длительность

открытого состояния (1+), а два других— (1—) Т. Однако моменты открывания каждого из диагонально расположенных ключей сдвинуты на период выходного напряжения. Поэтому однополярное выходное напряжение состоит из импульсов продолжительности .

Механические характеристики системы ШИП — Д.

Уравнение механической характеристики для режимов непрерывного