Вопрос №6. Электроприводы постоянного тока. Режимы работы. Силовые схемы приводов постоянного тока. Тиристорные и транзисторные преобразователи.

Электропривод постоянного тока – это электрическая машина, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.

Достоинства: 1) простота устройства и управления 2) практически линейные механическая и регулировочная характеристики двигателя 3) легко регулировать частоту вращения 3) большой пусковой момент 4) являются обратимыми машинами (работа как в двигательном, так и в генераторном режимах). Недостатки: 1) дороговизна изготовления 2) необходимость профилактического обслуживания коллекторно-щеточных узлов 3) ограниченный срок службы из-за износа коллектора.

Принцип действия

Пусть имеем машину, содержащую два витка и две пары коллекторных пластин. При подключении к щеткам внешнего источника постоянного тока по витку будет протекать ток , который будет создавать внутреннее магнитное поле. В условиях существования внешнего магнитного поля от полюсов N, S произойдет взаимодействие двух полей, что приведет к возникновению электромагнитной силы (). Она определяется по следующей формуле . Направление силы определяется по правилу левой руки.

Совокупность электромагнитных сил создающих вращающий момент якоря. Это объясняется тем, что перемещение проводника под другой полюс связано со сменой коллекторной пластины. В этом и заключается принцип преобразования электрической энергии в механическую. В электрических машинах происходит взаимодействие двух магнитных полей. Это неподвижное поле (поле статора) и подвижное поле (поле ротора). Образованные неподвижные поля называются возбуждением электрических машин.

Электрические машины постоянного тока могут работать как в генераторном режиме (тормозном режиме), так и в двигательном. Двигательные режим работы – режим, при котором электрическая энергия преобразуется в механическую. Тормозные режимы - это генераторные режимы, поскольку механическая энергия, поступившая с вала машины, преобразуется в электрическую и передается через электрические зажимы машины.

В настоящее время вентильные преобразователи напряжения находят весьма широкое применение в системах АЭП постоянного тока. Широкое использование вентильных преобразователей обусловлено успешным развитием полупроводниковой техники, а именно освоением промышленностью надежных, малогабаритных управляемых силовых вентилей – тиристоров и транзисторов.

В большинстве современных преобразователей для привода в качестве силовых вентилей используются тиристоры.

Тиристорные преобразователи обладают рядом достоинств:

1) высокий КПД, обусловленный незначительным падением напряжения на тиристоре (менее 1 В);

2) незначительная инерционность, обусловленная фильтрами в цепях управления и неуправляемостью тиристоров в течение интервала проводимости (10—20 мс);

3) высокая надежность при использовании быстродействующей защиты и модульно-блочном исполнении ТП.

К недостаткам ТП следует отнести: низкий коэффициент мощности при глубоком регулировании напряжения; искажения питающего напряжения, вносимые работой ТП; повышенный уровень излучаемых радиопомех.

Приведем силовую схему тиристорного электропривода:

Транзисторные преобразователи. Импульсное управление. Сущность импульсного управления состоит в том, что регулирование частоты вращения электродвигателя не за счет изменения величины напряжения управления, а за счет изменения времени, в течение которого подводится это напряжение. При импульсном управлении работа двигателя состоит из чередующихся периодов разгона и торможения, то есть частота вращения двигателя непрерывно колеблется относительно некоторого среднего значения. С увеличением относительной продолжительности включенного состояния среднее значение частоты вращения растет. Для быстродействующих электроприводов с широким диапазоном регулирования, высокой точностью и хорошими энергетическими показателями важно, чтобы преобразователь обладал малой инерционностью, двусторонней проводимостью и малым сопротивлением выходного каскада. Этим требованиям отвечают транзисторные преобразователи с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения.

НВ - неуправляемый выпрямитель, С_{ф -}конденсатор фильтра, К- компаратор.

Возможна частичная рекуперация энергии от двигателя в конденсатор.При возрастании напряжения на конденсаторе выше нормы компаратор, сравнивая напряжение конденсатора с эталонным, открывает транзистор VT- 5 и происходит частичный разряд конденсатора на сопротивление R_т.