3.6. Система стабилизации момента и скорости электропривода постоянного тока при питании от источника тока

Стабилизация момента и тока двигателя постоянного тока осуществляется также в эле­ктроприводах с источником тока.

Наибольшее распространение в электро­приводе получили трехфазные индуктивно-емкостные преобразователи (ИЕП), являю­щиеся источником тока [6]. Они исполь­зуются для питания двигателей постоянного тока. Схема такого пре­образователя приведена на рис. 3.18, а. Эта схема при определенном выборе парамет­ров обеспечивает стабилизацию тока якоря в широких пределах изменения противо- ЭДС двигателя. Индуктивности и емкости, вклю­ченные в треугольник, образуют трехфазный источник тока с выходом на переменном токе, а трехфазный мостовой выпрямитель V по­зволяет подключить к источнику тока обмотку якоря двигателя постоянного тока. Принцип действия ИЕП основан на явлении резонанса напряжений в цепи L, С, ток в которой при равных сопротивлениях индуктивности x_l и емкости х_с не зависит от сопротивления нагрузки, а определяется линейным напряже­нием питающей сети и сопротивлением х = x_l= х_с.

Рис. 3.18. Принципиальная схема (а), и механические характеристики (б)

электропривода с ИЕП

где  — напряжения на емкости и ин­дуктивности.

В схеме на рис. 3.18, а при неизменном токе в якоре момент двигателя пропорционален магнитному потоку

М = СФI = CIФ = k_яФ.

Поэтому управление изменением зна­чения момента электропривода осуществля­ется изменением тока возбуждения двигателя и соответственно изменением его магнитного потока. При этом регулирование тока возбуждения может обеспечиваться резистором R, включенным в цепь обмотки возбуждения двигателя. Механические характеристики при различных значениях магнитного потока и его изменениях от – Ф_ном  до + Ф_ном приве­дены на рис. 3.18, б. Электропривод по си­стеме ИЕП — Д обеспечивает

плавное и точ­ное регулирование момента в пределах от – М_hom до + М_ном с точностью стабилизации тока в нагрузке до 2—3 %. Коэффициент мощности ИЕП — Д близок к единице, а КПД составляет 0,96—0,98. Недостатком электро­привода по системе ИЕП — Д является от­сутствие возможности рекуперации энергии в сеть из-за использования в нем неуправляе­мого выпрямителя. Массо-габаритные пока­затели ИЕП оказываются хуже тиристорных преобразователей напряжения.

Электропривод постоянного тока с ИЕП может использоваться и для стабилизации скорости. Это производится с отрицательной обратной связью по скорости. Функциональ­ная схема такого электропривода приведена на рис. 3.19, а. Управление осуществляется по цепи возбуждения двигателя. Обмотка возбуждения двигателя питается от преобра­зователя или от промежуточного усилителя А. Система электропривода является стати­ческой по возмущающему воздействию по нагрузке.

Рис. 3.19. Функциональная схема (а) и механические характеристики (б)

электропривода постоянного тока с индуктивно-емкостным преобразователем,

обеспечивающего регулирование ско­рости двигателя

Механическая характеристика опи­сывается следующим уравнением:

где   U₃ — задающее напряжение, определя­ющее задание скорости;

К = k_с k_в k_y – коэф­фициент передачи разомкнутой системы по моменту;

k_я = IC;  C –  конструктивная поcтоянная двигателя;

k_в = Ф/I —коэффици­ент передачи двигателя на прямолинейном участке его характеристики намагничива­ния;

k_y = I_в / U_y — коэффициент передачи промежуточного усилителя.

Регулирование скорости производится изменением задающего напряжения (рис. 3.19, б). Диапазон регулирования скорости достигает значения 10 : 1.

Статизм характеристики определяется коэффициентами передачи двигателя, уси­лителя и коэфф
ициентом обратной связи по скорости. В такой системе он составляет  10 – 15 %.

Статизм может быть снижен теоретически до нуля при введении дополнительной по­ложительной связи по току возбуждения двигателя, как показано на рис. 3.19, а штриховой линией. Механическая характе­ристика при этом описывается уравнением

,

где    k_Т = U_{ос т}/I_в — коэффициент положи­тельной обратной связи по току возбуждения;

U_ост — напряжение обратной связи по току.

Статизм характеристики при этом зависит также от коэффициента обратной связи по току, и при k_Т = 1/k_у статизм становится теоретически равным нулю. Практически при введении положительной обратной связи удается получить статизм около 5 %.

При насыщении двигателя или достиже­нии ограничения выходного сигнала про­межуточного усилителя в зависимости от того, что наступает раньше, магнитный поток двигателя оказывается постоянным при любой скорости и привод обеспечивает постоянство момента двигателя, равного

,

где I_я,ном. M_hom — номинальные значения тока и момента двигателя; Ф_нас — максималь­ное значение магнитного потока при насыще­нии двигателя или ограничении усилителя. Из-за нелинейности характеристик на­сыщения двигателя или промежуточного уси­лителя механические характеристики при­вода оказываются нелинейными, как показано на рис. 3.19, б штриховыми линиями.

Изменение значения момента стабили­зации может производиться перестройкой уровня ограничения выходного сигнала про­межуточного усилителя или введением от­сечки в отрицательную обратную связь по скорости. Функциональная схема электро­привода с отрицательной обратной связью по скорости с отсечкой приведена на рис. 3.20, а. В качестве промежуточного усили­теля используется магнитный усилитель с об­мотками управления L1A и L2A. На L1A подается разность задающего напряжения по скорости U_3С и напряжения обратной связи по скорости с отсечкой U_cо. Отсечка осуществляется диодом V. На L2A подается за­дающее напряжение по моменту U_3.м опре­деляющее значение момента стопорения М_CT. Механические характеристики такого электропривода приведены на рис. 3.20, б. На участке стабилизации скорости при        ω > ω_отс = U_{з c}/k_c характеристика описывается урав­нением

.

Статизм характеристик в этом случае, так же как и при непрерывной связи по скорости, определяется значениями коэффи­циентов К и k_c..

На участках стабилизации момента дви­гателя при ω < ω_отс  механическая характе­ристика описывается уравнением

.

Переходные процессы в системе ИЕП—Д при безынерционном промежуточном усилите­ле на линейных участках кривой намагни­чивания двигателя и характеристики уси­лителя при действии отрицательной обратной связи по скорости (см. рис. 3.19, а) описы­ваются дифференциальным уравнением

Рис. 3.20. Функциональная схема (а) и механи­ческие характеристики (б)

электропривода по­стоянного тока с ИЕП, обеспечивающего

регулирование ско­рости и момента двигателя

где   Т_в = L_в/R_в — постоянная времени цепи обмотки возбуждения; L_B, R_B — индуктив­ность и активное сопротивление цепи об­мотки возбуждения;

Т’_м = J/Kk_с — электро­механическая постоянная времени электро­привода.

Переходные процессы привода опреде­ляются процессами, протекающими в об­мотке возбуждения двигателя, и из-за ее боль­шой инерционности быстродействие электро­привода не может быть высоким.

Характер переходных процессов при управляющих и возмущающих воздействиях зависит от соотношения постоянных времени Т’_м  и Т_в  и может быть апериодическим (при Т’_м  > 4 Т_в) и колебательным (при Т’_м < 4Т_в).

При введении