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
Рис. 4.11. Схемы электропривода постоянного тока с транзисторным преобразователем |
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.
|
Рис. 4.12. Диаграммы напряжений и токов двигателя при широтно-импульсной модуляции |
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.