Регулирование угловой скорости в системе управляемый выпрямитель – двигатель постоянного тока независимого возбуждения (УВ - ДПТ)

В настоящее время в различных областях техники наиболее широко применяются регулируемые электроприводы с ДПТ с управляемыми вентильными (тиристорными) выпрямителями (УВ).

Такие приводы выпускаются промышленностью в виде блочных изделий – комплектных тиристорных электроприводов. В однозонных приводах выход УВ подключается к якорю двигателя и регулирование скорости осуществляется за счет изменения напряжения на якоре ДПТ. В двухзонных ЭП используется два УВ, один работает на якорь, а второй – на обмотку возбуждения, и регулирование угловой скорости осуществляется как изменением напряжения на якоре, так и за счет изменения потока возбуждения (напряжения на обмотке возбуждения).

Остановимся на особенностях регулирования напряжения на якоре и обмотке возбуждения ДПТ НВ с помощью УВ.

Основными приборами, применяемыми в управляемых выпрямителях, являются полупроводниковые вентили - диоды и тиристоры. Общим свойством этих приборов является то, что они могут находиться в двух состояниях - открытом и закрытом. В открытом состоянии прямое падение напряжения на вентилях в 10²-10³ раз меньше, чем напряжения, выделяемые на других элементах схемы (например, среднее значение прямого падения напряжения на тиристоре меньше 1 В). Ток, протекающий через вентили в закрытом состоянии, в 10³-10⁴ раз меньше тока в открытом состоянии. Все это позволяет при анализе электромагнитных процессов считать полупроводниковые вентили идеальными ключами и пренебрегать их прямыми падениями напряжения и обратными токами.

Полупроводниковый диод находится в открытом состоянии при прямом напряжении на его аноде (положительном относительно катода) и в закрытом - при отрицательном.

Для переключения тиристора в открытое состояние необходимо подать на его управляющий электрод (относительно катода) положительный управляющий импульс при прямом (положительном относительно катода) напряжении на аноде. Длительность управляющего импульса должна быть такой, чтобы за время его действия ток анода тиристора стал больше тока выключения. Для запирания тиристора необходимо уменьшить ток анода до величины тока выключения или приложить к его аноду обратное (отрицательное относительно катода) напряжение. Ток запирания тиристоров в 10³-10⁴ раз меньше его прямого тока, поэтому при анализе работы схем можно считать, что тиристор закрывается при нулевом значении тока анода.

Однофазный однополупериодный УВ. Фазовый способ регулирования выпрямленного напряжения

Принцип работы УВ поясним на примере простейшей однофазной однополупериодной схемы УВ (рис. 3.20), работающей на активную R нагрузку. В этой схеме VS - тиристор, СИФУ - система импульсно-фазового управления. Тиристор служит для выпрямления и регулирования выпрямленного напряжения на нагрузке. СИФУ предназначена для управления моментом отпирания тиристора.

Фазовый способ регулирования основан на управлении моментом отпирания тиристоров, включенных последовательно между источником переменного напряжения и нагрузкой.

Рис. 3.20

На вход силовой части схемы подается переменное сетевое напряжение u _c. На управляющий электрод тиристора подаются управляющие импульсы u _у, фаза которых относительно сетевого напряжения определяется величиной входного сигнала u _вх СИФУ, а частота равна частоте питающей сети.

Диаграммы, поясняющие работу схемы, приведены на рис. 3.21, а. На первой диаграмме приведена зависимость сетевого напряжения u _с от угла u (здесь и далее v = ωt, рад; ω=2пf _c – угловая частота, рад/с; f _с – частота сетевого напряжения, Гц; t – время, с).

Напряжение u _с изменяется по синусоидальному закону с периодом 2п:

u_c = U_m sin v,

где U_m – амплитудное значение сетевого напряжения (; u _c – действующее значение сетевого напряжения).

На второй диаграмме приведены управляющие импульсы u_у прямоугольной формы. Амплитуда и длительность импульсов выбирается исходя из условия надежного отпирания тиристора. Импульсы формируются СИФУ при положительном напряжении на аноде тиристора (относительно катода) и сдвинуты относительно сетевого напряжения на угол регулирования a (угол запаздывания). Величина угла регулирования зависит от входного сигнала u _вх СИФУ.

На третьей и четвертой диаграммах приведены зависимости мгновенных значений напряжения на нагрузке – u_d (v) и тока нагрузки – i (v).