Электромагнитные процессы в системе ШИП-ДПТ

Основным вариантом реверсивного ШИП с выходом на постоянном токе является мостовая схема [1], выполненная на четырех транзисторных ключах ТК1-ТК4, шунтированных диодами. Каждый транзисторный ключ кроме выходных транзисторов содержит предвыходной каскад, блок защиты и управления. Все эти устройства не загружаются силовым током, протекающим через нагрузку. В дальнейшем рассматривается методика расчета токов, протекающих только через выходные транзисторы и включенные встречно-паралельно им диоды.

Электромагнитные процессы а нагрузке ( якоре двигателя постоянного тока) при двухполярном выходном напряжении(симметричном управлении транзисторными ключами ШИП) Изображены на рис.2.13.а, а при однополярном выходном напряжении (несимметричном и поочередном управлении) – на рис.2.13.б.

Рис. 2.13. Электромагнитные процессы в системе ШИП – ДПТ.

В квазиустановившемся режиме электромагнитные процессы в нагрузке описываются следующими дифференциальными уравнениями в относительных величинах

при 0<t<γT,

при 0<t<γT, (2.13)

где А = 1 при двухполярном выходном напряжении, А = 0 – при однополярном,

Среднее напряжение на выходе ШИП определяется из уравнений:

(2.14)

Из рис. 2.13. видно, что ток в якоре содержит среднюю (гладкую) составляющую I_я.ср и пульсирующую ΔI_я. Гладкая составляющая тока обусловлена средним значением напряжения на якоре и установившейся скоростью вращения:

- при двухполярном напряжении (2.15)

- при однополярном напряжении

Уравнения (2.15) одновременно описывают и механические характеристики исполнительной машины, т.к. момент на валу определяется лишь гладкой составляющей тока, эти характеристики показаны на рис. 2.14, где в скобках указаны значения γ для двухполярной модуляции.

Как следует из (2.14) механические характеристики системы ШИП – двигатель постоянного тока представляют собой семейство прямых с почтоянным углом наклона к оси абсцисс (рис. 2.14.), пересекающих ось ординат при (при несимметричном поочередном управлении) или при (при симметричном управлении).

Рис. 2.14. Механические характеристики системы ШИП – ДПТ

Таким образом, механические характеристики системы ШИП – двигатель постоянного тока аналогичны механическим характеристикам системы генератор – двигатель. Импульсное управление двигателем от ШИП практически не искажает естественных механических характеристик двигателя.

Величина пульсирующей составляющей находится из решения системы уравнений (2.12); ее обобщенное выражение имеет вид:

(2.16)

Средние и эффективные токи в якоре машины, в силовых транзисторах и диодах и в источнике питания могут быть определены по упрощенным выражениям, если прянять, что мгновенный ток якоря изменяется по закону:

(2.17)

при 0 < t < γT

при γT < t < T (2.18)

В этом случае выражения для определения относительных токов во всех отмеченных ветвях представлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

В качестве примера на рис. 2.15.а, б приведены зависимости относительных токов в силовых транзисторах и диодах для двухполярной модуляции, рассчитанные по выражениям табл. 3.1.

Рис.2.15. Средние и эффективные токи в силовых транзисторах (а) и диодах (б).

Целью расчета и проектирования транзисторного ШИП является выбор способа управления, типа транзисторов и диодов, определения токов и мощности рассеяния и оптимальной частоты коммутации в ШИП.

При выборе способа управления необходимо исходить из требований, предъявляемых к регулировочным и энергетическим характеристикам электропривода. Симметричное управление ШИП позволяет получить линейные регулировочные характеристики двигателя. Однако энергетические характеристики ШИП при этом способе управления ухудшены вследствие повышенных пульсации тока в якоре и в полупроводниковых приборах.

При несимметричном и поочередном управлении ШИП в регулировочной характеристике электропривода имеет место зона чувствительности. Схемные способы уменьшения этой зоны уменьшают устойчивость электропривода.

Энергетические характеристики ШИП с несимметричным и поочередным управлением лучше, чем у ШИП с симметричным управлениям, так как пульсации тока здесь в два раза меньше.

В паспортных данных силовых транзисторов и диодов обычно приводится допустимая рассеиваемая мощность, как с радиатором, так и без него. Поэтому определение мощности, рассеиваемой транзистором, диодом, может рассматриваться как конечный результат расчета.