ЕЛЕКТРОПРИВОДИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ З ТРАНЗИСТОРНИМИ ПЕРЕТВОРЮВАЧАМИ

Найбільш ефективні способи регулювання швидкості двигуна постійного струму пов'язані зі зміною напруги його обмотки якоря. При харчуванні обмотки якоря від джерела постійної напруги транзисторні перетворювачі у зв'язку з їх повною керованістю набули найбільшого поширення. Сучасну елементну базу в перетворювачах постійної напруги в регульоване постійне складають в даний час силові транзистори:

• • MOSFET (уніполярний транзистор з індукованим каналом);
• • IGBT (біполярний транзистор з ізольованим затвором).

Такі транзистори випускаються на струми до 1000 А, напруги до 1500 В і здатні працювати в ключовому режимі на частотах до 30 кГц. Крім того, для роботи в ланцюгах з індуктивностями транзистори забезпечені антипаралельними високочастотними діодами.

Схема електроприводу постійного струму з транзисторним імпульсним регулюванням напруги обмотки якоря приведена на рис. 4.11.

Мал. 4.11. Схеми електроприводу постійного струму з транзисторним перетворювачем

У цій схемі обмотка якоря двигуна М періодично підключається транзисторним ключем VT до джерела постійної напруги , яке, як правило, виходить випрямленням змінної напруги мережі живлення за допомогою некерованого випрямляча. Електролітичний конденсатор сбольшим ємності згладжує пульсації випрямленої напруги

При відкритому транзисторі VT струм по ланцюгу обмотки якоря двигуна М протікає від джерела постійної напруги . При закритому транзисторі VT струм в ланцюзі обмотки якоря двигуна миттєво змінитися не може, а підтримується за рахунок ЕРС самоіндукції, замикаючись через діод VD2 (див. Рис. 4.12). При високій частоті перемикання транзистора VTI коливання струму в якірного ланцюга невеликі. Сучасні транзистори здатні працювати без допустимого перегріву при частотах 5-г 20 кГц і більше.

У переважній типі електроприводів для управління транзистором VT1 використовується широтно-імпульсний спосіб модуляції. У зв'язку з цим транзисторний ключ КП зі схемою управління отримав назву широтно-імпульсний перетворювач (ШИП). При Широтноімпульсна управлінні період Т проходження імпульсів напруги на обмотку якоря двигуна залишається постійною, змінюється тільки тривалість імпульсу . Як показано на рис. 4.12, середня напруга , що прикладається до обмотці якоря, залежить від тривалості імпульсу і визначається виразом

(4.6)

де - постійна напруга; - відносна тривалість включення транзисторного ключа КП.

Відносна тривалість включення транзисторного ключа КП може змінюватися в межах

Мал. 4.12. Діаграми напруг і струмів двигуна при широтно-імпульсної модуляції

Електромеханічна і механічна характеристики електроприводу з транзисторним широтно-імпульсним перетворювачем в режимі безперервного струму описуються рівняннями:

(4.7)

(4.8)

Електромеханічні характеристики нереверсивного електроприводу, виконаного за схемою ШИП-Д, наведені на рис. 4.13.

Мал. 4.13. Електромеханічні характеристики нереверсивного електроприводу, виконаного за схемою "транзисторний широтно-імпульсний перетворювач-двигун"

При малих навантаженнях в електроприводі ШИП-Д настає режим переривчастого струму. Зона переривчастого струму позначена на рис. 4.13 пунктирною лінією. У зв'язку з тим що частота перемикань транзисторного ключа VT1 може значно перевищувати частоту проходження імпульсів в електроприводі з тиристорними перетворювачами, то зона переривчастого струму тут може бути істотно менше, також зменшується і амплітуда пульсацій якірного струму.

Як випливає з рис. 4.13, в режимі переривчастого струму все електромеханічні характеристики сходяться в одній точці - швидкості ідеального холостого ходу , яка в даному електроприводі визначається виразом

(4.9)

В електроприводі ШИП-Д з некерованим випрямлячем на вході стає неможливим режим рекуперативного гальмування, тому в багатьох електроприводах застосовується динамічне гальмування, для забезпечення якого в схему вводиться додатковий транзисторний ключ VT2 і опір динамічного гальмування , проте схема управління при цьому істотно ускладнюється.

В даний час в своїй більшості експлуатовані в виробництві регульовані електроприводи - це електроприводи постійного струму. На жаль, XX століття - століття регульованих електроприводів постійного струму - закінчився. Їх розробка і серійний випуск прекращаемо в більшості розвинених країн світу. Майбутнє регульованих електроприводів пов'язано з двигунами змінного струму.