3.9. Регулирование координат электропривода в системе источник тока – двигатель

В рассмотренных ранее системах электропривода ДПТ питался от источника ЭДС. При питании ДПТ от источника тока (ИТ), который обеспечивает протекание по якорю неизменного и не зависящего от ЭДС тока, электропривод приобретает новые интересные свойства и характеристики [11].

Схема такой системы, получившей название системы источник тока–двигатель (ИТ–Д), показана на рис. 3.33, а. Якорь ДПТМподключен к источнику токаИТи обтекается постоянным токомI=const. Значение тока в обмотке возбуждения и его направление могут изменяться с помощью потенциометраПи контактовК1иК2. Так какI =const, то электромеханическая характеристика ДПТ изобразится в виде вертикальной прямой линии, показанной на рис. 3.33,б.

Семейство механических характеристик легко получить на основании формулы (3.3) для момента ДПТ. Из нее видно, что при I=constмомент и его знак определяются соответственно магнитным потоком и его знаком. Таким образом, если в схеме рис. 3.33,аизменить с помощью потенциометраПи контактовК1иK2ток возбуждения и его направление, а тем самым и магнитный поток Ф, то получатся механические характеристики привода в виде прямых, показанных на рис. 3.33,в.

Такие характеристики обеспечивают постоянство момента на валу ДПТ при любой его скорости, а сам электропривод приобретает свойства источника момента, управляемого по цепи возбуждения.

В этой системе для регулирования скорости может быть сформирован и горизонтальный участок механических характеристик. Это достигается путем введения обратных связей, в частности нелинейной отрицательной обратной связи по скорости ДПТ. Такая схема показана на рис. 3.34, а.

Силовую часть этой схемы образуют, как и в схеме рис. 3.33, а, источник токаИТи ДПТМ,обмотка возбуждения которогоОВподключена к усилителюУ. В качестве усилителя в системе использован МУ. Управляющая суммарная МДСF_yсоздается двумя обмотками управленияОУ_миОУ_с.

Первая из них подключена к задающему потенциометру момента ЗПМи создает МДСF_м. Вторая обмотка включена в цепь нелинейной обратной связи, которую образуют тахогенератор обратной связиBR,вентильVи задающий потенциометр скоростиЗПС.

Цепь обратной связи собрана таким образом, что вентиль Vначнет пропускать токI_спо этой цепи лишь при определенной ЭДС тахогенератораE_тг=_тг₁U_з,с, т.е. при некоторой скорости ДПТ₁=U_з,с/_тг, где_тг–коэффициент пропорциональности между ЭДС тахогенератора и его скоростью.

Возникающая при этом МДС F_снаправлена навстречу МДСF_m, поэтому результирующая МДС

.(3.62)

Такая обратная связь, как уже отмечалось, называется отрицательной обратной связью с отсечкой. Рассмотрим теперь работу схемы рис. 3.34, а при скоростях ДПТ <₁, когда нет сигнала обратной связи (F_c= 0), и при скоростях=₁когда начинает действовать обратная связь (F_с0).

Для интервала угловой скорости ₁E_тг<U_з,си справедливо соотношение.

(3,63)

Поэтому система оказывается разомкнутой, напряжение U_в,токI_ви, следовательно, магнитный поток ДПТ Ф остаются неизменными, в соответствии с чем механические характеристики ДПТ представляют собой вертикальные прямые (см. рис. 3.33,б).

Предположим теперь, что скорость ДПТ превысила значение ₁и ЭДС тахогенератора стала большеU_з,с. ВентильVоткроется, по цепи обратной связи начнет протекать токI_си появится МДСF_cСуммарная МДС усилителяF_yв соответствии с (3.57) начинает уменьшаться, снижается ток возбуждения ДПТI_в, его магнитный поток и момент, в результате чего механические характеристики ДПТ при>₁изобразятся уже наклонными прямыми. Аналитическое выражение этого участка механических характеристик можно получить, если предположить линейность кривой намагничивания ДПТ, характеристики МУ и. цепи обратной связи. Тогда

(3.64)

(3.65)

(3.66)

где ,,k_o,c – коэффициенты передачи цепи возбуждения ДПТ, МУ и цепи обратной связи.

Подставляя (3.64) – (3.66) в (3.3) и учитывая (3.62), получаем следующее выражение для механической характеристики на интервале скорости >:

. (3.67)

Изменяя уставку ЗПС, можно регулировать скорость ДПТ на участке >₁, а меняя уставку ЗПМ, можно регулировать момент ДПТ при<₁.

Семейство механических характеристик при различных сочетаниях задающих сигналов по скорости и моменту приведено на рис. 3.34, б.

Рассмотрим в заключение пример реализации ИТ. Наибольшее распространение в электроприводе получили так называемые индуктивно-емкостные ИТ, использующие простые и надежные элементы – конденсаторы, индуктивности и полупроводниковые вентили. Работа такого ИТ, одна из возможных схем которого приведена на рис. 3.35, основана на явлении резонанса напряжения в цепи LC.

Схема ИТ образована тремя одинаковыми конденсаторами с реактивным сопротивлением х_си тремя одинаковыми реакторами с таким же реактивным сопротивлениемx_l. Эти элементы соединены в схему треугольника, к вершинамА, В, Скоторого подведено трехфазное напряжение переменного токаU_c.К точкама, b, сподключена через неуправляемый выпрямительVнагрузка, которой является якорь ДПТ.

Схема является симметричной, поэтому для пояснения принципа ее действия можно рассмотреть лишь одну ее фазу.

Если пренебречь активным сопротивлением реакторов и конденсаторов и считать U_c=const,f_c = const, x_c = x_L = x,то для схемы рис. 3.35 справедливы следующие соотношения, записанные в комплексной форме:

(3.68)

(3.69)

(3.70)

(3.71)

Подставляя в (3.69) выражения (3.70) и (3.71) и учитывая равенство реактивных сопротивлений схемы и соотношение (3.68), получаем следующее выражение для тока нагрузки;

Из этой формулы видно, что ток, отдаваемый в нагрузку (якорь ДПТ), определяется только напряжением сети, параметрами схемы источника тока и не зависит от нагрузки.

Система ИТ–Д может обеспечивать диапазон регулирования скорости 1:50 и более, высокую стабильность и плавность регулирования скорости и момента. Силовой преобразователь системы является простым, недорогим и надежным статическим устройством и обладает высокими КПД и cos. Электропривод не оказывает вредного влияния на сеть.

К недостаткам этой системы следует отнести ее невысокое быстродействие и трудность получения рекуперативного торможения.