2.3.6. Системы «импульсный преобразователь - дпт»: достоинства, недостатки и область применения.

Импульсное регулирование осуществляется с помощью управляемых полупроводниковых ключей любого типа. На практике применяют два способа управления ключом: широтно-импульсная и частотно-импульсная модуляция. При широтно-импульсной модуляции (ШИМ) период коммутации ключа остается постоянным, а изменяется время его замкнутого состояния. При частотно-импульсной модуляции оно остается неизменным, а меняется период коммутации ключа, который обратно пропорционален частоте коммутации.

Импульсное регулирование осуществляется с помощью управляемых полупроводниковых ключей любого типа. Основным показателем работы ключа является заполнение (скважность его работы) 

ШИМ. Если внутреннее сопротивление источника постоянного напряжения достаточно мало, то внешние характеристики ШИП практически горизонтальны, а жесткость механических и скоростных характеристик системы определяется только сопротивлением якоря двигателя (рис.2.19). В этом преимущество импульсного преобразователя перед тиристорным управляемым выпрямителем.

Импульсное регулирование напряжения сопровождается пульсациями тока якоря, которые оказывают вредное воздействие на работу привода. Для их уменьшения следует увеличить постоянную времени цепи якоря и частоту коммутации.

В современном ЭП большое распространение имеют реверсивные ШИП, которые могут обеспечить не только реверс привода, но и рекуперативное торможение.

Транзисторный ШИП выполняется по мостовой схеме и содержит четыре силовых транзистора VT1-VT4, шунтированных обратными диодами VD1-VD4 (рис. 2.20,а).

Существует несколько режимов его работы. При семмитричном режиме транзисторные ключи в течение периода коммутации переключаются попарно. В период включения работают ключи VT1 и VT2, а в период паузы – VT3 и VT4. При этом на якоре двигателя возникают разнополярные импульсы напряжения (рис. 2.20,б).

При нессиметричном режиме коммутируются VT1 или VT2. Из второй пары ключей один должен быть всегда открыт, а другой – заперт. Этот режим обеспечивает на якоре однополярные импульсы напряжения (рис.2.20,в). Пульсации тока якоря при несимметричном режиме вдвое меньше, чем при симметричном.

Управления ШИП осуществляется широтно-импульсным модулятором (ШИМ), который предназначен для преобразования непрерывного входного воздействия в прямоугольные импульсы с переменной длительностью, пропорциональной управляющему напряжению. Обычно ШИМ содержит задающий генератор опорного пилообразного напряжения, которое сравнивается с управляющим напряжением.

Импульсное регулирование сопротивления добавочного резистора в цепи якоря, схема реализации которого и соответствующие характеристики приведены на рис. 2.21, осуществляется путем периодической коммутации (замыкания и размыкания) по определенному закону ключа 1, включенного параллельно резистору 2 с сопротивлением R_д.

Семейство механических характеристик получаем проанализировав граничные режимы работы ключа 1: его постоянно разомкнутое и постоянно замкнутое состояния. При =1 резистор 2 выведен из цепи якоря 3, и двигатель работает на естественной характеристики 4. Если =0, резистор 2 введен в цепь якоря и двигатель работает по характеристике 6. При 0 механические характеристик 5 располагаются между 4 и 6.

При импульсном регулировании магнитного потока двигателя (рис.2.22) в цепь обмотки возбуждения 4 включен добавочный резистор 3, шунтированный ключом 2. Заполнение  ключа может регулироваться в пределах от 0 до 1. Проанализировав и в этом случае предельные режимы работы ключа 2, получим семейство искусственных характеристик. При  =1 ключ постоянно замкнут, резистор 3 зашунтирован, по обмотке возбуждения 4 протекает номинальный ток и двигатель 1 работает по естественной характеристике 7. При =0 ключ 2 постоянно разомкнут, резистор 3 введен в цепь обмотки возбуждения 4, ток возбуждения и магнитный поток уменьшаются, и двигатель работает по искусственной характеристике 5.

При импульсном регулировании напряжения на якоре двигателя (рис.2.23) ключом 1 якорь 2 периодически подключается к источнику с напряжением U_с. При замкнутом ключе 1 ток в якоре протекает под действием напряжения U_с источника, а при разомкнутом – под действием наводимой в ЭДС самоиндукции, замыкаясь через диод VD. Ток в якоре имеет при этом пульсирующий характер. Регулируя заполнение ключа, можно получать различные механические характеристики двигателя.

При =1 на якорь постоянно подается полное напряжение источника, и двигатель работает по естественной характеристики 3. Если =0, то напряжение не поступает на якорь, двигатель оказывается включенным по схеме динамического торможения и его механическая характеристика 5 проходит через начало координат.

При импульсном регулировании напряжения возможен режим прерывистого тока, в области расположения которого (слева от штриховой линии) характеристики двигателя криволинейны.

2.3.7. Вентильный преобразователь, как звено системы

автоматизированного управления. Комплектный ЭП с ДПТ.

На динамические свойства управляемого выпрямителя оказывает влияние ряд его особенностей:

1. Дискретный характер управления, выражающийся в том, напряжение управления на входе СИФУ воздействует на формирование выходной ЭДС лишь в дискретные моменты времени, отстоящие друг от друга на время Т=1/(nf) (время между импульсами).

2. Неполная управляемость выпрямителя, выражающаяся тем, что тиристор открывается в момент подачи открывающего импульса, а закрывается только при спадании тока до 0.

Управляемый выпрямитель с учетом нелинейной характеристики управления (при пилообразном рабочем напряжении) и двух режимов работы прерывистого и непрерывного является сложным нелинейным элементом автоматизированного ЭП.

Неполная управляемость проявляется в неодинаковом характере процессов при увеличении и уменьшении управляющего напряжения. Невозможность закрыть тиристор, проводивший ток с помощью сигналов управления, обуславливает изменение продолжительности выходного продолжительности выходного импульса ЭДС в переходных режимах.

Прогрессивным явлением при создании средств управления и автоматизации технологических процессов является разработка и выпуск комплектных ЭП (КЭП) постоянного и переменного тока. Комплектным является регулируемый ЭП, поставляемый заказчиком вместе со всеми его функциональными элементами, согласованными по всем своим характеристикам и параметрам уже на стадиях проектирования, конструирования и изготовления.

КЭП различают по:

• Напряжению питающей сети,

• Числу двигателей,

• Виду и номинальным параметрам силового преобразователя,

• Наличию или отсутствию реверса двигателя,

• Виду основной регулируемой координаты,

• Диапазону и направлению регулируемой скорости,

• Составу аппаратуры силовой цепи,

• Наличию или отсутствию торможения,

• Способу связи с питающей сетью.

КЭП постоянного тока рассмотрим на примере ЭПУ1 (плакат).

Привод выполнен с обратной связью по скорости. Система регулирования выполнена одноконтурной с пропорционально-интегральным регулятором скорости РС и обратной связью по току, снимаемой с датчика тока ДТ и подаваемой на вход управляющего органа УО через резистор R69.

Управление тиристорами преобразователя ТП осуществляется от трехканальной СИФУ, включающей в себя формирователи импульсов ФИ1-ФИ3. Для обеспечения постоянства коэффициента усиления системы в режимах непрерывного и прерывистого тока введены нелинейное звено НЗ и функциональный преобразователь ЭДС ФПЕ. Согласование реверсивно сигнала нелинейного звена с нереверсивной регулировочной характеристикой УО осуществляет переключатель характеристик ПХ, управляемый логическим устройством ЛУ, на один из входов каждого подается сигнал с датчика полярности ДП преобразователя ТП. Регулирование установки максимального тока привода обеспечивается резистором R22. Узел зависимого токоограничения УЗТ осуществляет снижение установки токоограничения в функции скорости. Блок защит БЗ блокирует выход РС транзистором VT33 и снимает импульсы при срабатывании защит. Блок защиты устанавливается в исходное состояние кнопочным выключателем S1, а подготовка его к работе осуществляется кнопочным выключателем S2.