Меню

Схема электрического привода постоянного тока привода

Комплектный электрический привод постоянного тока

Наибольшее распространение получил КЭП постоянного тока. Он характеризуется широкой номенклатурой, и в его состав входят:

— ДПТ с тахогенератором;

— тиристорные преобразователи для питания обмотки возбуждения и якоря;

— силовой трансформатор или реактор;

— коммутационная и защитная аппаратура;

— устройство динамического торможения;

— схема управления ЭП;

— блоки питания обмотки возбуждения тахогенератора и электромагнитного тормоза;

— комплект аппаратов, приборов и устройств для управления и контроля состояния ЭП.

Электротехнической промышленностью выпускаются несколько серий КЭП постоянного тока. Например, комплектные электроприводы серии КТЭУ, обладающие широким спектром функциональных возможностей. Они выпускаются в одно- и многодвигательном вариантах реверсивного и нереверсивного исполнения как с динамическим торможением, так и без него. КТЭУ мощностью до 2000 кВт обеспечивают регулирование скорости, положения, ЭДС, мощности и натяжения; а КТЭУ мощностью до 12000 кВт – только регулирование скорости и мощности. На основе этих КЭП могут быть реализованы ЭП и со специальными характеристиками.

Функциональная схема КЭП серии КТЭУ приведена на рис3.1.

Рис.3.1. Функциональная схема комплектного электропривода типа КТЭУ

В силовую часть КЭП входят два комплекта управляемых выпрямителей UZ1 и UZ2 реверсивного тиристорного преобразователя ТП, обеспечивающего работу двигателя. Подключаются ЭП к сети переменного тока напряжением 380В автоматическим выключателем QF1 через реактор LF (первый вариант) или трансформатор (второй вариант). Автоматический выключатель QF2 осуществляет коммутацию и защиту силовых цепей выпрямленного тока. Для дистанционного включения цепи якоря по сигналам схемы управления предусмотрен контактор КМ.

Для динамического торможения двигателя используется резистор RV, который подключается к якорю М с помощью контактора KV.

Обмотка возбуждения двигателя LM питается от неуправляемого выпрямителя VD, подключенного к трансформатору Т1. Включение и защита цепи возбуждения осуществляется автоматом QF3. Для КТЭУ на номинальные токи якоря свыше 320А обмотка возбуждения питается от управляемого выпрямителя.

Для формирования требуемых статических характеристик в схеме КЭП предусмотрены обратные связи по скорости, току и напряжению. Обратная связь по скорости реализуется с помощью тахогенератора BR, имеющего обмотку возбуждения LBR. Коэффициент усиления обратной связи может регулироваться за счёт изменения (с помощью блока питания ABR) тока возбуждения тахогенератора.

Сигналы, пропорциональные току двигателя, снимаются с трансформатора тока ТА (переменный ток) и шунта RS1 (выпрямленный ток). Сигнал обратной связи по напряжению снимается с потенциометра RP1.

Сигналы обратных связей по координатам ЭП и технологическим параметрам рабочей машины поступают на вход системы управления (СУ) вместе с сигналами задания с пульта управления (ПУ). На основании этих входных сигналов СУ вырабатывает управляющий сигнал Uу, подаваемый на СИФУ тиристоров преобразователей UZ1 и UZ2, а также осуществляет управление электрическими аппаратами, входящими в состав схемы коммутации, защиты и сигнализации (СКЗС).

СКЗС является блоком, который обеспечивает коммутацию электрических цепей ЭП и выполнение функций защиты и сигнализации. Получая информацию от различных датчиков и аппаратов защиты, СКЗС выдаёт на пульт ПУ двухуровневые логические сигналы о положении коммутационных аппаратов, величине скорости ЭП и т.д. СКЗС управляет также работой блока питания электромагнитного тормоза YB.

Для получения информации о токах якоря и возбуждения ЭД в схеме используются соответственно амперметры РА1 и РА2, подключенные к шунтам RS1 и RS2. Для контроля подаваемого на якорь напряжения служит вольтметр PU.

Комплектные электроприводы серии ЭКТ и КТЭ имеют примерно такие же возможности, что и КТЭУ. Для привода станков и роботов разработана группа КЭП серии ЭТУ 3601, ЭТ3, ЭТ6, ЭТРП, ЭПУ1, ЭПУ2, ПРП, ЭШИР-1.В этих КЭП применяются высокомоментные двигатели типов ПБСТ, ПГТ, ПБВ, ДК1, обеспечивающие высокие динамические показатели работы.

Схемы управления большинства станочных КЭП построены по принципам подчиненного регулирования координат с регуляторами тока и скорости.

Комплектный электропривод переменного тока

Номенклатура КЭП переменного тока значительно уже постоянного. В качестве примера можно назвать КЭП серий ЭКТ и ЭКТ2 мощность от 19 до 66 кВ·А, привод серии «Размер 2М» применяют в станках с ЧПУ.

Источник



Однофазный привод постоянного тока

В основе разработки электропривода лежит принцип работы следящего привода с одноконтурной системой регулирования. Привод предназначен для поддержания постоянных оборотов электродвигателя, в независимости от нагрузки на валу двигателя. Данная схема работает с регулированием по току.

Заменив трансформатор тока, на датчик напряжения, привод поддерживает постоянное напряжение на якоре. При наличии тахогенератора на валу двигателя, не изменяя схему, привод легко может быть доработан до двухконтурной системы с регулированием по скорости и по току.

Также для регулирования привода по току вместо трансформатора тока можно применить шунт, на соответствующий ток, включенный непосредственно в цепь якоря двигателя.

Содержание / Contents

  • 1 СИФУ
  • 2 РЕГУЛЯТОР
  • 3 Работа регулятора по принципиальной схеме
  • 4 Работает схема следующим образом:
  • 5 СХЕМА ЗАЩИТЫ
  • 6 Защита по обрыву цепи обмотки возбуждения (на усмотрение)
  • 7 Наладка
  • 8 Детали
  • 9 Области применения устройства
  • 10 Файлы

Привод собран на печатной плате размерами 100?95 мм. и состоит из следующих узлов:
· СИФУ (Система Импульсно — Фазового Управления)
· Регулятор
· Защита

Так как работа СИФУ подробно описана в ранее опубликованной публикации «Регулятор скорости» (там же даны и осциллограммы) — этот пункт я пропускаю и перехожу к описанию работы «Регуляторы».

↑ РЕГУЛЯТОР

Регулятор предназначен для поддержания постоянных оборотов двигателя в зоне регулирования. Регулятор представляет собой дифференциальный усилитель с суммированием двух напряжений: напряжения задания и напряжения обратной связи. Напряжение задания задается резистором RP1 и поступает через фильтр R20, C8, R21, выполняющий одновременно функции узла «разгона — торможения», поступает на инверсный вход регулятора ОУ DA1.2. При увеличении напряжения задания на выходе ОУ DA1.2 линейно уменьшается выходное напряжение.

Выходное напряжение регулятора поступает на инверсный вход компаратора СИФУ DA2.4 где, суммируясь с импульсами пилообразного напряжения, преобразуется в серию прямоугольных импульсов идущих на управляющие электроды тиристоров. При увеличении (уменьшении) напряжения задания увеличивается (уменьшается) и выходное напряжение на выходе силового блока.

Делитель напряжения R22, R23 включенный на прямой вход регулятора DA1.2 служит для предотвращения аварии двигателя при обрыве обратной связи (при обрыве обратной связи двигатель идет в разнос).

При включении привода через двигатель протекает ток и, переменное напряжение, снимаемое с трансформатора тока, поступает на вход прецизионного детектора DA2.1, DA2.2 собранного по двухполупериодной схеме (эпюры напряжений см. осциллограммы). Пульсирующее напряжение, снимаемое с выхода точного детектора DA2.1, DA2.2, поступает через фильтр C10, R30, R33 на масштабирующий усилитель обратной связи DA2.3. Усилитель служит для подгонки напряжения обратной связи поступающего с трансформатора тока. Напряжение с выхода ОУ DA2.3. поступает как на вход регулятора DA1.2 так и на схему защиты DA1.4.

↑ Работа регулятора по принципиальной схеме

Резистором RP1 задаем обороты двигателя. При работе двигателя без нагрузки, напряжение на выходе масштабирующего усилителя ниже напряжения на выводе 5 ОУ DA1.2. ? +5v, поэтому привод работает как регулятор. При увеличении нагрузки на валу двигателя растет ток двигателя и как следствие увеличение напряжения на выходе трансформатора тока и увеличение напряжения с выхода, масштабирующего усилителя.

Когда это напряжение превысит напряжение на выводе 5 ОУ DA1.2. привод входит в зону стабилизации тока. Увеличение напряжения на инверсном входе ОУ DA1.2 приводит к уменьшению напряжения на его выходе, а так как он работает на инвертирующий усилитель DA2.4, это приводит к большему углу открытия тиристоров и, следовательно, к увеличению напряжения на якоре двигателя. Принцип работы объясняется осциллограммой.

Для предотвращения аварии и выхода из строя двигателя, в случае если оператор не вывел на » регулятор оборотов, в схеме предусмотрен узел разгона C5, R13 служащий для плавного разгона двигателя. При отжатой кнопке «Пуск» напряжение +12v через н. з. контакты кнопки SB1.1, резистор R12 и диод VD4, поступает на инверсный вход DA2.4. Так как это напряжение ? +11v и превышает напряжение «пилы» равное +9v, выдача управляющих импульсов на тиристоры не происходит.

↑ Работает схема следующим образом:

при нажатии кнопки «Пуск» нормально закрытые контакты размыкаются и конденсатор С5 по цепочке «земля», R13, — С5 начинает плавно заряжаться. Напряжение на отрицательной обкладке конденсатора С5 плавно стремиться к «, в тоже время напряжение на инверсном входе DA2.4, плавно возрастает до уровня определенного напряжением задания. Время разгона определяется номиналами C5, R13. Если в процессе работы двигателя необходимо изменить его обороты, чтобы избежать резких бросков оборотов — в схеме предусмотрен узел «разгона — торможения» R21, C8, R22. При увеличении (уменьшении) напряжения задания, конденсатор С8 плавно заряжается (разряжается) что предотвращает резкий «наброс» напряжения на инверсном входе усилителя и как следствие предотвращает резкий бросок оборотов двигателя.

Читайте также:  Основные законы электрических цепей постоянного тока закон ома

↑ СХЕМА ЗАЩИТЫ

Защита по току предназначена для защиты двигателя от аварии, в случае перегрузки двигателя. Схема собрана на ОУ DА1.4 включенного по схеме компаратора. На инверсный вход компаратора подается опорное напряжение с делителя R36, R37, RP4. Резистором RP4 устанавливается порог срабатывания защиты. Напряжение с выхода масштабирующего усилителя DA2.3 поступает на прямой вход компаратора защиты DA1.4.

При превышении тока двигателя выше номинального, напряжение на прямом входе компаратора превышает порог уставки защиты определяемой RP4 — компаратор переключиться. Благодаря наличию в схеме положительной обратной связи R38 приводит к «защелкиванию» компаратора, а наличие диода VD12 препятствует сбросу компаратора. При срабатывании защиты, напряжение с выхода компаратора защиты (? +11v) через диод VD14 поступает на инверсный вход 13 DA2.4 СИФУ, а так как напряжение защиты превышает напряжение «пилы» (= 9v) — происходит мгновенный запрет выдачи управляющих импульсов на управляющие электроды тиристоров. Напряжение с выхода компаратора защиты DA1.4 открывает транзистор VT4, что приводит к срабатыванию реле Р1.1 и зажиганию светодиода VL1 сигнализирующего об аварийной ситуации. Снять защиту можно, только полностью обесточив привод, и, выдержав паузу 5 — 10 секунд вновь включив его.

↑ Защита по обрыву цепи обмотки возбуждения (на усмотрение)

В случае обрыва, или исчезновения питания в цепи обмотки возбуждения двигатель пойдет «в разнос». Для предотвращения этого предусмотрена защита обрыва по полю собранную на токовом реле К1. Когда подается напряжение на привод срабатывает реле К1 и нормально закрытыми контактами разблокирует кнопку «Пуск». Если в процессе работы происходит обрыв питания в цепи обмотки возбуждения реле К1 отпускается и шунтирует кнопку «Пуск». Напряжение +12v поступает на инверсный вход ОУ DA2.4 СИФУ, а так как это напряжение превышает напряжение «пилы» равное 9v, DA2.4 прекращает выдачу управляющих импульсов на тиристоры.

↑ Наладка

Увы, к сожалению, я не могу дать точные номиналы конденсаторов и резисторов «Регулятора», для оптимизации работы привода, а также данные токового трансформатора и реле К1 на схеме «Регулятора», так как это зависит от конкретного типа двигателя. Даже профессиональные привода, например «Kemtor», работает только с конкретным типом двигателя или 5.5 квт, или 11 квт. И даже здесь для оптимизации работы привода приходиться подбирать номиналы резисторов и конденсаторов при переходе с одной мощности на другую.

Вместо двигателя подключаем лампочку на 220v. Наладку начинаем с проверки напряжений питания и напряжения питания на операционных усилителях DA1, DA2. Проверяем и настраиваем СИФУ по методике описанной ранее в статье «Регулятор оборотов». Подбираем резисторы R19, R20, R21, R24 так чтобы к контрольной точке КТ7 получить (необязательно точно такие же) напряжения показанные на осциллограмме КТ7. Вращая регулятор RP1 в контрольной точке КТ5 проконтролировать изменение скважности импульсов от максимума до полного их исчезновения при нижнем положении движка RP1. Схема калибровки трансформатора тока дана в приложении. Подбором резистора получить на выходе трансформатора переменное напряжение ? 2 ? 2.5v.

Подключаем трансформатор тока к цепи обратной связи Х3. На время настройки «Регулятора» желательно выпаять диод VD4, чтобы исключить ложное срабатывание защиты. Для улучшения динамических характеристик привода желательно параллельно резистору R32 установить конденсатор С11 (на печатной плате его нет). После предварительной настройки отключаем лампочку, подключаем электродвигатель и производим оптимизацию привода согласно эпюрам напряжений на осциллограммах. Напряжения даны при идеальной настройке привода. Вероятно, желающим повторить данную конструкцию и не знакомым с теорией электропривода трудно будет добиться такой оптимизации привода — не огорчайтесь. При исправных деталях и правильном монтаже привод должен работать любом случае.

↑ Детали

ОУ — LM324N — счетверенный операционный усилитель с однополярным питанием.
VD1 — мост КЦ407
Реле — РЭС-47 или РЭК-23 на 12 ? 18 Вольт .
Подстроечные резисторы — СП5—3ВБ или аналогичные импортные.
Импульсный трансформатор — МИТ-4В
Разъем — МНР22—2
Внимание! В схеме не применять керамические конденсаторы

Типы тиристоров и силовых диодов выбираются в зависимости от мощности применяемого электродвигателя. Трансформатор тока и реле К1 самодельные.

↑ Области применения устройства

Многофункциональность данного устройства обеспечивает ему широкий спектр применения. Оно может использоваться не только как электропривод, но и как стабилизатор в устройствах, где требуется поддержание стабильности технологических процессов. Чертежи печатной платы, схема и осциллограммы даны в приложении.
Если же у Вас возникнут вопросы по наладке привода — пишите. Всегда рад буду помочь.

↑ Файлы

Схемы и чертеж печатной платы выполнены в программе P-CAD 2002, осциллограммы — в AutoCAD 2006.
▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌻 Купон до 1000₽ для новичка на Aliexpress

Никогда не затаривался у китайцев? Пришло время начать!
Камрад, регистрируйся на Али по нашей ссылке. Ты получишь скидочный купон на первый заказ. Не тяни, условия акции меняются.

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Куплено и опробовано читателями или в лаборатории редакции.

Источник

Схемы электродвигателей постоянного тока и их характеристики

Схемы электродвигателей постоянного тока и их характеристикиСвойства электродвигателей постоянного тока определяются в основном способом включения обмотки возбуждения. В зависимости от этого различают электродвигатели:

1. с независимым возбуждением : обмотка возбуждения питается от постороннего источника постоянного тока (возбудителя или выпрямителя) ,

2. с параллельным возбуждением : обмотка возбуждения подключена параллельно обмотке якоря,

3. с последовательным возбуждением : обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря,

4. со смешанным возбуждением : он имеет две обмотки возбуждения, одна подключена параллельно обмотке якоря, а другая — последовательно с ней.

Все эти электродвигатели имеют одинаковое устройство и отличаются лишь выполнением обмотки возбуждения. Обмотки возбуждения указанных электродвигателей выполняют так же, как у соответствующих генераторов .

Электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением

В этом электродвигателе (рис. 1, а) обмотка якоря подключена к основному источнику постоянного тока (сети постоянного тока, генератору или выпрямителю) с напряжением U, а обмотка возбуждения — к вспомогательному источнику в напряжением UB. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат Rрв, а в цепь обмотки якоря — пусковой реостат Rn.

Регулировочный реостат служит для регулирования частоты вращения якоря двигателя, а пусковой — для ограничения тока в обмотке якоря при пуске. Характерной особенностью электродвигателя является то, что его ток возбуждения Iв не зависит от тока Iя в обмотке якоря (тока нагрузки). Поэтому, пренебрегая размагничивающим действием реакции якоря, можно приближенно считать, что и поток двигателя Ф не зависит от нагрузки. Зависимости электромагнитного момента М и частоты вращения n от тока Iя будут линейными (рис. 2, а). Следовательно, линейной будет и механическая характеристика двигателя — зависимость п (М) (рис. 2, б).

При отсутствии в цепи якоря реостата с сопротивлением Rn скоростная и механическая характеристики будут жесткими, т. е. с малым углом наклона к горизонтальной оси, так как падение напряжения IяΣRя в обмотках машины, включенных в цепь якоря, при номинальной нагрузке составляет лишь 3—5 % от Uном. Эти характеристики (прямые 1 на рис. 2, а и б) называются естественными. При включении в цепь якоря реостата с сопротивлением Rn угол наклона этих характеристик возрастает, вследствие чего можно получить семейство реостатных характеристик 2, 3 и 4, соответствующих различным значениям Rn1, Rn2 и Rn3.

Принципиальные схемы электродвигателей постоянного тока с независимым (а) и параллельным (б) возбуждением

Рис. 1. Принципиальные схемы электродвигателей постоянного тока с независимым (а) и параллельным (б) возбуждением

Характеристики электродвигателей постоянного тока с независимым и параллельным возбуждением

Рис. 2. Характеристики электродвигателей постоянного тока с независимым и параллельным возбуждением : а — скоростные и моментная, б — механические, в — рабочие Чем больше сопротивление Rn, тем больший угол наклона имеет реостатная характеристика, т. е. тем она мягче.

Регулировочный реостат Rpв позволяет изменять ток возбуждения двигателя Iв и его магнитный поток Ф. При этом будет изменяться и частота вращения n.

В цепь обмотки возбуждения никаких выключателей и предохранителей не устанавливают, так как при разрыве этой цепи резко уменьшается магнитный поток электродвигателя (в нем остается лишь поток от остаточного магнетизма) и возникает аварийный режим. Если электродвигатель работает при холостом ходе или небольшой нагрузке на валу, то частота вращения резко возрастает (двигатель идет вразнос). При этом сильно увеличивается ток в обмотке якоря Iя и может возникнуть круговой огонь. Во избежание этого защита должна отключить электродвигатель от источника питания.

Резкое увеличение частоты вращения при обрыве цепи обмотки возбуждения объясняется тем, что в этом случае резко уменьшаются магнитный поток Ф (до значения потока Фост от остаточного магнетизма) и э. д. с. Е и возрастает ток Iя. А так как приложенное напряжение U остается неизменным, то частота вращения n будет увеличиваться до тех пор, пока э. д. с. Е не достигнет значения, приблизительно равного U (что необходимо для равновесного состояния электрической цепи якоря, при котором E= U — IяΣRя.

Читайте также:  Силовые приводы постоянного тока

При нагрузке на валу, близкой к номинальной, электродвигатель в случае разрыва цепи возбуждения остановится, так как электромагнитный момент, который может развить двигатель при значительном уменьшении магнитного потока, уменьшается и станет меньше нагрузочного момента на валу. В этом случае так же резко увеличивается ток Iя, и машина должна быть отключена от источника питания.

Следует отметить, что частота вращения n0 соответствует идеальному холостому ходу, когда двигатель не потребляет из сети электрической энергии и его электромагнитный момент равен нулю. В реальных условиях в режиме холостого хода двигатель потребляет из сети ток холостого хода I0, необходимый для компенсации внутренних потерь мощности, и развивает некоторый момент M0, требуемый для преодоления сил трения в машине. Поэтому в действительности частота вращения при холостом ходе меньше n0.

Зависимость частоты вращения n и электромагнитного момента М от мощности Р2 (рис. 2, в) на валу двигателя, как следует из рассмотренных соотношений, является линейной. Зависимости тока обмотки якоря Iя и мощности Р1 от Р2 также практически линейны. Ток Iя и мощность Р1 при Р2 = 0 представляют собой ток холостого хода I0 и мощность Р0, потребляемую при холостом ходе. Кривая к. п. д. имеет характер, общий для всех электрических машин.

Электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением

В этом электродвигателе (см. рис. 1, б) обмотки возбуждения и якоря питаются от одного и того же источника электрической энергии с напряжением U. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат Rpв, а в цепь обмотки якоря — пусковой реостат Rп.

В рассматриваемом электродвигателе имеет место, по существу, раздельное питание цепей обмоток якоря и возбуждения, вследствие чего ток возбуждения Iв не зависит от тока обмотки якоря Iв. Поэтому электродвигатель с параллельным возбуждением будет иметь такие же характеристики, как и двигатель с независимым возбуждением. Однако двигатель с параллельным возбуждением работает нормально только при питании от источника постоянного тока с неизменным напряжением.

При питании электродвигателя от источника с изменяющимся напряжением (генератор или управляемый выпрямитель) уменьшение питающего напряжения U вызывает соответствующее уменьшение тока возбуждения Iв и магнитного потока Ф, что приводит к увеличению тока обмотки якоря Iя. Это ограничивает возможность регулирования частоты вращения якоря путем изменения питающего напряжения U. Поэтому электродвигатели, предназначенные для питания от генератора или управляемого выпрямителя, должны иметь независимое возбуждение.

Электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением

Для ограничения тока при пуске в цепь обмотки якоря включен пусковой реостат Rп (рис. 3, а), а для регулирования частоты вращения параллельно обмотке возбуждения может быть включен регулировочный реостат Rрв.

Принципиальная схема электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением (а) и зависимость его магнитного потока Ф от тока Iя в обмотке якоря (б)

Рис. 3. Принципиальная схема электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением (а) и зависимость его магнитного потока Ф от тока Iя в обмотке якоря (б)

Характеристики электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением

Рис. 4. Характеристики электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением: а — скоростные и моментная, б — механические, в — рабочие.

Характерной особенностью этого электродвигателя является то, что его ток возбуждения Iв равен или пропорционален (при включении реостата Rpв) току обмотки якоря Iя, поэтому магнитный поток Ф зависит от нагрузки двигателя (рис. 3, б).

При токе обмотки якоря Iя, меньшем (0,8—0,9) номинального тока Iном магнитная система машины не насыщена и можно считать, что магнитный поток Ф изменяется прямо пропорционально току Iя. Поэтому скоростная характеристика электродвигателя будет мягкая — с увеличением тока Iя частота вращения n будет резко уменьшаться (рис. 4, а). Уменьшение частоты вращения n, происходит из-за увеличения падения напряжения IяΣRя. во внутреннем сопротивлении Rя. цепи обмотки якоря, а также из-за увеличения магнитного потока Ф.

Электромагнитный момент М при увеличении тока Iя будет резко возрастать, так как в этом случае увеличивается и магнитный поток Ф, т. е. момент М будет пропорционален току Iя. Поэтому при токе Iя, меньшем (0,8 Н- 0,9) Iном, скоростная характеристика имеет форму гиперболы, а моментная — параболы.

При токах Iя > Iном зависимости М и п от Iя линейны, так как в этом режиме магнитная цепь будет насыщена и магнитный поток Ф при изменении тока Iя меняться не будет.

Механическая характеристика, т. е. зависимость n от М (рис. 4, б), может быть построена на основании зависимостей n и М от Iя. Кроме естественной характеристики 1, можно путем включения в цепь обмотки якоря реостата с сопротивлением Rп получить семейство реостатных характеристик 2, 3 и 4. Эти характеристики соответствуют различным значениям Rn1, Rn2 и Rn3, при этом чем больше Rn, тем ниже располагается характеристика.

Механическая характеристика рассматриваемого двигателя мягкая и имеет гиперболический характер. При малых нагрузках магнитный поток Ф сильно уменьшается, частота вращения n резко возрастает и может превысить максимально допустимое значение (двигатель идет вразнос). Поэтому такие двигатели нельзя применять для привода механизмов, работающих в режиме холостого хода и при небольшой нагрузке (различные станки, транспортеры и пр.).

Обычно минимально допустимая нагрузка для двигателей большой и средней мощности составляет (0,2 …. 0,25) Iном. Чтобы предотвратить возможность работы двигателя без нагрузки, его соединяют с приводным механизмом жестко (зубчатой передачей или глухой муфтой), применение ременной передачи или фрикционной муфты недопустимо.

Несмотря на указанный недостаток, двигатели с последовательным возбуждением широко применяют, особенно там, где имеют место изменения нагрузочного момента в широких пределах и тяжелые условия пуска: во всех тяговых приводах (электровозы, тепловозы, электропоезда, электрокары, электропогрузчики и пр.), а также в приводах грузоподъемных механизмов (краны, лифты и пр.).

Объясняется это тем, что при мягкой характеристике увеличение нагрузочного момента приводит к меньшему возрастанию тока и потребляемой мощности, чем у двигателей с независимым и параллельным возбуждением, поэтому двигатели с последовательным возбуждением лучше переносят перегрузки. Кроме того, эти двигатели имеют большой пусковой момент, чем двигатели с параллельным и независимым возбуждением, так как при увеличении тока обмотки якоря при пуске соответственно увеличивается и магнитный поток.

Если принять, например, что кратковременный пусковой ток может в 2 раза превышать номинальный рабочий ток машины, и пренебречь влиянием насыщения, реакцией якоря и падением напряжения в цепи его обмотки, то в двигателе с последовательным возбуждением пусковой момент будет в 4 раза больше номинального (в 2 раза увеличиваются и ток, и магнитный поток), а в двигателях с независимым и параллельным возбуждением — только в 2 раза больше.

В действительности из-за насыщения магнитной цепи магнитный поток не увеличивается пропорционально току, но все же пусковой момент двигателя с последовательным возбуждением при прочих равных условиях будет значительно больше пускового момента такого же двигателя с независимым или параллельным возбуждением.

Зависимости n и М от мощности Р2 на валу электродвигателя (рис. 4, в), как следует из рассмотренных выше положений, являются нелинейными, зависимости P1, Iя и η от Р2 имеют такую же форму, как и у двигателей с параллельным возбуждением.

Электродвигатель постоянного тока со смешанным возбуждением

В этом электродвигателе (рис. 5, а) магнитный поток Ф создается в результате совместного действия двух обмоток возбуждения — параллельной (или независимой) и последовательной, по которым проходят токи возбуждения Iв1 и Iв2 = Iя

где Фпосл — магнитный поток последовательной обмотки, зависящий от тока Iя, Фпар — магнитный поток параллельной обмотки, который не зависит от нагрузки (определяется током возбуждения Iв1).

Механическая характеристика электродвигателя со смешанным возбуждением (рис. 5, б) располагается между характеристиками двигателей с параллельным (прямая 1) и последовательным (кривая 2) возбуждением. В зависимости от соотношения магнитодвижущих сил параллельной и последовательной обмоток при номинальном режиме можно приблизить характеристики двигателя со смешанным возбуждением к характеристике 1 (кривая 3 при малой м. д. с. последовательной обмотки) или к характеристике 2 (кривая 4 при малой м. д. с. параллельной обмотки).

Принципиальная схема электродвигателя со смешанным возбуждением (а) и его механические характеристики (б)

Рис. 5. Принципиальная схема электродвигателя со смешанным возбуждением (а) и его механические характеристики (б)

Достоинством двигателя постоянного тока со смешанным возбуждением является то, что он, обладая мягкой механической характеристикой, может работать при холостом ходе, когда Фпосл=0. В этом режиме частота вращения его якоря определяется магнитным потоком Фпар и имеет ограниченное значение (двигатель не идет вразнос).

Источник

Схема электрического привода постоянного тока привода

Приводы постоянного тока служат для управления двигателями постоянного тока. Правда не везде, а лишь там, где требуется плавное и точное регулирование скорости и вращающего момента электромотора в достаточно широких пределах.

Читайте также:  Аккумулятор не берет высокий ток

Где же конкретно могут использоваться приводы постоянного тока? Для того, чтобы ответить на данный вопрос, нам надо вначале сказать несколько слов о принципе работы двигателя постоянного тока.

Вообще надо заметить, что электродвигатели — очень распространенный объект управления в различных устройствах и технических системах. Причем настолько, что без них вся наша современная жизнь очевидно вовсе не была бы такой уж и современной. Точнее мы бы так и не ушли далее технологий начала 19 века. И не имели бы не только компьютеров, с их гаджетами, но и вообще не знали бы, например, даже столь привычного нам электрического освещения, поскольку сами электрогенераторы – это, по сути, те же самые электродвигатели, но только преобразующие различные виды неэлектрической энергии (механическая, химическая или тепловая) в электрическую энергию.

Сами электродвигатели при этом, как известно, делятся на электродвигатели постоянного тока и электродвигатели переменного тока. Причем сегодня в силу бурного развития научно-технической мысли, которая предлагает более совершенные алгоритмы векторного управления и довольно дешевые и удобные в использовании частотники, именно последние приобретают все большую популярность в промышленности.

Однако, нельзя не сказать, что и двигатели постоянного тока рано еще списывать со счетов. Они имеют свои весьма важные и существенные преимущества. Дело в том, что один из «глобальных» минусов двигателя постоянного тока – это коллектор, его низкая механическая прочность, а также слабая механическая прочность щеток.

Но зато у двигателя постоянного тока можно менять скорости в достаточно широком диапазоне при относительном постоянстве момента на валу. При этом количество оборотов двигателя постоянного тока пропорционально величине напряжения, которое подается на якорную обмотку. А это значит, что в диапазоне скоростей от нуля до номинального значения электродвигатель может развивать полный крутящий момент. Именно поэтому двигатель постоянного тока широко используют в тех случаях, когда необходимо обеспечить большой момент при низких скоростях электродвигателя почти до его остановки при наличии полной нагрузки с последующим стартом. К таковым областям относятся электроприводы лифтов, кранов, ленточных конвейеров, смесителей, экструдеров и топу подобных механизмов.

Принцип действия двигателя постоянного тока

Вообще надо заметить, что самой первой из всех изобретенных в XIX веке вращающихся электромашин был именно электродвигатель постоянного тока. Сам принцип действия его известен с середины прошлого столетия и основан на том, что крутящий момент здесь создаётся путём взаимодействия между двумя магнитными полями — полем обмотки возбуждения и полем, создающимся обмотками во вращающемся якоре.

Впрочем, в некоторых моделях двигателей постоянного тока нет обмотки возбуждения, вместо нее установлены постоянные магниты, сохраняющее стационарное магнитное поле при любых рабочих условиях.

Принцип работы двигателя постоянного тока заключается в том, что ток, проходя через якорь, создаёт магнитное поле, которое пытается выровняться со стационарным полем. Происходит вращение двигателя/

Рис. 1. Схема двигателя постоянного тока

При этом коллектор (так называется набор сегментированных медных планок), разрывает электрический контакт с уже «выровненной» обмоткой и возбуждает другую обмотку (или как в простом примере, показанном выше, перевозбуждает ту же цепь в противоположном направлении), создавая другое не выровненное магнитное поле, которое продолжает вращать якорь. Электрический контакт между вращающимися сегментами коллектора и стационарным источником питания в этом случае происходит через угольные щетки. Поскольку здесь постоянно имеет место механическое трение, то эти щетки изнашиваются через определенное время (как и сам коллектор) и соответственно требуют своей периодической замены.

Впрочем, следует заметить, что большинство промышленных электродвигателей постоянного тока изготавливаются с несколькими обмотками якоря, а не с одной, как показано на упрощенной иллюстрации сверху.

В электродвигателях постоянного тока проявляются следующие отношения между механическими и электрическими величинами:

  1. Крутящий момент. Он прямо пропорционален силе магнитного поля якоря, которая, в свою очередь, прямо пропорциональна току, проходящему через обмотки якоря. Так же момент прямо пропорционален силе постоянного магнитного поля, которое, в свою очередь, прямо пропорционально току, проходящему через возбуждающую обмотку (в двигателе без магнитов).
  2. Скорость. Скорость ограничена ЭДС, генерируемой якорем при вращении в постоянном магнитном поле. Эта ЭДС прямо пропорциональна скорости вращения якоря, и также прямо пропорциональна силе постоянного магнитного поля (которая прямо пропорциональна току возбуждающей обмотки в электродвигателе без магнитов). Это значит, что скорость прямо пропорциональна напряжению якоря, а также обратно пропорциональна силе постоянного магнитного поля, которая прямо пропорциональна току, проходящему через возбуждающие обмотки (в двигателе без магнитов).

Управление двигателем постоянного тока

Последнее же означает, что, меняя тока обмотки, можно изменять соотношение между скоростью и моментом. Однако этого недостаточно для управления общей мощностью двигателя. Чтобы управлять выходной мощностью электродвигателя постоянного тока также необходимо управлять напряжением и током якоря. Для этой цели можно было бы использовать переменные резисторы, но этот метод не используется в настоящее время, так как приводит к потере мощности. Лучшим решением здесь будет применение электронной схемы регулирования мощности на транзисторных ключах быстро отключающих и включающих якорь двигателя в цепь. Такой тип управления называется широтно-импульсной модуляцией, или ШИМ.

Рис.2. Схема управления скоростью и моментом ДПТ

По традиционной технологии для импульсного питания двигателя постоянного тока используют схему управляемого выпрямителя, в котором для преобразования переменного тока в постоянный вместо обычных выпрямляющих диодов используют тиристоры (управляемая схема Ларионова). Основным источником питания промышленных двигателей постоянного тока остается переменный ток, и этот переменный ток должен быть преобразован в постоянный в некотором узле системы; управление имеет смысл интегрировать прямо в этот выпрямительный узел.

Рис.3. Схема управляемого выпрямителя

Схема управляемого выпрямителя работает по принципу изменения времени «пускового» импульса относительно импульсов колебаний переменного тока. Чем раньше в каждом периоде переменного тока откроется тиристор, тем дольше он будет пропускать ток к двигателю. Схема фазового управления отвечает за генерацию импульсов и их длительность.

Отсюда следует, что привод постоянного тока просто регулирующий подводимую мощность к двигателю был бы трудно регулируемым и не применим в большинстве задач. Для управления двигателем необходимо управлять скоростью. Поэтому на двигателях постоянного тока устанавливают тахогенераторы, механически соединённые с валом двигателя.

Тахогенератор представляет собой небольшой генератор, создающий постоянное напряжение, прямо пропорциональное скорости вращения вала, обычно с выходом 0-10В постоянного тока, реже 0-220В переменного тока. По его показаниям регулируемый привод постоянного тока регулирует электрическую мощность, подводимую к двигателю так, чтобы скорость вращения совпала с заданной управляющим сигналом. Имея датчик обратной связи для регулирования скорости, привод постоянного тока точно регулирует скорость вращения двигателем.

Рис. 4. Схема управления двигателем постоянного тока

Менять ли привод постоянного тока?

Следует заметить, что в силу длительного периода широкого применения двигателей постоянного тока, на протяжении довольно долгого времени для регулировки скорости вала двигателя использовались приводы постоянного тока. Тем самым, данные приводы имели широкое распространение и были установлены на огромном количестве различных машин, механизмов и оборудовании. Но вот в чем проблема – дело в том, что раньше приводы постоянного тока выпускались с управлением на аналоговых микросхемах. А это вело к длительной настройке оборудования, необходимости постоянного обслуживания привода и частой его перенастройки. В результате против двигателей постоянного тока и соответственно приводов постоянного тока сложилось предубеждение о ненужности и даже вредности установки таких систем. Повсеместно обозначилась тенденция к замене «постоянников» на «переменники». И где-то это и правда оказалось оправдано, но…

Увы, но часто «дьявол кроется в деталях»!

Следует заметить, что сейчас приводы постоянного тока выпускаются с фазными схемами управления, основанными на современных микропроцессорах. А это значит, что они стали значительно более надежны и, ГЛАВНОЕ, не нуждаются в необходимости постоянного обслуживания привода и частой перенастройки приводов. А поскольку вопреки публикациям в СМИ и доводам производителей приводов переменного тока, существует еще немало таких применений, где приводы постоянного тока являются предпочтительными по своему функционалу (а в конечном счете и по деньгам), то возможно при модернизации оборудования следует обратить внимание на приводы постоянного тока.

Более того, сегодня необходимо учитывать, что очень часто, при модернизации систем управления, простая замена устаревших приводов постоянного тока новыми современными приводами постоянного тока, является экономически более выгодной!

Подумайте! Возможно это Ваш случай? Причем в данном случае имеет смысл обратить именно на лидеров по производству приводов постоянного тока, одним из которых является фирма Siemens, выпускающая приводы постоянного тока серии SINAMICS DCM — современный мощный привод постоянного тока со многими дополнительными модулями расширения, интеграции в промышленные сети и встроенными функциями для решения типовых технологических задач (намотка-размотка и т. д.).

Источник