Тема 1.4 джерела стабілізованого струму
Лекція 11. Індуктивно-ємнісні перетворювачі з виходом на змінному та постійному струмі. Джерела струму на базі регульованих перетворювачів напруги. Схеми, властивості, зовнішні характеристики, рівняння, розрахунок параметрів.
Завдання на СРС. Використання джерел струму в системах електроприводу.
Література: 1, с.61-67; 2, с.74-79; 1а, с.273-277.
Питання для самоконтролю:
Джерело стабілізованого струму на базі керованого перетворювача напруги.
Параметричне джерело струму на базі індуктивно-ємнісного перетворювача.
Режими регулювання швидкості, електричного гальмування і реверса двигунів при живленні від джерела струму.
В деяких промислових установках виникає необхідність застосування електроприводів, в яких обертовий момент є сталою величиною і не залежить від швидкості двигуна. Реалізація електроприводів постійного струму, які мають властивості джерела моменту, можлива при використанні джерела струму для живлення якірного кола двигуна. На рис. 1.4.1,а,б показані відповідно зовнішня характеристика джерела струму і електромеханічна характеристика двигуна постійного струму в системі джерело струму - двигун (ДС-Д) При незмінному струмі якірного кола електромагнітний момент двигуна постійного струму можна регулювати за рахунок зміни потоку збудження: М = cФІя. При цьому механічні характеристики двигуна набувають вигляду вертикальних прямих, а система електропривода ДС-Д дістає властивості джерела моменту, який регулюється за допомогою струму збудження (рис. 1.4.1,в).
а) б) в)
Рис. 1.4.1
Існує ряд технічних рішень силових джерел струму. Найбільш поширений серед них ‑ індуктивно-ємнісний перетворювач струму, а також джерело струму на основі керованого перетворювача напруги із спеціальними зворотними зв’язками.
1.4.1 Індуктивно-ємнісний перетворювач
Джерело струму з індуктивно-ємнісним перетворювачем належить до параметричних і є найбільш простим схемним рішенням, яке забезпечує водночас високу надійність в експлуатації і стабільність струму. Принцип дії такого джерела заснований на використанні явища резонансу напруг в мережі змінного струму, яка має індуктивність та ємність.
Для з'ясування принципу роботи індуктивно-ємнісного перетворювача розглянемо однофазну схему (рис. 1.4.2), яка складається з послідовно з'єднаних індуктивності та ємності, а також навантаження, підключеного паралельно ємності.
Рис. 1.4.2
Режими роботи схеми (рис. 1.4.2) описуються системою рівнянь, складених за законами Кірхгофа:
(1.4.1)
(1.4.2)
(1.4.3)
Після перетворення цієї системи рівнянь отримуємо:
(1.4.4)
Якщо
врахувати, що
,
то з (1.4.4)
при умові Хс
= ХL
дістанемо:
(1.4.5)
З
(1.4.5) випливає, що струм навантаження не
залежить від опору навантаження, тобто
схема (рис. 1.4.1) поводиться, як джерело
струму. Фізично це явище можна пояснити
тим, що при зміні навантаження від нуля
і теоретично до нескінченності, напруга
на ємності, а значить, і навантаженні
також збільшується від нуля і теоретично
до нескінченності, внаслідок налаштуванні
схеми на резонанс напруг (див. векторну
діаграму рис. 1.4.3). При цьому струм
навантаження залишається незмінним і
визначається напругою мережі та
індуктивним опором
.
Рис. 1.4.3
Недоліком однофазної схеми індуктивно-ємнісного перетворювача є порушення умов резонансу і сталості струму навантаження при його роботі через випрямляч на проти-ЕРС (двигун постійного струму) внаслідок несинусоїдальності струмів. Для усунення цього недоліку застосовують трифазні схеми. Найбільш поширений варіант трифазної схеми індуктивно-ємнісного перетворювача для живлення двигуна постійного струму зображений на рис. 1.4.4. Ця схема при правильному виборі параметрів забезпечує стабілізацію струму навантаження в широких межах зміни проти-ЕРС двигуна.
Рис. 1.4.4
Індуктивно-ємнісний перетворювач забезпечує високу стабільність струму в статичних і динамічних режимах, має високий ККД і близький до одиниці коефіцієнт потужності. Його недоліки: неможливість повернення енергії з боку електродвигуна в мережу із-за наявності некерованого випрямляча, складність переналагодження схеми на нове значення струму.