Электрическая схема электропривода двигателя постоянного тока

Способы и схемы торможения электродвигателей

Торможение электродвигателя применяют, если необходимо сократить время свободного выбега и фиксацию механизма в конкретном положении. Существует несколько видов принудительной остановки устройства. Это механическое, электрическое и комбинированное. Механическое устройство представляет собой тормозной шкив, закрепленный на валу, с колодками. После отключения устройства колодки прижимаются к шкиву. За счет трения кинетическая энергия преобразуется в тепловую, т.е. происходит процесс торможения. Остальные способы и схемы торможения электрического двигателя будут рассмотрены далее в статье.

• Способы электрического торможения электроприводов
• Противовключения
• Динамическая остановка электропривода
• Режимы торможения моторов постоянного тока
• Рекуперативное торможение электрических машин
• Режим рекуперации в асинхронных электрических машинах
• Комбинированный режим

Способы электрического торможения электроприводов

Для того чтобы быстро остановить устройство или обеспечить постоянную скорость вращения используют электрические способы остановки. В зависимости от схемы включения тормозные режимы подразделяют на:

• противовключения;
• динамический;
• рекуперативный.

Противовключения

Режим противовключения применяется при необходимости быстрой остановки механизма. Представляет собой смену полярности на обмотке якоря двигателя постоянного тока или переключения двух фаз на обмотках асинхронного электродвигателя.

В этом случае ротор вращается в противоположном направлении магнитного поля статора. Вращение ротора замедляется. При скорости вращения близкой к нулю с реле контроля скорости поступает сигнал, отключая механизм от сети.

На нижеприведенном рисунке представлена схема противовключения асинхронного электромотора.

После переключения обмоток возникает повышенное действующее напряжение и увеличение тока. Для его ограничения, в обмотки ротора или статора устанавливают дополнительные резисторы. Они ограничивают токи в обмотках в режиме торможения.

Динамическая остановка электропривода

Этот способ применяют на асинхронных машинах, подключенных к сети переменного тока. Он заключается в отключении обмоток от сети переменного напряжения и подачи постоянного тока на обмотку статора.

На вышеприведенном рисунке представлена схема торможения трехфазного двигателя постоянным током.

Подача постоянного напряжения осуществляется с помощью понижающего трансформатора для динамического торможения. Пониженное переменное напряжение преобразуется в постоянное диодным мостом и подается на статорную обмотку. Для торможения электромотора может применяться дополнительный источник постоянного тока.

При этом ротор может быть выполнен в виде «беличьей клетки» или ее обмотку подключают к добавочным резисторам.

Постоянное напряжение создает неподвижный магнитный поток. При вращении ротора в нем наводится ЭДС, т.е. электромотор переходит в режим генератора. Возникающая электродвижущая сила рассевается на обмотке ротора и добавочных резисторах. Создается тормозной момент. В момент остановки механизма постоянное напряжение отключается по сигналу реле скорости.

Механизмы, где применяется электродвигатель с самовозбуждением, динамическую остановку выполняют с помощью подключения конденсаторов. Они соединяются треугольником или звездой.

Схема приведена на нижеприведенном рисунке.

На выбеге остаточная энергия магнитного поля переходит в заряд конденсаторов, а затем она питает обмотку статора. Возникающий тормозной эффект останавливает механизм. Конденсаторная батарея может быть подключена постоянно или подсоединяться в момент отключения от сети. Такая схема получила название «конденсаторное торможение асинхронного двигателя».

Если необходимо быстро остановить двигатель, то после отключения от сети, замыкают контакты накоротко без гасящих резисторов. При соединении обмоток закорачиванием в них возникают большие токи. Для уменьшения токов к обмоткам подключают токоограничивающие резисторы.

На нижеприведенном рисунке представлена схема с токоограничивающими резисторами.

Режимы торможения моторов постоянного тока

Динамическое торможение электродвигателя постоянного тока осуществляется после отключения его от сети с замыканием обмотки ротора на тормозной реостат. Выделенная электрическая энергия рассеивается на реостате.

На вышеприведенном рисунке представлены схемы реостатного торможения двигателя постоянного тока.

Рекуперативное торможение электрических машин

Рекуперативное торможение электродвигателя характеризуется переводом двигателя в генераторный режим. При этом вырабатываемая электроэнергия возвращается в сеть или используется для подзарядки аккумулятора.

Этот режим широко применяется в электровозах, электричках, трамваях и троллейбусах. В момент торможения, вырабатываемая электроэнергия возвращается в электрическую сеть.

Режим рекуперативного торможения применяется для подзарядки аккумуляторов в гибридных автомобилях, электромобилях, электросамокатах, электровелосипедах.

Этот режим является наиболее экономичным и возможен при условии: если частота вращения ротора превышает частоту вращения холостого хода. Это условие выполняется, когда ЭДС электродвигателя превышает напряжение питающей сети. А ток якоря и магнитный поток меняют свое направление. Электрическая машина переходит в генераторный режим, возникает момент торможения.

На рисунке представлена схема торможения тягового двигателя а) с независимым возбуждением и стабилизирующим сопротивлением, б) с противовозбуждением возбудителя.

Режим рекуперации в асинхронных электрических машинах

Режим рекуперации применяется не только в двигателях постоянного тока. Его можно применять и в асинхронных двигателях.

При этом такой режим возможен в следующих случаях:

1. Если изменить частоту питающего напряжения при помощи частотного преобразователя. Что возможно при условии питания асинхронного электродвигателя от устройства с возможностью регулирования частоты питающей сети. Эффект торможения наступает при уменьшении частоты питающего напряжения. При этом переход в генераторный режим происходит, когда скорость вращения ротора становится больше номинальной (синхронной).
2. Асинхронные машины, которые конструктивно имеют возможность переключения обмоток, для изменения скорости.
3. В грузоподъёмных механизмах, где применяется силовой спуск. В них монтируется электромотор с фазным ротором. В этом случае скорость регулируется с помощью изменения величины резистора, подсоединяемого к обмоткам ротора. Магнитный поток начинает обгонять поле статора, а скольжение становится больше 1. Электромотор переходит в режим генератора, вырабатываемая электроэнергия возвращается в сеть, возникает тормозной эффект.

Комбинированный режим

Комбинированные тормозные режимы применяются в электрических машинах, если необходимо быстро остановить и зафиксировать механизм. Для этого используют механический блок торможения в комбинации с электрическим торможением. Комбинация может быть различной. Это может быть и электрическая схема с противовключением, динамическим и рекуперативным режимами.

Вот мы и рассмотрели основные способы и схемы торможения электродвигателей. Если возникнут вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

ИССЛЕДОВАНИЕ ТИРИСТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЭВМ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Московский государственный институт электроники и математики

Кафедра «Управление и информатика

в технических системах »

ИССЛЕДОВАНИЕ ТИРИСТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЭВМ

к лабораторной работе по дисциплине

«ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ»

к.т.н., проф. Фалк Г.Б.

к.т.н., доц. Денисова Т.С.

к.т.н., доц. Ваганова М.Ю.

к.т.н., докторант Володин С.М.

аспирант Шабанов Н.С.

Основным содержанием работы является обучение по теме «Электромеханические устройства и системы постоянного тока» на основе экспериментального исследования основных характеристик электроприводов постоянного тока типа «Управляемый выпрямитель – двигатель постоянного тока », в том числе с использованием компьютера. Для студентов III курса специальности «Управление и информатика в технических системах» — 220100.

Исследование тиристорного электропривода постоянного тока с применением ПЭВМ: метод. указания к лаб. работе по дисциплине “Электромеханические устройства и системы”/ Моск. Гос. институт электроники и математики; сост. Г.Б. Фалк, Т.С. Денисова, М.Ю. Ваганова, С.М. Володин, Н.С.Шабанов 2011, С. 25.

Табл. 6, Ил. 5. Библиограф.: 6 назв.

Описание предметной области.

Электропривод постоянного тока с тиристорным управляемым выпрямителем.

2. Описание стенда ЭМП1-К.

3. Выполнение лабораторной работы

3.1. Цель лабораторной работы

3.2. Порядок выполнения лабораторной работы

3.3. Выполнение заданий по лабораторной работе.

4. Содержание отчета по лабораторной работе

1.Описание предметной области

Предметом исследования являются основные регулировочные и динамические характеристики электроприводов постоянного тока с тиристорными управляемыми выпрямителями.

Тиристорный управляемый выпрямитель (УВ).

Управляемые выпрямители на тиристорах состоят из силовой части, в которую кроме самих тиристоров обычно входят специальные трансформаторы, и схемы управления тиристорами.

Силовая часть включается в одно- или трехфазную сеть переменного тока. У однофазных (по первичной стороне) трансформаторов, применяемых в преобразователях малой мощности, на вторичной стороне напряжение либо однофазное, либо двухфазное со сдвигом на 180 о . У трехфазных трансформаторов, применяемых в преобразователях средней и большой мощности, на вторичной стороне число фаз от 3 до 24.

У нереверсивных УВ полярность выходного напряжения не может изменяться, у реверсивных – может изменяться в зависимости от входного воздействия. Реверсивные УВ имеют двойной комплект тиристоров, один из которых обеспечивает вращение двигателя в одном направлении, другой – в противоположном.

Принцип работы управляемого тиристорного выпрямителя основан на том, что в положительный полупериод тиристор открывается и пропускает ток только в том случае, если на его управляющий электрод подан соответствующий импульс. Закрывается тиристор либо напряжением противоположной полярности, либо при спаде тока до нуля. Меняя момент открытия тиристора (угол запаздывания), можно изменить среднее значение выходного напряжения и тока.

Рассмотрим работу простейшего двухфазного УВ (рис.1,а), в котором двухфазная система напряжений и получена выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора (U m – амплитуда напряжения на полуобмотке). Выпрямление и регулирование напряжения на якоре двигателя осуществляется тиристорами VS 1 и VS 2 .В момент времени, определяемый углом запаздывания (рис.1,б), на управляющий электрод тиристора VS 1 от схемы управления поступает разрешающий импульс напряжения, тиристор открывается и подает положительное напряжение на якорь двигателя. Если бы сопротивление якоря было чисто активным, то ток якоря i, протекающий через тиристор VS 1, изменялся бы по тому же закону, что и напряжение (толстая линия, ограничивающая заштрихованный участок –180 о на рис.1,б). Закрытие тиристора произошло бы при прохождении тока через нуль (напряжением противоположной полярности). Затем со сдвигом на 180 о этот процесс повторился бы в цепи тиристора VS 2 . В интервале 180 о – ( + 180 о ) ток якоря был бы равен нулю, т.е. привод работал бы в режиме прерывистого тока.

Рис.1.Принцип работы тиристорного управляемого выпрямителя

В действительности обмотка якоря обладает кроме активного сопротивления индуктивностью, и ток не может нарастать и исчезать скачком, а должен изменяться плавно. Закон изменения тока i при работе только тиристора VS 1 показан на рисунке 1,в пунктирной линией. Причем при прохождении напряжения через нуль ток в нуль не обращается, а продолжает некоторое время протекать под действием ЭДС самоиндукции якоря, преодолевая отрицательное напряжение питания. Тиристор VS 1 закрывается в момент времени, соответствующий углу , когда ток тиристора i 1 становится равным нулю; при этом график мгновенных значений выпрямленного напряжения имеет как положительный, так и отрицательный участок. При определенных условиях граница возможного интервала проводимости первого тиристора может оказаться равной или больше угла открытия второго тиристора + 180 о . Тогда при открытии тиристора VS 2 тиристор VS 1 будет закрыт, т.к. на его отрицательный электрод поступит более высокий потенциал через открывшийся тиристор VS 2 . В этот момент мгновенное значение тока тиристора VS 2 должно стать равным току якоря, протекающему до этого через тиристор VS 1 ; наступает режим непрерывного тока (рис.1,г).

Выпрямленный ток имеет две составляющие: постоянную и переменную. Постоянная составляющая обеспечивает создание вращающего момента, соответствующего нагрузке двигателя. Переменная составляющая вызывает дополнительные потери мощности в двигателе, причем она резко возрастает в режиме прерывистого тока. Поэтому в системе УВ-Д стремятся обеспечить режим непрерывного тока; в большинстве схем для этого последовательно с якорем двигателя приходится включать дополнительную индуктивность, называемую дросселем или реактором.

В рассмотренной схеме в режиме непрерывного тока = + 180 о и среднее значение выпрямленного напряжения

где – максимально возможное значение среднего напряжения, соответствующее углу запаздывания =0; U – действующее значение напряжения на полуобмотке.

Рассмотренный УВ является нереверсивным, т.е. обеспечивает только одну полярность выходного напряжения и соответственно одно направление вращения двигателя. Реверсивные УВ выполняются с двойным комплектом тиристоров, комплекты включаются по встречно- параллельной или перекрестной схемам.

2. Описание стенда ЭМП1-К.

Стенд ЭМП1-С-К предназначен для проведения лабораторных занятий по дисциплине « Электромеханические устройства и системы».

Машинная часть стенда представляет собой соединенные механически машину постоянного тока, трехфазный асинхронный двигатель и маховик. Технические данные этих машин приведены в таблице 1. В данной лабораторной работе машина постоянного тока исследуется в режиме двигателя независимого возбуждения, в качестве нагрузочной машины для исследуемого двигателя используется асинхронный двигатель в режиме динамического торможения, а маховик используется для сглаживания электромеханических переходных процессов. На одном валу с двигателями находится ротор оптоэлектронного преобразователя угловых перемещений, используемого для измерения частоты вращения роторов двигателей.

Таблица 1. Технические данные электрических машин и преобразователя

Схемы управления двигателями постоянного тока

Типовые схемы релейно—контакторного управления (РКУ) двигателями постоянного тока (ДПТ) обеспечивают ав­томатический пуск, реверсирование и ступенчатое регулирова­ние скорости вращения ДПТ, автоматическое электрическое торможение.

На рис. 17.17 представлена типовая схема РКУ, обес­печивающая пуск ДПТ в функции независимой выдержки времени в три ступени, регулирование скорости ослаблением магнитного потока, динамическое торможение в функции ЭДС, защиту от коротких замыканий, обрыва поля ДПТ, от само-шпуска после исчезновения и появления напряжения. Управ­ляется схема командоконтроллером SA, имеющим секции и четыре положения — нулевое и три рабочих.

Типовые ЭП с силовыми промежуточными магнитными усилителями (ПМУ) используются для САР механизмов по­дачи металлорежущих станков и иных механизмов, требующих обеспечение диапазона регулирования скорости до 100:1. ПМУ (рис. 17.18, а) включает пары силовых обмоток w, встречно-параллельно включенные в каждую фазу вентили В1, к которым подключается мостовой выпрямитель В2. Обмотка якоря Д подключена к зажимам выпрямителя В2, а обмотка возбуж­дения питается от отдельного выпрямителя, не показанного в схеме. Фазные силовые обмотки располагаются на отдельных замкнутых сердечниках, охваченных обмотками управления и обратных связей wi и смещения щ.

Регулирование напряжения происходит путем намагничива­ния сердечников ПМУ, что изменяет индуктивное сопротивле­ние рабочих обмоток. Чем больше намагничивающий ток об­мотки управления, тем меньше сопротивление рабочих обмоток и больше выходное напряжение ПМУ, т.е. напряжение на якоре и, следовательно, скорость двигателя.

Принцип действия замкнутой САР сводится к следующему. Задающее напряжение Uj снимается с задающего потен­циометра ПЗ, сравнивается с напряжением Uqq тахоге-нератора 77″. Результирующее напряжение подается на вход транзисторного усилителя с диодным ограничителем Д1, Д2. Выходной сигнал усилителя поступает на обмотку управления, ток которой определяет величину выходного постоянного напряжения ПМУ. Обмотка смещения служит для линеариза­ции начального участка характеристики ПМУ «вход-выход», т.е. зависимости тока рабочей обмотки от тока управления усилителя.

Механические характеристики замкнутой САР с ПМУ пред­ставлены на рис. 17.16, 6.

Тиристорные ЭП постоянного тока. Используются для ме­ханизмов с широким диапазоном регулирования скорости, не­обходимостью ограничения моментов и токов двигателя и др. На рис. 17.19 представлена схема комплектного тиристорного ЭП серии ЭТЗР с ДПТ серии ПБСТ либо 4ПО (4ПФ). Замкнутая САР с отрицательной обратной связью по скорости и нелиней­ной — по току обеспечивает высокую жесткость механических характеристик в диапазоне регулирования 2000:1, ограничение тока якоря и момента на валу ДПТ.

Силовые цепи реверсивного тиристорного преобразователя ТП состоят из двух вентильных групп (Т1,ТЗ, Г5) и <Т2,Т4,Т6>, уравнительных реакторов Др1 и Др2, сглаживающего дрос­селя ДрЗ.

Задающее напряжение U подается на узел сравнения с диодным ограничителем Д302, куда подается также напряже­ние обратной связи по скорости U. Результирующее напряже­ние поступает на вход усилителя БУ, куда подается также пилообразное напряжение блока БУК Их разность определяет угол управления тиристорами, выходное напряжение ТП и, следовательно, скорость вращения ДПТ.

Необходимая жесткость механических характеристик во всем диапазоне обеспечивается жесткой отрицательной обрат­ной связью по скорости, осуществляемой посредством тахогенератора ТП В схеме предусмотрены токовая отсечка (реле РП1 и РП2) и упреждающее токоограничение, что обеспечивает пуск ЭП с неизменным током якоря, равным току упора (1,5—2 I), и максимальную токовую защиту.

ЭП постоянного тона с микропроцессорным управлением

Для перемещения и точного позиционирования рабочих органов робототехнических механизмов используются электроприводы с микропроцессорным управлением (ЭПМПУ). Схема типового ЭПМПУ с аналогово-цифровыми узлами представлена на рис. 17.20.

ДПТ М питается от реверсивного преобразователя на тиристорах VS1—VS6 и VS7—VS12. М связан с рабочим орга­ном, тахогенератором ТГи датчиком положения ДП. Контроль тока якоря осуществляется датчиком тока ДТ.

Рис. 17.19, Схема комплектного тиристорного ЭП серии ЭТЗР

Микропроцессорная система включает микропроцессор МП, устройства памяти ОЗУ и ПЗУ, устройства сопряжения УС1— УСЗ, цифровой датчик положения ДП, цифро-аналоговый преобразователь ЦАП, обеспечивающий выходной сигнал за­дания скорости. Сигнал задания положения подается с терми­нала положения Г через УСЗ. Оптимальный график движения ЭП записывается в ПЗУ и определяет работу цифрового регу­лятора.

Выходное напряжение управления U регулятора поступает на систему импульсно-фазового управления СИФУ, которая определяет напряжение 777 и скорость вращения М.

В качестве МП-системы используются серийные микроЭВМ, либо программируемые контроллеры типа «Электроника К1-20»

После несложной процедуры регистрации Вы сможете пользоваться всеми сервисами и создать свой веб-сайт.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Число — оборот — двигатель — постоянный ток

Число оборотов двигателя постоянного тока при постоянном напряжении у якоря увеличивается или уменьшается обратно пропорционально силе магнитного поля. При изменении нагр зки шунтовых двигателей число оборотов их остается почти без перемены. При необходимости более широкого изменения числа оборотов следует применять особые двигатели, которые при наивысшем числе оборотов работают при слабом возбуждении магнитного поля. [1]

Число оборотов двигателей постоянного тока зависит от напряжения обмотки возбуждения и напряжения на якоре. Их преимущество заключается в том, что они обеспечивают постоянную, независимую от нагрузки частоту вращения червяка. [2]

Регулирование числа оборотов двигателя постоянного тока осуществляется поворотом ручки автотрансформатора через окно, имеющееся в корпусе коробки. [3]

Способ регулирования числа оборотов двигателя постоянного тока зависит от того, откуда поступает, от какого источника энергии берется напряжение постоянного тока. [5]

Электронно-ионное регулирование числа оборотов двигателей постоянного тока может производиться изменением напряжения, подводимого к двигателю, или изменением магнитного потока двигателя регулировочным реостатом. [6]

Вариатор 2 изменяет число оборотов двигателей постоянного тока , а следовательно, и величину подач подвижных органов станка. Нажимом на кнопки 4 осуществляется включение установки, питающей постоянным током двигатели механизмов подач и установочных перемещений. Во время поворота грибка 13 автоматически отжимается подготовляемый к движению узел, причем остальные подвижные узлы, снабженные электромеханическими зажимами, автоматически закрепляются. [7]

При наладке машин ГВТ изменяют скорость регулированием числа оборотов двигателя постоянного тока , а устанавливают ее в зависимости от требуемого диаметра выдуваемой трубки. Длина отрезаемых трубок ( или штабиков) зависит от соотношения скорости вытягивания и скорости вращения ножа ( или частоты реза диском) и регулируется заменой сменных шестерен привода механизма ножа. [8]

Необходимая скорость скольжения образца по диску создается изменением числа оборотов двигателя постоянного тока , питание которого осуществляется по схеме Леонардо. В некоторых случаях под диском располагаются нагревательные элементы для создания нужного температурного режима. Недостатком этого прибора является невозможность осуществления больших нагрузок в связи с креплением образца, который соединен с замеряющим устройством нитью. [9]

Плавное регулирование скоростей осуществляется либо механическим путем при помощи вариатора, либо электрическим путем за счет изменения числа оборотов двигателя постоянного тока . [10]

Для сварки плавящимся электродом в среде защитных газов служат сварочные трактора АДПГ-500 ( рис. VII.9), АДСП и др. Электрическая схема тракторов АДСП позволяет плавно регулировать скорость подачи электродной проволоки и скорость перемещения трактора за счет изменения числа оборотов двигателя постоянного тока . Скорость подачи проволоки не зависит от напряжения дуги. [12]

К электродвигателю 3 ток поступает от генератора 2, приводящегося в движение двигателем переменного тока 1 мощностью 4 5 кВт с числом оборотов 1500 об / мин. Число оборотов двигателя постоянного тока 3 регулируется с помощью реостата. Коробчатый рычаг 5 передним концом подвешен к пружине 4, закрепленной к стойке. Пружина обеспечивает необходимый натяг. Амплитуда колебаний рычага-вибратора 5 определяется с помощью лампочки 9, лупы 5 ( по ее шкале) и оптической щели, а затем по градуировочному графику переводится в напряжение. [14]