Описание и методы расчёта схемы широтно-импульсного преобразователя с искусственной коммутацией и параллельным соединением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования республики Беларусь

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

Факультет заочного обучения

Кафедра систем управления

РЕФЕРАТ

на темау "Описание и методы расчёта схемы ШИП с искусственной коммутацией и параллельным соединением"

По дисциплине «Устройство силовых преобразователей электрической энергии для питания электродвигателей в системах управления»

Вариант 2

Минск 2016

Тиристорный ШИП

импульсный преобразователь тиристорный динамический

Широтно-импульсный преобразователь (ШИП) - устройство, предназначенное для регулирования частоты вращения двигателя не плавным изменением питающего напряжения, а подачей кратковременных импульсов на якорную обмотку двигателя.

Достоинства ШИП

- большая полоса пропускания;

- большая линейность характеристики

Поэтому ШИП применяются для эл. приводов с высоким быстродействием и точностью регулирования.

Недостатки: широтно-импульсная модуляция (ШИМ) выходного напряжения вызывает дополнительные потери от пульсаций рабочего тока и процессов коммутации вентилей.

Для режимов рекуперации требуется источник питания ШИП, допускающий оба направления тока. Если такого источника тока нет, то применяют неуправляемый выпрямитель, дополненный соответствующими цепями, в которых должна гаситься рекупированная нагрузкой энергия.

Из-за этих недостатков область применения ШИП от долей кВт до нескольких кВт.

Схема, поясняющая этот способ регулирования, приведена на рис. 3.

Рис. 3. Схема импульсного регулирования частоты вращения двигателя.

Цепь обмотки якоря двигателя независимого возбуждения периодически подключается к источнику напряжения ключом К. При замыкании цепи якоря на время t1 к обмотке якоря подводится напряжение U = Uном при этом ток нарастает до значения Imax.

При размыкании ключа ток уменьшается, достигая значения Imin, замыкаясь через диод VD. При следующем замыкании ключа К ток в якоре вновь достигает значения Imax и т.д. Таким образом, к цепи обмотки якоря подводятся импульсы напряжения, амплитудное значение которых равно напряжению U источника.

Среднее значение напряжения прикладываемого к двигателю, Uср [В]:

Uср = U*t1 / T = U, где

t1 - длительность импульса напряжения;

T - время между двумя следующими друг за другом импульсами напряжения;

= t1 / T - коэффициент управления (скважность).

Рис. 4. Графики U = f(t), I = f(t) при импульсном регулировании частоты вращения двигателя.

На рис. 5 показана схема импульсного регулирования напряжения, где в качестве ключа используют тиристор VS. Включается тиристор (что соответствует замыканию ключа) подачей кратковременного импульса от генератора импульсов ГИ на управляющий электрод. Цепь из дросселя L1 и конденсатора C, шунтирующая тиристор, служит для выключения последнего между двумя управляющими импульсами. При включении тиристора конденсатор C перезаряжается по контуру C > VS > L1 > C и к тиристору прикладывается напряжение, обратное напряжению сети.

Рис. 5. Принципиальная схема при импульсном регулировании частоты вращения двигателя с тиристорным ключом.

Время открытого состояния тиристора (t) определяется параметрами цепи L1*C:

L1 - индуктивность дросселя, Гн;

C - емкость конденсатора, Ф.

Среднее значение напряжения Uср подводимого к обмотке якоря, регулируется изменением частоты следования управляющих импульсов. Частота вращения двигателя с постоянными магнитами регулируется на обмотке якоря только в сторону уменьшения от номинального значения.

Для изменения направления вращения якоря (реверсирование) двигателя в данной схеме необходимо изменить направление тока в обмотке возбуждения. При одновременном изменении направления тока в обеих обмотках якоря двигатель не меняет направление вращения.

Тиристорные ШИП могут быть выполнены с одним, общим, для всех силовых тиристоров коммутирующим устройством или с раздельными для тиристоров правого и левого вращения коммутирующими устройствами.

Системы с тиристорными ШИП подразделяются на схемы параллельного и поледовательного типов, для запирания тиристоров обычно используется заряд, накапливаемый конденсатором.

Схема с параллельной искусственной коммутацией представлена на рисунке 6.

Рис 6. Схема параллельной искусственной коммутации

В схеме с параллельной искусственной коммутацией конденсатор С подключен непосредственно к тиристору Т₁, который отпирается импульсами управления U_и1, следующими с требуемым периодом Т_и. Конденсатор С заряжается через добавочное сопротивление R_g и открывает тиристор Т₁ до напряжения U_c ? U. Для запирания тиристора Т₁ - завершение подачи силового импульса на якорь Я, в момент времени t_и подается управляющий импульс U_ик на управляющий электрод вспомогательного тиристора Т_к. Тиристор Т_к отпирается, конденсатор С начинает разряжаться и напряжение U_c? приложенное к тиристору Т₁ в запирающем для него направлении, запирает тиристор Т₁. При спаде разрядного тока до значения, меньшего утверждающего тока тиристора, запирается и тиристор Т_к.

Сравнивая схему параллельной искусственной коммутации со схемой с последовательной искусственной коммутацией показывает, что в схеме с параллельной коммутацией время запирания силовых тиристоров больше за счет отсутствия колебательного контура.

Важным недостатком схем с параллельной коммутацией является то, что заряд конденсатора не происходит во время паузы в силовой цепи.

Особенности статических и динамических характеристик. Уравнение механических характеристик системы может быть получено на основе уравнений механических характеристик двигателя с учетом внутреннего сопротивления преобразователя R_{шип.экв}. Например, в режиме непрерывного тока уравнение будет иметь вид

(1)

Передаточная функция системы ШИП-Д может быть получена на основе теории непрерывных систем автоматического управления, поскольку частота коммутации тиристоров обычно настолько велика, что пульсацией угловой скорости двигателя при анализе динамических процессов можно пренебречь.

Тиристорный ШИП можно рассматривать как усилительное звено с запаздыванием ф_зап , вносимым схемой управления ШИП. Тогда передаточная функция ШИП

, (2)

где К_шип - коэффициент передачи ШИП, равный отношению приращений среднего напряжения на якоре U_я.ср и напряжения управления U_у на входе схемы управления ШИП.

Постоянные времени двигателя ф'_м и ф'_я должны учитывать эквивалентное активное сопротивление Rшип.экв и индуктивность L _{шип.экв}преобразователя, т.е. характеризуют динамические свойства двигателя в системе:

(3).

В целом ряде практических случаев значением R_{шип.экв} можно пренебречь, а в L _{шип.экв} учитывать только индуктивность дросселя L при последовательной коммутации.

Следует отметить, что в реальных схемах время запаздывания обычно невелико и в первом приближении им можно пренебречь. По сравнению с системой УВ-Д система ШИП-Д отличается более высоким быстродействием при широком диапазоне регулирования скорости.

Схема управления ШИП вырабатывает и распределяет во времени последовательности импульсов для управления отпиранием и запиранием силовых тиристоров и транзисторов. Эта схема, позволяющая получить силовые импульсы требуемой длительности в зависимости от уровня напряжения управления при постоянном периоде следования импульсов, получила название широтно-импульсного модулятора (ШИМ). Работа ШИМ обычно основана либо на принципе сложения двух систем разнополярных импульсов прямоугольной формы с регулируемым фазовым сдвигом между системами импульсов, либо на сравнении периодически меняющегося, наиболее часто пилообразного опорного напряжения с сигналом управления. Последний принцип получил широкое распространение при управлении тиристорным ШИП.

Размещено на Allbest.ru