Синхронные машины. Машины постоянного тока
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
?ой техники широко применяют импульсный метод регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока. При этом на двигатель с помощью импульсного прерывателя периодически подаются импульсы напряжения определенной частоты.
Импульсный прерыватель (рис.2.79, а) состоит из входного фильтра Lф-Сф, электронного ключа ТK (транзисторного или тиристорного), обратного диода Д и индуктивности L. В период времени ?, когда электронный ключ замкнут (транзистор или тиристор открыт), питающее напряжение U подается полностью на якорь двигателя, и его ток ia увеличивается (рис.1079, б); когда электронный ключ разомкнут (транзистор или тиристор заперт), ток iа продолжает протекать через якорь двигателя и обратный диод Д под действием электромагнитной энергии, запасенной в индуктивностях La + L цепи якоря; при этом ток ia уменьшается. Частота следования импульсов при номинальном режиме обычно составляет 200400 Гц, вследствие чего период Т примерно на два порядка меньше постоянной времени цепи якоря. Поэтому за время импульса ? ток в двигателе не успевает значительно возрасти, а за время паузы (Т ?) уменьшиться.
Рис.2.79 Схема импульсного регулирования двигателя постоянного тока (а); графики изменения напряжения и тока при работе двигателя в режиме непрерывного тока (б)
Среднее напряжение, подаваемое на обмотку якоря,
,(2.99)
где ? = ?/Т коэффициент регулирования напряжения, равный относительной длительности включения ключа ТК.
При этом частота вращения двигателя
,(2.100)
где Iа= Iсрсреднее значение тока якоря.
Изменение тока при работе импульсного прерывателя ?I = Iмакс Iмин определяется по приближенной формуле
,(2.101)
где La+L индуктивность цепи якоря двигателя.
Если параметры схемы выбраны так, что пульсация тока не превосходит 510%, то работа двигателя практически не отличается от работы двигателя при постоянном напряжении. Скоростные и механические характеристики двигателя 1, 2 и 3 (рис.2.80), полученные при различных напряжениях, подаваемых на обмотку якоря, в таком режиме работы аналогичны соответствующим характеристикам двигателя при изменении питающего напряжения U.
Рис.2.80 Скоростные и механические характеристики двигателя с параллельным возбуждением при импульсном регулировании
При уменьшении нагрузки двигателя с параллельным возбуждением возрастают пульсации тока якоря, и при некоторой критической нагрузке наступает режим прерывистых токов. Поскольку условие Iа = 0 имеет место при Е = U, частота вращения при идеальном холостом ходе n0 = U/(сеФ) не будет зависеть от времени т, т.е. от коэффициента регулирования напряжения ?. Благодаря этому при некоторой критической частоте вращения nкр, когда двигатель переходит в режим прерывистых токов, угол наклона скоростных и механических характеристик к оси абсцисс резко изменяется. В диапазоне n0> n> nкр эти характеристики имеют примерно такую же форму, как и при регулировании частоты вращения путем включения реостата в цепь якоря. Критическая частота вращения
,(2.102)
где ? = Т/Та. Здесь Та = (L + Lа)/?r постоянная времени цепи обмотки якоря.
Среднее напряжение Uср, подаваемое на двигатель, регулируется путем изменения либо продолжительности периода Т между подачей управляющих импульсов на электронный ключ ТK при ?=const (частотно-импульсное регулирование), либо времени ? при постоянном значении Т (широтно-импулъсное регулирование).
Используют также комбинированное регулирование, при котором изменяется как Т, так и ?.
В настоящее время импульсное регулирование двигателей малой мощности и микродвигателей осуществляют с помощью импульсных прерывателей, в которых коммутирующими элементами являются транзисторы. Для регулирования двигателей средней и большой мощностей применяют прерыватели с тиристорами. Так как тиристор, в отличие от транзистора, является не полностью управляемым вентилем, то для его запирания применяют различные схемы искусственной коммутации, обеспечивающие прерывание проходящего тока путем подачи на его электроды обратного напряжения.
Рис.2.81 Схемы включения двигателя постоянного тока через тиристорный импульсный прерыватель при частотно-импульсном и широтно-импульсном регулировании
На рис.2.81 показаны две простейшие схемы импульсных тиристорных прерывателей. Схему, изображенную на рис.2.81, а, используют при частотно-импульсном регулировании Тиристор Т отпирается путем подачи импульсов гока управления на его управляющий электрод, запирание же его осуществляется с помощью коммутирующего конденсатора Ск Перед включением тиристора конденсатор Ск заряжен до напряжения U. При подаче отпирающего импульса на управляющий электрод тиристор Т открывается и через двигатель начинает проходить ток ia. Одновременно происходит перезаряд конденсатора Ск через резонансный контур, содержащий индуктивность L1. После окончания перезаряда, когда полярность конденсатора изменится, к тиристору будет приложено обратное напряжение. При этом он восстанавливает свои запирающие свойства и