Электропривод постоянного тока (Часть 1)

Двигатель постоянного тока (ДПТ) – электрическая машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию в механическую энергию.

Двигатели постоянного тока находят применение в приводах различных машин, станков и установок. Наряду с широким пределом регулирования частоты вращения они дают возможность получать механические характеристики различной (требуемой) жесткости.

Рассмотрим достоинства и недостатки ДПТ. К достоинствам относят:

  • простота устройства и управления;
  • практически линейные механическая и регулировочная характеристики двигателя;
  • легко регулировать частоту вращения;
  • хорошие пусковые свойства (большой пусковой момент), (наибольший пусковой момент у ДПТ с последовательным возбуждением);
  • компактнее других двигателей (если использовать сильные постоянные магниты в статоре);
  • так как ДПТ являются обратимыми машинами, появляется возможность использования их как в двигательном, так и в генераторном режимах.

Недостаткам:

  • дороговизна изготовления;
  • малое КПД в сравнении с другими типами электрических машин;
  • для питания электродвигателя от сети переменного тока необходимо использовать выпрямительные устройства;
  • необходимость профилактического обслуживания коллекторно-щёточных узлов;
  • ограниченный срок службы из-за износа коллектора.

С повышением современных требований к электроприводам, ДПТ все реже используют в системах электроприводов. В сравнении с асинхронным двигателем (АД) с короткозамкнутым ротором, ДПТ проигрывает по следующим пунктам: низкое значение КПД; массогабаритные показатели, более сложная конструкция и в следствии чего низкая надежность. В связи с чем все чаше используются АД в связке с преобразователем частоты (ПЧ).

Целью цикла статей будет пошаговая разработка современной системы электропривода постоянного тока. Это связано с тем, что доступных современных электроприводов для ДПТ за вменяемую цену практически нет, а ДПТ трудятся во многих приводах и ждут своей очереди на замену преобразователя или замену на АД с ПЧ. Добиться уровня приводов SIMENS или же YASKAVA практически не реально, но создать альтернативу устаревшим приводам ЭТУ2, БУ3609 и т.д. вполне в наших силах.

Рассмотрим способы управления ДПТ:

1) регулирование за счет изменения величины сопротивления реостата в цепи якоря:

2) регулирование за счет изменения потока возбуждения двигателя Ф;

3) регулирование за счет изменения подводимого к обмотке якоря двигателя напряжения U. Ток в цепи якоря Iя и момент М, развиваемый двигателем, зависят только от величины нагрузки на его валу.

Для решения поставленной нами задачи будем использовать третий способ.

Для осуществления этого способа регулирования необходимо цепь якоря двигателя подключить к источнику питания с регулируемым напряжением. Для управления двигателями малой и средней мощности в качестве такого источника можно применить:

  • регулируемый выпрямитель на тиристорах с СИФУ (система импульсно – фазового управления);
  • неуправляемый выпрямитель в связке с управляемым силовым ключом, напряжение постоянного тока меняется с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Системы электроприводов с СИФУ надежна и проста в эксплуатации, но так же морально устарела.

Для Изменения напряжение на якоре наиболее целесообразно  использовать ШИМ. Принцип ШИМ заключается в подаче напряжения на обмотку двигателя импульсами с фиксированной частотой T и переменным коэффициентом заполнения D.

ШИМ сигнал характеризуется таким параметром как коэффициент заполнения. Это величина обратная скважности и равна отношению длительности импульса к его периоду.

На рисунке 1 приведены сигналы ШИМ для коэффициента заполнения: а – 25%; б – 50 %; в – 75 %; г – 100 %.

ШИМ

Рисунок 1

Среднее значение напряжения на нагрузке:

 

ф1

Где D=t0/T  – коэффициент заполнения импульсов;

t0– время импульса;

T – период;

Изменяя D можно получать различные средние значения напряжения на нагрузке.

Для графиков импульсного напряжения рисунка 1, средние напряжения приведены на рисунке 2 (а, б, в, г).

ШИМсреднее

В следующей статье рассмотрим пример изменения скорости вращения ДПТ с помощью ШИМ.

You may also like...

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>