Что такое реверсирование двигателя постоянного тока

Реверс двигателя постоянного тока схемы.

В статье «Регуляторы оборотов электродвигателей » речь шла о регулировке оборотов коллекторных двигателей электроинструментов. Нередко возникает и другая задача: реверс двигателя постоянного тока, т.е. требуется обеспечить его вращение в одну и другую стороны. Реверс может понадобиться, например, для привода ворот в гараже или коттедже, в различных моделях и пр.

Проще всего такая задача с реверсом решается с помощью мостовой схемы, которая в общем виде представлена на рис.1 .
Схема реверса состоит из четырех ключей, двигателя и источника питания. Когда все ключи разомкнуты ( рис.1а ), ток через двигатель не течет. При коммутации первого и четвертого ключа ток через двигатель Iд течет слева направо ( рис.1б ), и двигатель вращается в одном направлении. А при коммутации второго и третьего ключей — ток течет справа налево ( рис.1в ), и двигатель вращается в обратном направлении.
Понятно, что руками коммутировать для реверса четыре переключателя неудобно, поэтому вместо ключей используем транзисторы ( рис.2 ).
Транзисторы могут быть разной проводимости, полевыми или биполярными. Работают они в ключевом режиме.
Обратно включенные диоды VD1. VD4 защищают транзисторы от выхода из строя, так как в момент выключения электродвигателя возникает достаточно большая ЭДС самоиндукции.
Силовая часть устройства реверса приведена на рис.3 .
Она состоит из четырех силовых и двух управляющих транзисторов; резисторов, ограничивающих базовые токи; шунтирующих диодов и гальванической развязки в виде двух оптопар.
Питание моста происходит от блока питания, подающего постоянное напряжение +50 В относительно земли. В cостоянии покоя на оба канала (А и Б) подается 0 В. Все транзисторы закрыты, на концах обмоток потенциал 0 В. Вал двигателя не вращается.
Для вращения двигателя в одну сторону на канал А подается постоянное напряжение +5 В или ШИМ-сигнал, на канал Б — 0 В. Открывается оптрон VU1, следом управляющий VТ5; при этом VТ6 закрыт.
Через резистор R2 протекает ток, открывающий силовые VТ1 и VТ4, а VТ2 и VТЗ закрыты.
Таким образом, на конце обмотки Я1 потенциал составляет +50 В, на конце обмотки Я2 — 0 В. Вал двигателя вращается (например, по часовой стрелке).
Чтобы включить реверс двигателя, на канал Б подается напряжение +5 В (ШИМ-сигнал), на канал А — 0 В. Управляющий VТ6 открыт, VТ5 — закрыт. Через резистор R4 в цепи коллектора VТ6 протекает ток, открывающий VТ2 и VТ3, а VТ1 и VТ4 закрыты. На конце обмотки Я1 потенциал составляет 0 В, на конце обмотки Я2 — +50 В. Вал двигателя вращается против часовой стрелки.
В случае подачи полoжительного напряжения на оба канала (А и Б) произойдет короткое замыкание, поэтому такой режим предотвращается управляющей частью устройства.
Реверс двигателя постоянного тока можно выполнить и на МОП-транзисторах ( рис.4 ). На входе схемы реверса последовательно установлены два инвертора так, что выход одного одновременно является входом другого. При этом сигнал управления (высокий или низкий логический уровень) на входе DD1.1 инвертируется и подается на вход DD1.2.
Выходы инверторов управляют полевыми транзисторами. При высоком уровне на входе, на выходе DD1.1 — низкий уровень, а на выходе DD1.2. — высокий. Благодаря этому VТ2 и VТЗ открыты и пропускают ток от отрицательного к положительному полюсу источника питания. Двигатель М1 вращается против часовой стрелки.
Если на вход схемы реверса подать низкий уровень, на выходе DD1.1 появится высокий уровень и откроются VT1 и VТ4, замыкая другую диагональ моста. Теперь ток потечет в другую сторону, и двигатель изменит направление вращения. Для управления устройством для реверса необходим логический сигнал МОП-уровня (0/+12 В).

Устройство для реверса испытывалось с электродвигателем автомобильного вентилятора. Мощные МОП-транзисторы (для КП74ЗБ напряжение сток-затвор составляет 80 В. максимальный ток стока — 4,9 А) обеспечивают запас по мощности и по напряжению.
Сопротивление открытого канала составляет 0,3.. .0,5 Ом. Для повышения эффективности VT1. . .VТ4 устанавливаются на теплоотводы.
Напряжение питания зависит от типа применяемого электродвигателя М1. Если его питания превышает 15 В, следует предусмотреть в схеме дополнительный стабилизатор для питания микросхемы DD1.
Вместо К561ЛА7 можно применить другую микросхему серии 561, если ее элементы обеспечивают инвертирование сигнала (К561ЛЕ5, К561ЛН2).
Другая схема управления реверсом, построенная на мощных комплементарных полевиках, показана на рис.5 .

Реверсирование гребного электродвигателя в ГЭУ постоянного тока

Направление вращения гребного электродвигателя постоянного тока можно изменить двумя способами:
1) изменением полярности подводимого к электродвигателю напряжения, т. е. изменением знака U;
2) изменением полярности полюсов двигателя, т. е. изменением знака магнитного потока Ф, а значит, изменением направления тока в обмотке возбуждения двигателя.

Оба указанных способа находят применение, однако с точки зрения эксплуатации ГЭУ они неравноценны.

Изменение полярности подводимого к гребному электродвигателю напряжения можно осуществлять или непосредственно на двигателе, переключив его якорную цепь, или на генераторе, изменив направление тока в его обмотке возбуждения ОВГ . На практике чаще используется второй путь, при этом процесс реверса гребного электродвигателя осуществляется следующим образом.

Если ползунок тГ потенциометрического реостата ПРГ установить слева от неподвижного контакта пТ, то при вращении генератора в одну сторону на его зажимах будет иметь место напряжение одной полярности, которому будет соответствовать определенное направление вращения гребного электродвигателя. Передвижением ползунка тг вправо от контакта пг направление тока в обмотке возбуждения генератора изменяется, при этом изменяются полярность напряжения генератора и направление вращения электродвигателя.

Таким же образом можко осуществить изменение направления тока в обмотке возбуждения двигателя с помощью потенциометрического реостата ПРД . Однако на период реверсирования тока возбуждения двигателя необходимо принять меры к большому снижению напряжения, подводимого к якорю двигателя, так как в момент перехода магнитного потока двигателя через нуль противо э. д. с. двигателя будет равна нулю и генератор окажется подключенным на сопротивление якоря, т. е. практически закороченным.

В схемах управления ГЭУ напряжение генератора в период реверсирования тока возбуждения гребного двигателя ограничивается действием отрицательной обратной связи по току ГЭД (на рис. 65 не показана), с помощью которой генератор размагничивается настолько, что ток в цепи Г — Д не превышает допустимого.

Длительность протекания переходных процессов в ГЭУ при реверсировании гребного электродвигателя изменением знака подводимого напряжения будет меньше, чем при изменении знака магнитного потока двигателя. Это объясняется тем, что обмотка возбуждения двигателя имеет значительную индуктивность и поэтому обладает большой электромагнитной инерцией.

Целесообразно подчеркнуть, что реверсирование гребного винта в ГЭУ , а следовательно, реверсирование судна, осуществляется при неизменном направлении вращения теплового двигателя.

Реверсирование гребного электродвигателя сопровождается сложными явлениями во всей системе ГЭУ , учет которых совершенно необходим при проектировании и эксплуатации систем электродвижения. Эти явления возникают вследствие особенностей работы движителя — гребного винта во время его реверсирования.

На рис. 1 представлены характеристики изменения моментов сопротивления М на гребном валу при его реверсировании — реверсивные характеристики гребного винта.

Время реверсирования гребного электродвигателя неизмеримо меньше времени реверсирования судна: первое исчисляется несколькими секундами, второе — минутами. Поэтому за время реверсирования гребного электродвигателя судно практически не изменит своей скорости движения вперед. Следовательно, если не принимать специальных мер для увеличения времени реверсирования гребного электродвигателя, то характер изменения момента сопротивления на гребном валу будет близок к характеру, отображенному кривой ABCDE .

Как видно из рисунка, простое отключение гребного электродвигателя при полной скорости движения судна вперед приводит к тому, что винт вращается с угловой скоростью около 0,73соНом — точка В на характеристике ABCDE . Чтобы затормозить гребной вал, необходимо создать значительный тормозной момент, максимальное значение которого составляет около 0,8 .Мном и наблюдается при угловой скорости около 0,45 Whom (точка С). Для удержания винта в неподвижном состоянии (точка D) нужно создать тормозной момент около 0,4 МП0ш-

Рис. 1. Реверсивные характеристики ГЭУ .

Наличие значительных отрицательных моментов на гребном валу при реверсировании на полном ходу судна объясняется тем, что потоки воды, обтекая лопасти винта, превращают винт в гидравлическую турбину, вращающую вал в прямом направлении. По этой же причине для вращения вала в обратном направлении с угловой скоростью около 0,3 Ином гребной двигатель должен развивать момент, близкий к номинальному (точка Е), а для вращения винта в обратном направлении с номинальной угловой скоростью потребовался бы вращающий момент двигателя, превышающий номинальный более чем в три раза.

На рис. 67 показано семейство механических характеристик гребного электродвигателя при изменении подводимого к нему напряжения от + UH0M до — UmM. Работа двигателя характеризуется точкой пересечения соответствующей механической характеристики с реверсивной характеристикой гребного винта. Отрезки механических характеристик гребного электродвигателя, расположенные в квадрате II, характеризуют генераторный режим работы двигателя. В этом режиме гребной вал вращается энергией, поступающей от винта, электродвигатель переходит в генераторный режим и передает энергию генератору. Последний переходит в двигательный режим при сохранении направления вращения. Рекуперируемая с гребного вала энергия за вычетом потерь идет на разгон приводного двигателя генератора — дизеля.

Как видно из рис. 1, потребные тормозные моменты при реверсировании существенно снижаются с уменьшением скорости движения судна. В связи с этим в ГЭУ целесообразно предусматривать устройства, исключающие чрезмерно быстрый реверс гребного электродвигателя. При реверсировании ГЭУ рукоятка поста управления переводится в нулевое положение, соответствующее снятию напряжения с гребного электродвигателя, далее обеспечивается некоторая задержка рукоятки в нулевом положении, после чего она переводится в сторону, соответствующую изменению полярности двигателя.

Чрезмерно быстрое изменение полярности напряжения, подводимого к гребному электродвигателю при реверсировании ГЭУ , может обойтись без недопустимого разгона дизеля. Однако возможна другая опасность, которая заключается в том, что в системе могут возникнуть недопустимо большие броски тока. Это объясняется тем, что электромагнитные процессы протекают значительно быстрее, чем механические, вследствие чего изменение полярности напряжения генератора произойдет за время, в течение которого скорость двигателя практически не изменится.

Значительные броски тока в ГЭУ при быстром реверсировании ГЭД могут вызвать вредные механические воздействия на приводной двигатель генератора.

Пуск, торможение и регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока

Пуск двигателей постоянного тока осуществляется с помощью специального пускового сопротивления, включенного в цепь якоря. Сопротивление пускового реостата подбирается так, чтобы пусковой ток был не более 200— 250% номинального и чтобы за период пуска двигателя реостат не перегревался. В процессе пуска величина сопротивления реостата постепенно уменьшается до 0. При данном способе пуска часть энергии расходуется па нагрев реостата.

Применяется и другой, более совершенный и экономичный способ — плавное повышение напряжения па зажимах двигателя. Этот способ возможен при наличии управляемого преобразователя.

Оба эти способа могут применяться и для регулирования частоты вращения двигателей.

Широкое распространение в электроприводе рудничных машин получил способ регулирования частоты вращения двигателя независимого возбуждения путем изменения величины напряжения, подводимого к зажимам якоря. Питание якоря осуществляется от индивидуального, регулируемого источника постоянного тока: машинного генератора (система генератор — двигатель, Г—Д), тиристного преобразователя (система управляемый кремниевый выпрямитель — двигатель, КУВ — Д) и др.

Схема простейшей системы Г — Д и ее характеристики приведены на рис. 8.2.

Приводной двигатель ПД (синхронный или асинхронный) вращает с постоянной частотой якори генератора Г и возбудителя 5. От возбудителя В питаются обмотки возбуждения двигателя ОВД и генератора ОВГ. Генератор подает напряжение непосредственно на якорь двигателя Д, который приводит в движение машину РМ.

Регулирование частоты вращения двигателя Д производится за счет изменения величины напряжения на зажимах якоря. Изменение величины напряжения достигается изменением величины магнитного потока генератора Г с помощью реостата R1. С помощью переключателя П возможно изменение направления магнитного потока возбуждения генератора Г, а значит полярности подаваемого на двигатель напряжения. Так достигается реверсирование двигателя Д.

Известно, что при изменении величины напряжения 2 можно получить любое количество искусственных характеристик двигателя Д, т. е. регулировать частоту вращения его в широких пределах.

Изменяя величину сопротивления R2 в обмотке возбуждения двигателя, получаем изменение величины магнитного потока Ф двигателя. В этом случае характеристики располагаются выше естественной характерна тики двигателя, т. е. частота вращения двигателя регулируется и в сторону увеличения ее но сравнению с номинальной.

Система Г — Д и ее варианты применяются для привода подъемных машин, экскаваторов, прокатных станов и др. Не недостатки: высокая первоначальная стоимость, относительно низкий к. п. д. и громоздкость.

Для привода горных машин получила применение система КУВ — Д. В этой системе источником питания двигателя служит кремниевый управляемый вентиль — тиристор. Изменение напряжения на зажимах якоря осуществляется путем изменения времени открывания тиристора.

На схеме (рис. 8.3, а) изображены двигатель постоянного тока Д с обмоткой независимого возбуждения ОВД, трансформатор Тр, группа тиристоров Т, блок управления ими БУ. График изменения средней величины напряжения ил на зажимах двигателя приведен на рис. 8.3, б.

Регулирование напряжения на зажимах якоря осуществляется путем изменения продолжительности пребывания тиристоров Т в закрытом состоянии t. Сигнал на открытие тиристора в проводящем направлении подается регулируемым блоком управления БУ.

При включении трансформатора Тр напряжение подается на аноды тиристоров. Когда на анод поступает отрицательная полуволна напряжения, тиристор закрыт. Во время подачи положительное полуволны тиристор будет закрыт еще некоторое время, пока с блока БУ не поступит сигнала на открывание его.

С момента подачи сигнала тиристор будет пропускать ток в течение времени 2, а затем снова закроется. Так будет происходить каждую положительную полуволну.

Изменение продолжительности нахождения тиристоров в открытом состоянии вызывает изменение среднего значения выпрямленного напряжения 1 л, подаваемого на зажимы якоря, благодаря чему возможно плавное регулирование частоты вращения электродвигателя.

Так как тиристоры имеют малые габариты и массу при большой мощности, высокий к. п. д., большой срок службы, в них отсутствуют движущиеся и нормально искрящие части, они получают все большее применение в электроприводе рудничных машин. Так, например, система КУВ — Д уже нашла применение в приводе горных комбайнов.

Реверсирование двигателя.

Изменение направления вращения (реверсирование) двигателя достигается либо изменением направ­ления тока в цепи якоря, либо изменением направления тока в цепи возбуждения.

На рис., а показана принципиальная схема включения обмоток двигателя до реверсирования, а на рис. б и в — схемы включения для измененного направления вращения двигателя.

Схемы реверсирования двигателя постоянного тока.

Двигатели с последовательным возбуждением.

У двигателя постоянного тока, схема которого представлена на рисунке, обмотка возбуждения 0В соединена последовательно с обмоткой якоря. Ток возбуждения равен току якоря:

Схема включения двигателя последовательного возбуждения.

Когда ток нагрузки невелик и магнитная система машины не насыщена (Ф — I_я), вращающий момент М пропорционален квадрату тока:

где ₁ — коэффициент пропорциональности.

При больших нагрузках и значительном насыщении магнитной системы (Фconst) вращающий момент становится пропорцио­нальным току I_я:

где ₂ —коэффициент пропорциональности.

Из формул, данных в этой теме нетрудно установить, что механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения на участке, соответствующем небольшим нагрузкам, имеет вид гиперболы, а при значительных нагрузках она становится прямолинейной (кривая 1 на рис.

Работа двигателя последовательного возбуждения вхолостую или при малых нагрузках (М

Рисунок (Универсальные характеристики двигателя последовательного возбуждения ).

Для построения меха­нических характеристик двигателя нельзя получить необходимые уравнения, поскольку связь между током I_я и потоком Ф не может быть представлена аналитически. Поэтому построение этих характе­ристик ведется на основе графиков М% (I%) и n% (I%), называемых уни­версальными ха­рактеристиками двигателя (рисунок). Эти характе­ристики приводятся в ка­талогах и справочниках для отдельных типов дви­гателей.

Пуск двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.

При этом скорость будет смещаться.

При подключении R _доп. ток через якорь I_я – уменьшается, следовательно Ф – уменьшается, так как n, то скорость увеличивается.

Механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения,

где 1- реостат., 2-естеств..

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.