Электромагнитные процессы в силовой цепи системы

электропривода «полумостовой ПИУ-ДПТ»

Для устранения недостатков системы электропривода «одноключевой ПИУ-ДПТ» используется система электропривода «полумостовой ПИУ-ДПТ». Полумостовая схема ПИУ состоит из двух преобразователей: одноключевого VT1, VD2 (последовательного понижающего) и одноключевого VT2, VD1 (параллельного повышающего) (Рис 3.8) и может работать в режимах однополярного и двухполярного тока. Возможность протекания тока в обратном по якорю направлении исключает режим прерывистого тока.

Временные диаграммы напряжений и токов в схеме в режимах однополярного и двухполярного тока представлены на рис. 3.15, 3.16.

Рис. 3.16

В мостовой схеме ИМ формирует противофазные открывающие импульсы u_vt1, u_vt2 на транзисторы VT1 и VT2. В течение времени D_t на оба транзистора поданы запирающие импульсы, что необходимо для исключения режима короткого замыкания в стойке полумоста при переключении транзисторов VT1 и VT2.

Последовательный понижающий напряжение преобразователь (VT1, VD2) позволяет осуществить регулирование скорости, а параллельный VT2, VD1 (повышающий напряжение) – позволяет осуществить рекуперативное торможение двигателя с отдачей части энергии в источник питания (конденсатор фильтра С_ф).

При подаче открывающего импульса на базу VT1 на интервале 0 ≤ t < t₀ он открывается и двигатель подключается к источнику питания U_ип. В момент времени t = t₀ снимается открывающий импульс с VT1 и подается открывающий импульс на базу VT2. Однако транзистор VT2 не открывается, так как под действием ЭДС e_L самоиндукции ток продолжает протекать по якорю в том же направлении, замыкаясь через диод VD2, шунтирующий транзистор VT2 обратным падением напряжения. В момент t = T_к c VT2 снимается открывающий импульс и подается на VT1, подключая двигатель к источнику питания U_ип. В результате периодической коммутации транзистора VT1 на якоре двигателя формируется последовательность однополярных прямоугольных импульсов (рис. 3.15 а) среднее значение которых равно (см. (3.14)):

.

Если на интервалах подключения двигателя через VT1 к источнику питания U_ип энергии в электромагнитном поле индуктивности L запасается недостаточно для обеспечения протекания непрерывного тока на интервалах ∆t ток якоря спадает до нуля. Двигатель переходит в режим двухполярного тока. В момент времени t = t₁ ток якоря равен нулю, к базе транзистора VT2 приложен открывающий импульс, на зажимах якоря двигателя генерируется ЭДС якоря с плюсом на левой щетке и с минусом на правой щетке. Под действием данной ЭДС по цепи : (+) якоря – транзистор VT2 – (−) якоря начинает по якорю протекать ток в обратном направлении, создавая момент динамического торможения двигателя. Для интервала t₁ ≤ t < T_к запишем второе уравнение Кирхгофа:

.

Часть генерируемой двигателем электрической энергии преобразуется в тепловую в активных сопротивлениях цепи, а часть накапливается в электромагнитном поле индуктивности L.

При t = T_к снимается открывающий импульс с базы VT2 и подается на базу VT1. Однако VT1 не открывается, так как на интервале T_к ≤ t < t₂ ток продолжает протекать в том же направлении под действием суммы ЭДС (e_L +E_я) замыкаясь по цепи: (+) якоря – диод VD1 – (+) конденсатора C_ф – (−) конденсатора C_ф – (−) якоря. Часть генерируемой энергии совместно с энергией электромагнитного поля индуктивности L , накопленной на предыдущем интервале, преобразуется в тепловую, а часть возвращается в источник питания (конденсатор C_ф фильтра), обеспечивая рекуперативное торможение двигателя. Для этого интервала справедливо второе уравнение Кирхгофа:

.

При спадании тока до нуля при t = t₂ открывается транзистор VT1 ( на нем присутствует открывающий импульс) и энергия источника питания начинает поступать к двигателю.

3.5.5 Электромеханические и механические характеристики в системе электропривода «полумостовой ПИУ-ДПТ»

Полумостовой ПИУ обеспечивает возможность протекания тока по якорю двигателя в прямом и обратном направлениях.

Вследствие этого ДПТ в системе электропривода «полумостовой ПИУ-ДПТ» может работать в двигательном и генераторном (тормозном режимах).

Для двигательного режима электромеханические и механические характеристики описываются уравнениями (3.15), (3.16), так как двигательный режим работы системы «полумостовой ПИУ-ДПТ» идентичен режиму работы двигателя в системе «одноключевой ПИУ-ДПТ» В РНТ.

Для перевода двигателя в режим торможения необходимо уменьшить скважность γ, т.е. уменьшить время t₀ потребления энергии от источника питания к двигателю и увеличить время T_к - t₀ протекания тока в генераторном режиме от двигателя в источник питания. Для генераторного режима работы двигателя можно записать второе уравнение Кирхгофа:

; (3.19)

где ∆U_в = ∆U_Т = ∆U_д – падение напряжения на транзисторе и диоде.

Подставив в (3.19) уравнения связи , , получим уравнения электромеханической и механической характеристик для томозного режима двигателя в системе «полумостовой ПИУ-ДПТ»:

,

.

На рис. 3.16 представлены электромеханические и механические характеристики системы «полумостовой ПИУ-ДПТ». Система электропривода может работать в режимах: двигательном в зоне, ограниченной осями ω_ср, I_я и характеристикой при γ = 1, режиме комбинированного торможения в зоне ограниченной осями ω_ср, - I_я и характеристикой при γ = 0, режиме динамического торможения при γ = 0.