ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД

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.

I VT1

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

При открытом транзисторе VT ток по цепи обмотки якоря двига­теля М протекает от источника постоянного напряжения Un. 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 VT колебания тока в якорной цепи невелики. Со­временные транзисторы способны работать без допустимого перегрева при частотах 5 ч - 20 кГц и более.

В подавляющем типе электроприводов для управления транзисто­ром VTI используется широтно-импульсный способ модуляции. В связи с этим транзисторный ключ VT 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 /и. Как показано на рис. 4.12, среднее напряже­ние Ucр, прикладываемое к обмотке якоря, зависит от длительности импульса /и и определяется выражением

Ucv=Un-y,

где Un - постоянное напряжение; у - относительная продолжитель­ность включения транзисторного ключа VT.

Относительная продолжительность включения транзисторного ключа VTI может изменяться в пределах 0 < у < 0,95.

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 VTI 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 со0> которая в данном электроприводе опреде­ляется выражением

<00=^-- (4.9)

С

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 VT 2 и сопротивление динамического торможения R

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 пре­кращается в большинстве развитых стран мира. Будущее регулируемых электроприводов связано с двигателями переменного тока.