Релейное автоматическое регулирование тока и момента АД изменением импульсным методом сопротивления в цепи выпрямленного тока ротора

Принципиальная схема регулирования изображена на рис. При периодическом шунтировании добавочного сопротивления R_доб, включенного в цепь
выпрямленного тока ротора, тиристорным ключом ТК, достигается эффект плавного изменения активного сопротивления в цепи выпрямленного тока ротора от 0 до полной величины R_доб.

Выходное напряжение U_у релейного элемента РЭ определяет открытое или закрытое состояние тиристорного ключа ТК. На вход РЭ подается сигнал, пропорциональный разности задающего напряжения U_зт и напряжения обратной связи по току U_о.т. При достаточно большой частоте f_к коммутации ТК можно считать, что в цепь выпрямленного тока ротора введено регулируемое “импульсное” добавочное сопротивление R_{доб. имп.,} величина которого плавно изменяется от 0 до R_доб. При изменении скважности импульсов от 1 до 0. Здесь t_имп – длительность замкнутого состояния ТК, а - период коммутации. Связь R_{доб.имп.} с R_доб. линейна: .

Когда ТК открыт (g=1), R_доб. шунтировано. В этом случае момент, развиваемый двигателем, определяется его естественной характеристикой. Когда ТК закрыт (g=0), в цепь ротора введено R_доб., что соответствует работе двигателя на реостатной характеристике. Изменяя соотношение между интервалами времени, в течение которых ТК открыт или закрыт, можно регулировать выпрямленный ток ротора, а следовательно, плавно регулировать развиваемый двигателем момент М. Для получения выражения момента и уравнения механической характеристики двигателя при данном способе регулирования момента, воспользуемся схемой замещения, в которой параметры статора приведены к цепи выпрямленного тока ротора. Здесь

сопротивление, обусловленное коммутацией вентилей выпрямителя В, учитывающее снижение вследствие этого среднего выпрямленного напряжения, а х_дв – индуктивное сопротивление двигателя, приведенное к цепи выпрямленного тока; – активное сопротивление двух фаз статора, приведенное к роторной цепи; 2r₂ - активное сопротивление двух фаз ротора; m - число пульсаций выпрямленного напряжения ротора.

Если пренебречь временем переключения ТК, то процессы изменения выпрямленного тока ротора при переключении R_доб описываются для открытого состояния ТК уравнением

или , а при закрытом ТК

или , где

;

Законы изменения токов при принятых допушениях

здесь t₁ – время, когда i_d0=I_нач.з

;

Зависимость i_d от t для некоторого конкретного значения S и w изображена на рис. Из выражений для I_do и I_dз и графика следует, что при увеличении w и уменьшении S ток I_d0 уменьшается для значения I_нач.з, частота коммутации ключа ТК становится равной 0, ключ остается в открытом состоянии, и двигатель работает на естественной характеристике 1 (см.рис.). При уменьшении w и возрастании S I_dз увеличивается до I_нач.щ, возрастает до ¥ время закрытого состояния ТК T_k-t₁, и двигатель работает на реостатной характеристике 2.

Пренебрегая пульсациями выпрямленного тока можно принять I_d=I_d.cp. Тогда выпрямленное напряжение ротора

Электромагнитный момент можно найти через потери в роторной цепи

отсюда

Отсюда следует, что при I_dcp=const момент, развиваемый АД в статическом режиме, остается постоянным. Т.о., поддерживая постоянным среднее значение выпрямленного тока на различных уровнях, можно регулировать момент M двигателя с высокой точностью. Так, поддерживая выпрямленный ток на уровнях I_d1, I_d2, I_d3 постоянным, можно получить характеристики электропривода, обеспечивающие постоянство момента (прямые 3, 4, 5; достигается это путем задания U_зт=const) в пределах изменения w от характеристики 1 до характеристики 2.

Энергетические показатели электропривода с импульсным управлением в цепи выпрямленного тока ротора несколько хуже, чем при обычном реостатном регулировании. Некоторое их ухудшение определяется в основном наличием выпрямителя в цепи ротора. Тем не менее, подобный электропривод, обладая основными регулировочными свойствами асинхронного электропривода при частотном управлении от статического преобразователя частоты – плавностью, быстродействием, большим диапазоном регулирования, отличается от последнего простотой схемного решения.