Двигатель постоянного тока независимого возбуждения.

В настоящее время одним из основных вариантов исполнения тягового электропривода является электропривод с двигателем постоянного тока независимого возбуждения, тиристорным силовым преобразователем в цепи якоря двигателя и транзисторным регулятором тока возбуждения. В различных модификациях этот вариант разработан фирмами «Бош», «Сименс», «Лукас», «Дженерал Моторс» и др. В нашей стране этот вариант разрабатывался Волжским автозаводом совместно с рядом других организаций.

Несколько упрощенная схема электропривода для электромобилей Волжского автозавода показана на рис. 3.3. Якорь двигателя М питается от тяговой батареи GB через силовой преобразователь СП на тиристорах V1 - V4 и вентилях V5, V6. Обмотка возбуждения двигателя ОВ питается от тяговой батареи через транзисторный преобразователь ПВ. Реверсирование двигателя производится переключением полярности обмотки возбуждения с помощью контактора КР. Ток в якорной цепи двигателя сглаживается дросселем Др. Кроме того, дроссель Др служит в качестве накопителя электромагнитной энергии в режиме импульсного торможения.

Рис. 3.3. Схема электропривода с тиристорным преобразователем в цепи якоря и двухзонным регулированием

image002

Представленная на рис. 3.3 схема предусматривает двухзонное управление скоростью в режиме тяги и двухзонное управление током якоря двигателя или моментом на его валу в режиме торможения. При этом симметричная схема силового преобразователя обеспечивает практически плавный и без переключений переход из одной зоны в другую и из режима тяги в режим торможения и обратно. В системе управления используются обратные связи по частоте вращения двигателя - датчик ДС, току якоря двигателя - датчик ТЯ и току возбуждения - датчик ТВ. Задание параметров режима тяги производится бесконтактным индуктивным задатчиком ЗС, связанным с педалью хода ПХ, а установка параметров режима торможения - индуктивным задатчиком ЗТ, на который воздействует педаль торможения ПТ электромобиля.

Сигналы управления силовым преобразователем СП вырабатываются в блоке регулятора тока якоря РТ, на входе которого поступают сигналы регулятора скорости PC и обратной связи по току якоря с датчика ТЯ-

Управление преобразователем возбуждения ПВ осуществляет блок регулятора возбуждения РВ. На входе этого регулятора действует сигнал ошибки по току якоря и сигнал обратной связи по току возбуждения, сформированный в блоке обратной связи по току возбуждения СВ.

Силовой преобразователь осуществляет импульсное частотно-широтное реулирование выходного напряжения с использованием параллельной емкостной коммутации основных тиристоров. В режиме тяги основным/ является тиристор VI, в режиме динамического и импульсной торможения - тиристор V2, далее для краткости называемый тормозным. Коммутирующие тиристоры V3 и F4 выполняют сменяющие друг друга функции в режимах тяги и торможения. В режиме тяги тиристор V3 выполняют функцию выключения основного тиристора VI, а тиристор V4 служит для перезаряда коммутирующего конденсатора С при подготовке к выключению основного тиристора. В режиме торможения выключающим тормозной тиристор V2 становится тиристор V4, а тиристор КЗ служит для перезаряда коммутирующего конденсатора С при подготовке к включению тормозного тиристора V2.

Индуктивность L1, показанная на схеме преобразователя (рис. 3.3), служит для ограничения коммутационных токов через коммутирующий конденсатор С и создания колебательного характера процессов его перезаряда, что позволяет в два-три раза повысить напряжение на конденсаторе С по отношению к напряжению тяговой батареи. Этим создаются условия для надежного выключения основных тиристоров во всех возможных эксплуатационных режимах.

image004

Рис. 3.4. Диаграммы токов и напряжений тиристорного импульсного преобразователя

Работу силового преобразователя поясняют диаграммы выходного напряжения и тока якорной цепи двигателя iu, показанные для режима тяги на рис. 3.4. В нижней части этого рисунка в более растянутом масштабе по оси времени показаны диаграммы тока через коммутирующий конденсатор ic и напряжения на этом конденсаторе uс, поясняющие процессы коммутации тиристоров. Эти процессы, в принципе, не меняются в режимах тяги и электрического импульсного торможения, а изменяется только связь временных интервалов на диаграмме и контуров протекания тока. Для пояснения этой связи в табл. 3.4 приведены контуры, по которым протекает ток коммутирующего конденсатора, и интервалы времени, на которых эти контуры существуют для режимов тяги и торможения.

Таблица 3.4 Интервалы существования контуров коммутации

 

Интервал

Режим тяги

Режим торможения

Примечания

Включаемый тиристор

Контур

Включаемый тиристор

Контур

te-t1

V3

C-L1-V1-V3-C

V4

C-V4-V2-L1-C

---

t1-t2

---

C-L1-V5-V3-C

---

C-V4-V6-L1-C

tобр

t2-t3

---

C-L1-V6-GB-V3-C

---

C-V4-GB-V5-L1-C

---

t3-t4

---

ie=0

---

ie=0

---

t4-t5

V4

C-V4-V6-L1-C

V3

C-L1-V5-V3-C

---

t5-t6

V1

C-V4-GB-V1-L1-C

V2

C-L1-V2-GB-V3-C

---

Условия для выключения соответствующего основного тиристора, т. е. VI или V2 (рис. 3.3) в зависимости от режима, существуют (это видно из диаграммы процессов коммутации на рис. 3.4 на интервале времени, когда ток коммутирующего конденсатора превышает ток нагрузки. При этом к тиристору приложено напряжение обратной полярности; в табл. 3.4 этот интервал обозначен tобр. Отметим, кроме того, что по диаграмме процессов коммутации включение основных тиристоров VI или V2 задержано по отношению к моментам включения зарядных тиристоров К4 или V3. Соответствующее время задержки tзад отмечено в табл. 3.4. Такой порядок включения тиристоров существенно уменьшает коммутационные потери энергии в силовом преобразователе и тяговой батарее. Сущность этого метода поясняется ниже.

Величины индуктивности L1 (рис. 3.3) и емкости коммутирующего конденсатора С выбираются по условию надежного выключения тиристоров VI или V2. Следует заметить, что необходимость в достаточно сложном контуре коммутации, содержащем два вспомогательных тиристора, батарею конденсаторов и индуктивность, заметно сказывается на экономических показателях рассматриваемого варианта электропривода. Указанные элементы

определяют примерно половину стоимости силовой части преобразователя, или около 20-25 % его полной стоимости.

Транзисторный преобразователь возбуждения, работающий в широтно-импульсном режиме с относительно высокой частотой коммутации, обеспечивает быстродействующее регулирование тока возбуждения двигателя, что необходимо для обеспечения устойчивости электродвигателей независимого возбуждения при больших токах якоря, когда возникает сильно действующая реакция якоря. В этом режиме ток возбуждения должен регулироваться таким образом, чтобы скомпенсировать действие реакции якоря.

Регулирование тока якоря двигателя с помощью силового преобразователя СП производится в первой зоне работы тягового двигателя, когда напряжение на его якоре меньше, чем напряжение батареи

image006

причем у < 1

При увеличении частоты вращения двигателя со напряжение U„ становится равным UB, т. е. у = 1. Коммутация тиристора VI прекращается, и дальнейшее увеличение частоты вращения производится за счет ослабления магнитного потока возбуждения двигателя Ф или тока возбуждения двигателя с помощью преобразователя возбуждения ПВ. Таким образом, во второй зоне работы тягового двигателя потери на коммутацию тиристоров в силовом преобразователе отсутствуют и остаются только статические потери энергии в открытом тиристоре VI.

В режиме торможения также существуют две зоны работы тягового двигателя. В зоне больших значений частоты вращения увеличение магнитного потока возбуждения двигателя переводит его в генераторный режим работы, так как напряжение на якоре двигателя становится больше ЭДС батареи. От двигателя к батарее при этом протекает ток

image008

где АЕ3 - повышение напряжения батареи при заряде; R3 - суммарное сопротивление цепи заряда батареи.

По мере снижения скорости ток заряда батареи также начинает уменьшаться и при граничной частоте вращения двигателя image010

image012

становится равным нулю.

Однако для сохранения тормозных свойств и улучшения энергетики еще при image010> image010’ начинается периодическое включение тормозного тиристора V2, который/замыкает цепь якоря двигателя через дроссель Др. В замкнутом контуре М-Др-V2-М происходит нарастание тока под действием ЭДС двигателя в соответствии с уравнением

image014

где RT - суммарное сопротивление этого замкнутого контура.

Интервал замкнутого состояния контура (по табл. 3.4) t5 - t1 соответствует режиму динамического торможения двигателя. Затем в момент времени t0 происходит включение тиристора V4, и под действием обратного напряжения конденсатора С на интервале t1 - t2 тиристор V2 выключается. В этот момент ЭДС двигателя и ЭДС самоиндукции, определяемая в основном индуктивностью дросселя Др, оказываются в сумме больше, чем напряжение на батарее, и через вентиль V5 начинает протекать ток в батарею. Возникает режим рекуперативного импульсного торможения, длительность которого image016зависит от начальной энергии, накопленной в индуктивности дросселя и отдаваемой в батарею согласно уравнения баланса энергии (без учета потерь в резистивных элементах)

image018

где iт (t2), iт (t2 + image016)- соответственно начальное и конечное значения тока через дроссель Др.

Средний тормозной момент на валу двигателя оказывается равным

image020 (3.2)

считая, что за период коммутации силового преобразователя магнитный поток не успевает измениться.

По мере снижения частоты вращения двигателя соотношение между длительностью интервалов image016и t5 - t2 изменяется за счет уменьшения интервала импульсной рекуперации энергии в батарею и увеличения интервала динамического торможения (пока интервал рекуперации не станет равным нулю). Режим динамического торможения в конце концов становится непрерывным, т. е. тиристор V2 продолжает оставаться все время открытым, однако область существования этого режима и его роль в энергетике и управлении электромобилем достаточно мала. В связи с этим зону существования этого непрерывного режима обычно объединяют с зоной импульсного торможения и не рассматривают в виде третьей зоны.

 

 

Проверено корректором: 
no

Комментарии

Отправить комментарий

Содержание этого поля является приватным и не предназначено к показу.
  • Адреса страниц и электронной почты автоматически преобразуются в ссылки.
  • Доступны HTML теги: <a> <em> <strong> <cite> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd>
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.

Подробнее о форматировании

CAPTCHA
This question is for testing whether you are a human visitor and to prevent automated spam submissions.
Image CAPTCHA
Enter the characters shown in the image.