Импульсное регулирование скорости двигателя

Регулировать скорости на якоре двигателя можно импульсным методом, когда двигатель периодически подключается к источнику питания, а затем отключается. В период отключения ЭП продолжает работать за счет запасенной кинетической электромагнитной энергии.

Импульсное регулирование осуществляется с помощью управляемых полупроводников, выполненных в виде полупроводниковых ключей любого типа. Основной показатель работы ключа – её заполнение (скважность работы), определяемое отношением времени замкнутого состояния к периодам коммутации.

График

t_o – время разомкнутого состояния ключа

t₃ – время замкнутого состояния ключа

Существует 2 способа управления ключом: широтно-импульсная и частотно-импульсная модуляции.

При широтно-импульсной – период коммутации остается постоянной, а изменяется время замкнутого состояния, т.е. изменяется ширина импульсов. При частотно-импульсной модуляции время t₃ не изменяется, а меняется период коммутации.

Импульсный способ используется и для АД, сущность которого заключается в периодическом изменении параметров цепей АД или питающих сетей. Применительно к АД чаще всего изменяется импульсное напряжение или сопротивление резисторов в цепях статора или ротора, при этом изменяется величина тока и момента.

При j=1 двигатель работает на естественной характеристике, т.е. ключ К - замкнут, при j=0 двигатель работает на реостатной характеристике, соответствующей постоянно включенному резистору в цепь статора, при этом ключ К - размокнут. Допустимый момент АД со снижением угловой скорости резко падает, т.к. значительно возрастают потери электрической энергии в роторе и выделяется эта энергия внутри машины.

Схема график

Двигатели с принудительной вентиляцией по мере увеличения скольжения нужно уменьшать момент нагрузки, чтобы потери электрической машины не превышали номинальные.

Такой способ регулировки используется для двигателей малой мощности или при кратковременном режиме работы. Диапазон регулирования скорости – не большой (1,5..2).

Лучше использовать импульсное регулирование скорости, когда применяется двигатель с фазным ротором. В этом случае дополнительные потери мощности выделяются на добавочных резисторах в не электрической машины. Поэтому допустимый момент для двигателя оказывается равный номинальному.

Схема график

Дополнительный резистор включен в роторную цепь и периодически включается и выключается в помощью ключа К. Когда К – замкнут, j=1 двигатель работает на естественной характеристике. Когда j=0 двигатель работает на реостатной характеристике.

Рабочая зона при импульсном регулировании находится между 2мя крайними характеристиками, при этом эквивалентное сопротивление определяется, как

R_э=(1-j)R

Для улучшений показателей регулирования координат АД импульсным способом используются замкнутые системы управления.

Замкнутая система импульсного регулирования скорости асинхронного эп

Схема

В роторную цепь АД включен не управляемый трехфазный выпрямитель к выходу, которого подключен резистор R_2д, параллельно резистору подключен ключ, действия которого основано на тиристорном управлении, управление которого ведет ШИМ, на вход которого подается сигнал задания U_з,с и сигнал отрицательной ОС по скорости.

При поступлении на вход ШИМ положительного сигнала, определяемого U_з,с-U_oc, он начинает генерировать импульсы управления. Эти импульсы с помощью системы управления ключом (СУК) подается на тиристоры ключа и происходит включение и закорачивание резистора в цепи ротора.

U_ЗС4<U_ЗС1

Допустим двигатель работает в установившемся режиме, при котором заполнение ключа К равно значению j=var, чему соответствует эквивалентное сопротивление

R_э=(1-j)R_2д

Пусть по каким либо причинам произойдет увеличение момента нагрузки, в результате чего начнет снижаться угловая скорость, сигнал управления возрастет, что вызовет заполнение ключа К и тем саамы уменьшение эквивалентного сопротивления в цепи ротора. Это приведет к возрастанию тока ротора и момента двигателя и прекращение снижения скорости.

Основная область применения ЭП такого типа: механизмы подъема, передвижения, поворота крановых установок.