книги из ГПНТБ / Бирзниекс, Л. В. Импульсные преобразователи постоянного тока

Импульсные преобразователи могут быть использованы для регулирования напряжения машин постоянного тока ( в частности, тяговых двигателей последовательного возбуждения) не только в двигательных режимах, но и в режимах электрического торможения. При этом им­

э. д. с. приемника энергии (аккумуляторной батареи или контактной сети) [Л. 19]. Для электрического торможе­ ния при больших скоростях, тсогда необходимо ослабить поле генерирующих машин, могут быть предусмотрены специальные регуляторы независимого или последова­ тельного возбуждения.

Однако это связано с установкой дополнительного электрооборудования и с определенным усложнением силовой -схемы. При этом усложняется также схема управления приводом, так как в процессе торможения при уменьшении скорости необходимо обеспечить плав­ ный переход от регулятора возбуждения к регулятору напряжения.

Поэтому большой практический интерес представля­ ют схемы, которые позволяют управлять процессом тор­ можения во всем диапазоне скоростей (включая зону ослабления поля и зону уменьшения тока якоря для ограничения напряжения между коллекторными пласти­ нами) .

■В настоящей главе рассмотрен один из вариантов такой схемы для импульсного реостатного торможения (рис. 6 -1,а), где В0 —э. д. с. генерирующих машин; Дт—

121

тормозной резистор, Rn, Rn — омические сопротивления цепей якоря и возбуждения; Ln, Lu—индуктивности це­ пей якоря и возбуждения.

Омические сопротивления Rn, Rn и индуктивности Ln. Lв представляют собой сопротивления и индуктивности соответствующих обмоток. В общем случае в них, вхо­ дят также сопротивления и индуктивности дополни­ тельных резисторов и дросселей, если такие применяют­ ся. При этом, как показывают исследования [Л. 10, 14], пульсации тока возбуждения тяговых двигателей при

г1

Ф

Рис. 6 -1 . Принципиальная схема импульсного реостатного торможе­

достаточно высокой частоте (свыше 200 Гц) практиче­ ски не зависят от величины магнитного потока и поэто­ му в расчетах необходимо учесть только индуктивность рассеяния обмоток возбуждения.

6-1. ВЛИЯНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ТОРМОЗНЫХ РЕЗИСТОРОВ

Показанная на рис. 6-1,а схема может иметь ряд моди­ фикаций, которые обладают различными характеристи­ ками регулирования и имеют различные зависимости пульсаций токов якоря и возбуждения от коэффициента заполнения.

' Так, в частности, в схеме на рис. 6-1,а дополнитель­ ный резистор может быть включен в следующие цепи:

цепь якоря 4— 1 (эквивалентно увеличению сопротив­

ления Rn),

цепь прерывателя 3—4,

122

цепь возбуждения І—3 (эквивалентно увеличению со­ противления Ra),

цепь 1—2, цепь вентиля, шунтирующего обмотку возбуждения

3—2.

Рассмотрим первый вариант. Увеличение сопротивле­ ния Rn (и соответствующее уменьшение сопротивления тормозного резистора R^) равноценно подключению об­

мо увеличить емкость коммутирующего конденсатора прерывателя, так как последний заряжается до меньше­ го напряжения. Поэтому при наличии прерывателя, осу­ ществляющего регулирование напряжения машины в двигательном режиме и рассчитанного на ее полное напряжение, применение схемы, в которой прерыватель подключен на меньшее напряжение, нерационально. Однако основной недостаток схемы с увеличенным со­ противлением в цепи якоря заключается в том, что при этом расширяется зона торможения с падающим тор­ мозным током in и, следовательно, падающим тормоз­ ным моментом на низких скоростях.

Это обусловлено тем, что после полного открытия прерывателя (при у = 1 ) ток якоря ія по мере уменьше­ ния э. д. с. машины Е0 падает. При большем сопротив­ лении Rn такой режим начинается раньше, т. е. при большей скорости вращения машины. Таким образом, торможение па низких скоростях получается малоэф­ фективным. При этом поддержание тормозного тока ія> (тормозного момента) на необходимом уровне может быть обеспечено только регулированием величины со­ противления Rn, что приводит к необходимости установ­ ки дополнительной регулировочной аппаратуры и услож­ няет процесс управления торможением.

При втором варианте включение дополнительного резистора Rn в цепи прерывателя П (цепь 3—4 на рис. 6 -1 ,а) также расширяет зону торможения падаю­ щим током на низких скоростях.

Однако при этом можно получить более пологую за­ висимость среднего значения тока возбуждения / в от коэффициента заполнения у.

Как показывает проведенный ниже анализ основных характеристик регулирования при малом сопротивлении цепи возбуждения Ra, небольшое изменение. коэффици­

123

ента заполнения у соответствует значительному изме­ нению среднего значения тока возбуждения / в. Это может вызвать определенные затруднения при создании достаточно чувствительной системы автоматического управления процессом торможения. Поэтому в ряде случаев в цепи прерывателя или обмотки возбуждения целесообразно включить небольшое дополнительное сопротивление.

Однако можно показать, что влияние Яа и Яв на за­ висимость In=f(y) одинаково только при у=1. При ма­ лых значениях у, т. е. именно в той области, где необ­ ходимо уменьшить крутизну нарастания тока возбужде­ ния, влияние Ra значительно меньше, чем влияние сопротивления цепи возбуждения Яв. Это обусловлено тем, что при малых значениях у резистор Яа в цепи прерывателя подключен только короткое время, а сопро­ тивление Яв находится в цепи возбуждения весь им­ пульсный цикл. Поэтому для получения более пологой зависимости /B= f(у) целесообразнее увеличить сопро­ тивление цепи возбуждения Яв (третий вариант). Вы­ званное этим некоторое увеличение пульсаций тока воз­ буждения, как это показано ниже, во многих практиче­ ских случаях оказывается допустимым, так как пульса­ ции тока возбуждения часто значительно меньше пуль­ сации тока якоря. Кроме того, пульсации тока возбуж­ дения могут быть уменьшены включением небольшого резистора Яі в цепи I— 2 (четвертый вариант). Этот резистор способствует также возрастанию тока возбуж­ дения при самовозбуждении в начале торможения.

Включение резистора Яр. в цепь шунтирующего дио­ да Д (пятый вариант) также позволяет получить более пологую зависимость /в= /(у). По сравнению с увеличе­ нием сопротивления Яв цепи возбуждения здесь имеет­

тока якоря.

Поэтому наибольший практический интерес пред­ ставляет возможность включения дополнительных рези­ сторов в цепь возбуждения 1—3, в цепь 1—2 и в цепь шунтирующего вентиля 3—2 , т. е. последние три вариан­ та. Первые два варианта — увеличение сопротивления Яя цепи якоря и включение дополнительного резистора в це­ пи прерывателя, в настоящей работе подробно не рас­ сматриваются.

124

Схема с упомянутыми тремя дополнительными рези­ сторами показана на рис. 6 -2 .

Если пренебречь пульсациями токов »коря и возбуж­ дения, то в интервале времени уТ, когда прерыватель находится в проводящем состоянии (см. рис. 6 -2 ,6 ),

Рис. 6-2. Принципиальная схема импульсного реостатного торможе­ ния двигателя последовательного возбуждения с дополнительными тормозными резисторами (а); б -— то лее для интервала времени уТ, когда прерыватель П находится в проводящем состоянии; в — то же для интервала (/—у)Т , когда прерыватель /7 разомкнут; г — диа­ граммы токов и 'напряжений прерывателя П и диода Д.

В интервале (1—у) Т, (см. рис. 6-2,в), когда преры­ ватель П разомкнут, к нему приложено прямое напря­ жение

а через диод Д протекает ток /до = /в.

Соответствующие этому расчетные диаграммы пока­ заны на рис. 6-2,г. На основе этих диаграмм согласно

125

Расчетная схема для средних значений токов и на­ пряжений показана на рис. 6-3. Из этой схемы следует, что

Согласно второму закону Кирхгофа по контуру 1— 3—2—1 схемы замещения рис. 6-3 можно составить урав­ нение

из которого с учетом (6-4), (6-9) получим:

Аналогичное выражение можно получить из уравне­ ния по контуру 1—3—4—2—1 (рис. 6-3):

Сопротивления дополнительных резисторов Яв, Яі и Яд целесообразно выразить в относительных единицах по отношению к сопротивлению основного тормозного ре­ зистора Ят. Следовательно,

где Яв* = Яп/Ят; Яі*=Яі/Ят; ЯД* = ЯД/ЯТ.

126

Отношение тока возбуждения к току якоря, т. е. ко­ эффициент ослабления поля возбуждения машины, опре­ деляется іпо формуле

рис. 6-4—6-7. Так, в частности, на рис. 6-4 приведены

127

Эти выражения удобно использовать в случаях, когда ток цепи якоря /я в процессе торможения поддерживает­ ся постоянным. Такой способ регулирования тормозного процесса может быть реализован на двигателях, которые в пределах рабочих скоростей не имеют ограничений по напряжению между пластинами коллектора. Однако для многих тяговых двигателей, применяемых в настоящее Бремя, эти ограничения необходимо учесть.

128

Как известію [Л. 48], .по мере уменьшения тока воз­ буждения (при заданных напряжении и токе якоря) вви­ ду искажения поля машины (в результате действия по­ тока реакции якоря) напряжение между пластинами кол­ лектора увеличивается. Это отражается, например, вы­ ражением (22) в [Л. 87]

и, следовательно, величина ем возрастают.

Поэтому для торможения при высоких скоростях не­ обходимо уменьшить также ток якоря, сохраняя отноше­ ние /я//в, т. е. коэффициент ослабления поля ß= /B/Ai, в допустимых пределах.

При этом за допустимое минимальное значение ко­ эффициента ослабления поля при торможении ориенти­ ровочно можно принять соответствующее значение ß в двигательном режиме.

Например, для тяговых двигателей типа УРТ-110 электропоезда ЭР^2 и двигателей типа РТ-113 электро­ поезда ЭР-22 эта величина равна соответственно 0,5 и примерно 0,3.

Снижение тока якоря на высоких скоростях может быть осуществлено при помощи разных дополнительных устройств регулирования. Однако для импульсного рео­ статного торможения ото рассматриваемой схеме рис. 6-2,а может быть предложен способ регулирования при постоянном среднем значении тока основного тор­ мозного резистора / т= const. При этом в зависимости от коэффициента заполнения у изменяются как ток возбуж­ дения, так и ток якоря.