Автор: Бойчук Л.М.   Костенко Ю.В.  

Теги: электротехника   автоматизация   электрические машины   теория автоматического управления   асинхронные двигатели  

Год: 1967

Похожие

Устройство, накладка и эксплуатация электроприводов металлорежущих станков

Электрический привод

Общий курс электропривода. Для студентов вузов

Общий курс электропривода

Текст 
                    В кни.rе рассмотрены бескон­
тактные реверсивные и не­
реверсивные схемы управле­
ния двух- и трехфазными
асинхронными электродвига­
телями с использованием маг­
нитных усилителей, сериес­
ных трансформаторов, тран­
зисторов и тиристоров. При­
ведены краткие характери­
стики бесконтактных элемен­
тов и асинхронных двигате­
лей, применпемых в этих
схемах. Даны рекомендации
·по выбору параметров опи­
санных схем.
Книга рассчитана на инже­
не рнр-технических работни­
ков, , занимающихся прое:кти­
рованием и эксплуатацией
автоматизированных электро­
приводов.
./


n. М. 6ойчук,
Ю. В. Костенко
&·есконтактнь1е
схемы
автоматическоrо
_ управпения
асинхроннь1ми
двиrатепями
Киев
1987


6П2. 15
Б77
УДR 621,313.333
Рецензент Л. А. Радченко~ нанд. техн. наун
Реданция литературы по энергетине, элентро­
нине, кибернетике и связи
Заведующий редакцией инж. Р. П. Рак
3-3-13
117-67
ХАРЬКОВСКАЯ КНИЖНАЯ
ТИПОГРАФИЯ «КОММУНИСТ»
•


ПРЕДИСЛОВИЕ
Основным типом привода промышленных меха­
низмов в СССР является электрический привод,
который потребляет около 70 % вырабатываемой
электроэнергии. Большая часть этого потребления
прихqдится на электроприводы переменного тока с
асинхронными двигателями, получившими наиболее
широкое распространение в промышленности. В связи
с этим вопросы совершенствования этих приводов
приобретают первостепенное значение.
R современным системам электропривода предъяв­
ляются все более возрастающие требования по удоб­
ству управления и обслуживания, надежности и
простоте нопструкции, - малой мощности сигналов
управления и др. Наиболее полно этим требованиям
удовлетворяют бесконтактные автоматизированные
электроприводы с асинхронными двигателями, вы­
полненные с применением магнитных усилителей,
сериеспых трансформаторов, транзисторов и тири­
сторов.
В последние годы как в пашей стране, так и за
рубежом появилось большое число работ, посвящен­
нъrх бесконтактным схемам уnравления и опубли­
кованных, в осн·овном, в периодической печати.
Цель написания настоящей книги - ознакомить чи­
тателя с основными и персnективдыми схемами,
методами расчета и выбора их элементов .
Особое внимание уделено новой констру1щии
асинхронного двигателя с индукционным роторным
сопротивлением, применение которого дает возмож­
ность создать бесконтактные системы привода
с широким диапазоном регулирования скорости
при высокой жест1<0сти статических харантеристин.
В книге приведены также оригинальные схемы
3


динамиqесI{ОГО торможения асинхронных двигате-
лей с применением тиристоров. _
При работе над 1шигой были исnодьзованы ре з уль­
таты работы авторов в Институте электротехюши
АН УССР и Институте . кибернетю{и АН УССР.
Авторы выражают свою признательность 1шнд.
техн. наук Л . А. Радченко, сделавшему ряд ценных
замечаний при рецензировании рукописи.
Все замечания и пожелания просим направлять
по адресу : Киев , 4, Пушr.инсr.ая, 28, издательство
«Texнir.a» .


1.
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
БЕСКОНТАКТНЫХ СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ
АСИНХРОННЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ
1. МАГНИТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ
Широкое и разнообразное применение магнитных
усилителей в различных системах автоматики, и в
·частности в автоматизированном электроприводе, обу-
, словлено ценнь1ми качествами, присущими этим усилите ­
лям. Основные из них: высокая надежность в эксплуа­
тации, практически неограниченный срок службы, большая
стойкость к ударным нагрузкам и вибрациям, постоянная
готовность к работе, отсутствие электрической связи
между входными И выходными цепями, ВОЗ]\ЮЖНОСТЬ
суммирования большого _количества сигналов, не связан­
ных электрически . .
В системах электропривода переменного тока магнит­
ные усилители используются как для целей суммирования
и усиления управляющих сигналов (как входной каскад
усиления в много1{аскадных схемах), так и для работы
в качестве выходных каскадов, включенных в статорную
или роторную цепь _ асинхронного двигателя. -Кроме того,
магнитные усилители могут использоваться в качестве
бесконтю<тных реле, измерительных элементов, для соз ­
дания нелиней:н:ых обратных . связей. -
В автоматизированном электроприводе переменного
тона · используются разнообразные схемы магнитных уси­
лителей. Применяются схемы одно- и трехфазные, реl!ер­
сивные и нереверсивные, с выходом на переменном и
п9стоянном токе. Использование Rаждой из этих схем
обусловливается ее особенностями и требованиями, предъ­
являемыми к электроприводу.
.
Простейший тип магнитного · усилителя - дроссель
.
насыщения (рис. 1, а*) - имеет очень малый Rоэффициент
усиления. _В настоящее время дроссели насыщения при­
меняются в системах автоматизированного электропри­
вода только в Rачестве выходных Rасr<адов, управ-
* На рис . 1, а и 2 об.мотни управления .магнитных у_сили­
те~ей :це nоr{азаны.


ляющих относительно мощнь~:ми двух- и трехфа3ньпv1и
асинхронными двигателями. ·
Высокое значение коэффициента усиления :магнитного
усилителя можно получить при исполь3овании об:мот1ш
положительной обратной свя3и по току нагру3ки (рис. 1, 6)
или включением выпрямителей в цепи нагрузочных об­
моток (са:монасыщение) · (рис. 2, а). При исполь3овании
первого способа снижается 1с п. д. и увеличиваются габа­
риты усилителей. :Кроме того, при включении в цепь
нагрузки индуктивного сопротивления обмотки обратной
свя3и уменьшается линейность нагру3очной характери­
стики магнитного усилителя lн = f (1 у)- Второй способ. -~
а
Рис. 1. Схемы магнитных
усилителей:
а - дроссель насыщения; 6 -
магнитный усилитель с внеш­
ней обратной связью по тону
нагрузни.
Рис. 2. Схемы однофазных уси­
лителей с самонасыщением.
не имеет этих недостатков.
В настоящее время применя-
ются в основном :магнитные
усилители, выполненные по схемам с самонасыщением,
ПОСКОJIЬКУ эти схемы дают ВО3МОЖНОСТЬ получи т ь мак­
симальное :щачение коэффициента усиления при мини­
мальных габаритах.
На рис . 2* приведены наиболее распространенные
схемы одн_офа3ных магнитных усилителей с самонасыще ­
нием. Схема на рис. 2, а дает во3можность получить
переменное напряжение на· нагру3ке. Для получения вы­
прямленного напряжения на нагрузке применяются схемы,
показанные на рис. 2, б и в. При выборе схемы рис. 2, б
или 2, в необходимо учитчnать их особенности - для
первой требуется меньшее кош1чество выпрямителей, а
6


вторая характеризуется большей крутизной рабочего
участка зависимости lн = f (/у) [31]. Кроме того, схема
на рис. 2, в исключает влияние характера нагрузки на
режим работы магнитного усилителя. Поэтому при работе
с индуктивной нагрузкой в цепи вьшрямленщ1го тока
:магнитный усилитель нужно включить по схеме рис. 2, в.
Если магнитный усилитель включен по схеме рис. 2, 6,
то индуктивность нагрузки может быть скомпенсирована
шунтированием нагрузки достаточно большой емкостью
или включением параллельно нагрузке цепочки RC с
параметрами:
.
Lн
R=Rн;С=2•
RH
В качестве вентилей В1 , и В2 могут быть использованы
селеновые, германиевые или кремниевые выпрямители.
Для определения количества выпрямительных элементов
в этих вентилях ·необходимо знать величину обратного
напряжения И обр и среднее значение тока через вентиль
Icp• Величию~. обратного напряжения, приложенного
к вентилю в течение нерабочего полупериода, зависит
от схемы включения усилителя. В схемах на рис. 2, а
и· 6 обратное напряжение на вентиле В1 зависит от пара­
метров усилителей и выпрямителей. Величина Иобр на
вентиле В1 в цепи нагрузочной обмотки, сердечник кото­
рой не насыщен, определяется падением напряжения на
нагрузочной обмотке с насыщенным сердечником и сое­
диненном с ней последовательно отпертом вентиле. В про­
межутки времени, когда оба сердечника не насыщены,
величина Иобр равна разности ме~нду напряжением , источ­
ника питания Ис и э. д. с. нагрузочной обмотки. Эта раз­
ность во много раз меньше напряжения источника питания.
В практических схемах вентиль В1 следует выбирать на ·
напряжение, равное падению напряжения на активном
сопротивлении нагрузочной обмотки. Для усилителей
:мощностью 100 вт и выше это падение напряжения не
превышает 10 % величиньi напряжения источника питания.
При выборе вентилей В1 необходимо учитывать, что
в течение первой половины периода после подключения
:магнитного усилителя к источнику питания э. д. с. на­
грузочной обмотки равна нулю, а обратное напряжение
на этом вентиле -- напряжению источника питания. По­
этому, . если применяются выпрямители, допускающие
кра тко~ременные перенапряжения (селеновые), · вентиль
7


В1 (ноличест:во выпрямительных элементов, внлюченных
·последовательно) следует выбирать на напряжение, рав­
ное падению напряжения на антивном сопротивлении
цепи нагрузочной обмотки. При использовании выпрями­
телей, не допусRаIQщих кратковременных превышений
обратного напряжения (германиевые или Rремниевые),
вентиль В1 необходимо вы-
lolfp1 брать на максим·альное значение
fodp1<fo6p2
о
fy
напряжения источника пита­
ния.
Для вентилей В1 в схеме
рис. 2, в, а таюне для вентилейВ2
в схемах рис. 2, бив _МаI{сималь­
ное Gбратное напряжение рав-
но максимальному значению
напряжения источника пита­
ния. Практически в результате
падения напряжения в цепях
нагрузочных обмотсш обратное
напряжение на этих вентилях
на 10-15 % меньше напряже­
ния источника питания [34].
Рис. 3. ХараRтеристини ма­
гнитного усили'Геля с само- ·
насыщением при различ­
ных значениях обратного
1_:oRa выпрямителей.
Выпрямители в схемах на
рис. 2 выбираются по среднему
значению проходящего через них тока Icp• Для выпря­
мителей В1 в схеме рис. 2, а
/
/ер= 2,
где / - действующее значение тона нагрузни.
Для выпрямителей В1 и В2 в схемах на рис. 2, бив
1н.ср
lcp =-2-'
где lн.ср-среднее значение выпрямленного TOKlf нагруз1ш.
При выборе - типа выпрямителя необходимо учитывать
требования, предъявляемые R еге электрическим характе­
ристинам в зависимости от роли вентиля в схеме усиJ.Iи­
теля. Вентиль В1 в схемах магнитных усилителей с са-мо­
насыщением, . поrшзанных на рис. 2, является существен­
ным элемент()м схемы, определяющим характеристини
магнитного усилителя. В прямом направлении этот вен­
тиль должен пропуснать полный ток нагрузки при не­
значительном падении напрюi,ения ца нем, :цоскольну


наличие сопротивления выпрямителей в проводящем на­
правлении снижает 1с п. д. схемы и вызывает перегрев
выпрямителя. Обратный ток выпрямителя I обр должен
быть мал по сравнению с намагничивающим током уси­
лителя. В противном: случае, размагничивая сердечники,
обратный ток выпрямителей уменьшает коэффициент уси-
!н,ма !
BDD
11
700 _1 ,..-
_ !!.fjEB
/400
fЗ__Q
л- 25
1 14-о;,..- 1... --
1/зоо~
,22..
/5
i/200_
,,lflo'o
11, 1
2,Оiб 1.2 о.в 124- о Q4- ав 1,2 lу,ма
а
lн,а -
"R11•2Do
'в
/;
24-
tJ~
l?n
1/
4-D
5
V4-
1/з
б2
J2
/
мо,за2а1 о0,1 0.2о,з0,4.Iy,а
.6
Рис . 4. ·характеристики магнитного усилителп с самона ­
сыщением при изменении:
а - напряжения источнииа питания; б - сопротивления нагрузии.
ления и максимальную выходную мощность магнитного
усилителя. Чем больше величина обратн0го тока выпря­
мителя по сравнению с намагничивающим током, тем
значительнее уменьшение I{оэффициента усиления (рис. 3).
При выборе типа выпрямителей для схем магнитных
усилителей с самонасыщением следует- помнить, что се­
леновъ1е выпрямители по сравнению с германиевыми
имеют большое сопротивление в проводящем направле­
нии Й, что ·особенно важно, большую величину обратного
тока (табл. 1, 2, 3, 4).
Вентили -_ В2 в схемах на рис. 2, (j и в используются
для выпрямления тока нагрузки и не влияют на процессы
в магнитной цепи усилителя. Относительно бол-ьmой
к .. п. д. и небольшие размеры, приемлемые температурные
характеристики в сочетании с _высокой надежностью -
требования, предъявляемые к вентилям В2 •
Нагрузочная характеристика I н =f (Iу} магнитного
........
усилителя зависит от напряжения источника питания и
сопротивления нагрузки. Характер . этих зависимостей
цоказан на рис. _ 4, где приведены нагрузочные: хара~{тери-


стики , полученные экспериментально для серийных усили­
телей ТУМ-АЗ-11 (рис. 4, а) и -УМЗП 25.50 .31 (рис. 4, 6).
Для регулирования напряжения на статоре трехфаз­
ного асинхронного двигателя применяется трехфазный
магнитный усилитель или три однофазных усилителя,
собранные по трехфазной схеме, показанной на рис. 5*.
Выпрямители В в этой схеме вы9ираются так же, как
выпрям:ители В 1 в схеме рис 2, а.
В системах автоматизированного электропривода при­
меняются . двухтактные (реверсивные) магнитные усили­
тели. Выходное напряжение та ­
ких усилителей изменяет свою
полярность (при выходе на по­
стоянном токе) или фазу на
180° при изменении знюш
управляющего сигнала.
~
'v
Рис. 5. Схема трехфаsного уси­
лителя с самонасыщением.
!'у
ь
1
1
1
а'
-
-=-
=-=="'--
,---
1
1
1
1
с
!'у
2
Рис. 6. Хара~перистики
одно- и двухтактного маг­
нитных усилителей.
Простейшие двухтю{тные магнитные усилители пред­
ставляют собой два однотактных усилителя, включенных
встречно на общую нагрузку. Обмотки управления одно ­
тактных усилителей включаются таким образом, чтобы
при появлении на входе сигнала управления определен­
ной полярности насыщались _ сердечники одного усили­
теJrя и размагничйвались сердечниrш другого. При из­
менении полярности сигнала управления намагничиваю ­
щие силы обмоток управления однотактных усилителей
направлены в обратную сторону и фаза напrяжения на
нагрузке изменяется на 180°.
* На рис . 5 обмотки управлении магнитных усилителей не
покаsаны.
10


На рис. 6 •приведены характери-
....,
стики (1 и 2) однотактных· магнитных S!
усилителей. Характеристика двух- [
тактного усилителя (abcd) получена " lci
при определении ра:шости токов на ~
выходе однотактных усилителей для
различных значений тока управле­
ния. Построенная характеристика
имеет зону нечувствительности (Ьс),
в которой при изменении тока управ­
лениявпределахотО до ±1~ток •
в нагрузке равен нулю. Применяя
начальное подмагничивание (смеще­
ние), можно переместить характери­
стию1 однотактных усилителей по на­
правлению к оси ординат TaI{, что
зона нечувствительности в характе­
ристике двухтактного усилителя ис­
чезнет (рис. 6, штриховая . линия).
• Неидентичность однотактных маг­
нитных усилителей, из которых со­
стоит двухта~{тный, приводит к тому,
что при отсутствии сигнала управле­
ния ток в нагрузке двухтап:тного
усилителя не равен нулю. Подбором
соответствующих величин токов сме-
- щения
в каждом • однотактном уси­
лителе можно устранить и этот не­
достаток.
Для управления асинхронными
двигателями: используются и ·более
сложные схемы двухтактных усилите­
лей, подробно' описанные в работе [12].
В СССР широко применяются маr-
нитные усилители двух . серий: · ТУМ
и УМП [27, 28].
1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ
Полупроводниковые дио­
ды применяются в автоматизиро­
ванном эле1{троприводе переменного
то1{а, главным образом в схемах
С>
С>
.. .,.
х
С>
С>
С>
С>
""х
С>
s
С>
С>
cs,
х
С>
s
С>
С>
-
х
С>
С>
С>
о,
х
о
о,
.,,
t-
x.,,
t-
0
""х
С>
""
о
.. .,.
х
С>
.. .,.
С>
""х
о
""
о_
00
,.
о
,~,
о
..,;
о
c--i
и:,_
-
..
"!.
-
ф
о
м
о
и:,
-
о·
и:,
t-
о_
о
""
о
о·
,is:
о
~
~~
о
• is:
S! о.
•
Q)
i,;~Q)
о ;;,, ::.
Е--< 1:; Q)
о,<
~ (.)
11


др о сс ельного эле1,тропривода (магнитные усилители с с а­
мо н а сыщени ем), а также в различных схемах управления
(л оги ческие схемы и т . д.). ' В основном применяются се­
ле н о вые, германиевые и кремниевые диоды.
С е леновые вып р я м, и те ли (СВ) отличаются по
вел пчине переменного напряжения на один элемент (20-
25 -30 -35 -40-45 в) и допустимому значению выпрям­
л енного тока (0 ,04-8 а), причем величина выпрямленного
тока зависит толыю от полезной площади элемента
(табл. 1) . Селеновые выпрямители надежно работают при
по сл едовател ь ном соединении, допусrшя суммарное на­
пряжение до тысяч ампер, т. е. применяются в диапазоне
мощно стей от долей ватта до 10-15 1iвm. Селенi>вые вы­
прямит ели используются в интервале температур окру­
ж ающего во з духа от -60 до , +35°С, причем с пони­
ж е ни е м температуры (по сравнению с +20° С) увеличи­
вают ся прямое напряж~ни е (незначительно) и обратный
ток; при повышении температуры , прямое напряж~шие
уменьшается, а обратный то1" изменяется (незначительно).
Се леновые вентили устойчивы к 1, оммутационным
пер е напряжениям и перегрузкам, ~то объясняется боль­
шой площадью запирающего слоя и способностью <<само­
во сст ан а вливатьсю> после пробоя. Допустимые перегрузки
по ток·у з ависят от их длительности и могут быть в не­
ск о лько раз больше номинальных нагрузон (двухнрат­
н а я - в течениё 250 ce1i и десятикратная - 12 ce1i). Пря­
мое падение напряжения не превьп:1:ает 1 в на один
элем ент [35].
Германиевые и I<ремниевые диоды по
с равнению с селеновыми обладают следующими преиму­
ще ствами : а) меньшим падением напряжения (больший
к . п. д); б) большей допустимой величиной обратного
напряжения ; в) относительно меньшими размерами ripи
одной и той же мощности; г) меньшей величиной обрат­
ного т~ка. Однако гер:~чаниевые и кремниевые диоды
менее устойчивы I< номмутационным перенапряжениям
и перегрузкам и •1:ребуют специальных схем для их по­
следовательного и параллельного соединений.
Особенностью расс:r.:rатриваемых диодов является то,
что с повышением 01,ружающей температуры у герма­
ниевых диодов незначительно увеличивается прямой ток
и резко увеличивает с я обратный, а пробивное обратное
напряжение уменьшается. У нремни е вых диодов прямой


ток почти не зависит от температуры, обратный тоR
увеличивается относительно медленно, а пробивное на­
пряжение МQЖНО считать неиз.менным [35] .
Предельно допустимые эксплуатационные данные наи­
более распространенных типов диодов, их допустимые
перегрузки, условия охлаждения, величины последова­
тельных и шунтирующих сопротивлений при параллель­
ном и последовательном соединении диодов представлены
втабл.2,3,4.
Для повышения надежности надо избегать применения
диодов в режимах, сочетающих предельно допустимые
температуру, напряжение и ток. Рекомендуется все ди­
оды применять при обратных напряжениях, не превы­
шающих 80% предельно допустимого.
Т ран з ист о р ы. В схемах приводов транзисторы
наиболее целесообразно применять в режиме ключа, т. е.
в любой данный момент времени транзистор заперт либо
полностью открыт. В каждом из этих режимов :мощность,
рассеиваемая транзистором, относительно невешша. Тран­
зистор в режиме 1шюча отличается высоким значением
ICП.Д,
.
Рн
'1/ = Р = 0,96+0,99
с
и коэффициента иепользования
•
,
Рн
kи=V- = 40+100,
пот
где Рн - максимальная мощность в нагрузке;
Ре - максимальная мощность, потребляемая из сети;
Рпот ·- максимальная мощность, рассеиваемая на тран­
зисторе.
В результате низкого значения Рпот в некоторых
случаях отпадает необходимость в охлаждающем радиа­
торе. Кроме того, транзистор в режиме нлюча имеет
'хорошую температурную стабильность. Совреме_нные мощ­
ные плосностные транзисторы, например типа П4 и П207,
в ключевом режиме могут коммутировать мощность до
300 вт (П4) и д9 2 квт (П207) [5].
Если транзистор работает в режиме ключа, то его
ток и напряжение не должны превышать максимально
допустимых значений (должны быть меньше примерно
13


-
"" Гер~шниевые диоды (мощные)
1ср тах• а
Тип диода
Иобр max, естест-- ,
1 обр, Допускаеман Параллельное Последовательное
в
венное обдув ма
перегруа:ка
соединение
соединение
охлажде- 21,5
ние
...tt сек
ВГ-10-15
15
4
10
10
Шунтирующие
ВГ-10-30
30
4
10
10 50авте-
Последова- сопротивлении
ВГ-10-50
50
4
10
10
чепие
тельные со- 2-3 KOJ.t на 100 в
ВГ-10-80
80
4
10
10
О ,2 cer.
противлении
обратного
ВГ-10 -100 100
4
10
10
0,01-0,02 OJ,t
напряжении
ВГ-10-150 150
.4
10
10
ПГ-50-15
15
20
50 50
ВГ -50-30
30
20
50 50
ВГ-50-50
50
20
50 50 180авте-
То же
1кoJ.tна100в
ВГ-50-80
80
20
50 50
чение
обратного на-
ВГ-50-100
100
20
50 50
0,25 сек
nрижения
ВГ -50-150
150
~о
50 50
Германиевые ДИ{)ДЫ (малой и средней мощности)
Тип / 'ер• 1 Иобр• 1 Iобр• 1 Допускаемая 1
диода
а
8.
~ ti<a
перегруэнi
Д7-А 0,3
50 100 1а в течение
Д7-Б
0,3
' 100 100
0,1 сек
Д7-В
0,3
150 100
Д7-Г
0,3
200 100
Д7-Д
0,3
300 100
Параллельное
соединение
Последователь-
ные сопротивления
2-4 OJ.t
'
Последовательное
соединение
Шунтирующие со-
противления 100 кoJ.t
на 100 в обратного
напряжения
Таблица 2
Охлаждение
Ес~ествеиное
и воздушное
принудительное
То же
Таблица 3
Охлаш )Уi нпе
Естестμепное


....
и,
Д7-Е
0,3 350 100 1 а в течение Последовательные Шунтирующие со- Естественное
Д 7-Ж 0,3
400 100
0,1 сек
сопротивления
про тивления 100 кo.;ii
2- 4 0,;ii
на 100 в обратного
,
на п ряжения
Д 302
1,0
200 1000
1,5 -:кратная Подбор по вели-
10-15 кo.;ii на 100 в Медный ра - 40
Д303
3,0
150 1000 перегрув:ка в чине прямого паде - обратного напр я же- диат9р толщи- 60
Д304 5,0
150 300 0 течение 5 сек ния напряжения
ния
ной 3 ;н,11 иди- 80
Д305 10,0
50 3000
аметром, ,;ii,;ii 155
.
Д1001
0,1 2000 150
6-:кратная
То же
4,0 - 4,5 кo,;ii при Естественное
Д1 0 01А 2х0 , 1 2х 1000 150 перегрув:ка в
амп литуде обратно -
Д1002
03 2000 300 ·течение чет-
го напряжения ДО
Д1002А 2х'о,3 2х 1000 300 верти перио-
6кв
Д1 003А 2хО,3 2х500 300 да
Д1602А 1 0,3 1
Д1602Б 0,3
Д1602В 0,3
20011001 1автече-
300 100 ние 0,1 сек
400 100
То же
50кo.;iiна100воб-,
ратного напряжения
То же
,:::1..iaoo~..iaш..ia=~~~~==~t:DH ~*~..iaнoo:,,:..ia=~
оФОФФ~Ф оФ~Р>~о::,,::,,~
н Р:,=Ф=~Ф=о
=Ht:D:,,:=Ф==t:,j~~~~nn 0 P> =~П=~П~=~~
'<Р>Р>о=:,,:=::,, ~ho~нn = -
~..~а'<~ н о=· я
ПОН~~Н~~Ор:,Р>>.!аh~~~00,;-=
Р:,Ф_
=·,;::~ф
=
HJ:1~Ф='g ::,,н=о=g;- t;j~§=oo- ~
Oc5~~:::1g
==
=P>:J:::iн:,,: =J:1" == : :, ,
~п=п==~он
;нt:D~jgo~ l ~iн~P>;~~ ~o~g ~~• . .ia~;
Ф ~Ф~• ::,:-~ о:,!:!::
~ О'<~Оr-1)О=Н'<t:,jО'=р:,О
ф~~~g::,,oнns=~s;t:D§~ ~~00~~~~
~=~~О~ ~:J:::iHi5ФP>"g = =•
~~=§:с'~Ф~
о~= n~t:D=o~,:::1~:J:::lн ..ia= ~
оn=н ~~n~
~Ф~=Н
~
+ ::,,
-==
ФР>'< *:,,:'<=
~~ Р>
R,:::1::,,n='<
~ =!:!::Н::,,!:!:: =: , ,::: , ,
Ф0о oot:D
'<~
~Ф"==t:D~ФФ; ~=Ф~=~н н . ~ t:D=н=t:DФ
n~-
ОНФФооО , .-. ._
р:, ~~р:,Р>
о ФР,~ ф=
H~n ~
~==
0 ~:J:::looo=O
:J:::I~
t:D~=~. .ia::,,~ ~t:D
-= ~9~~~~1;'D9~7§s;, ~-~
~: ~о/~~~::;:о/ 1;-1 1;<
n ..ia~~J:1н=(""):J:::I * = ::=:,,: = t:D
ФР>Р>ФО~~О
t:т'Р>П:S::
~~ ~=
,.. ~ =Ф ~~ =:S::::;,:,N
оФО=>'<::,0 ,:::10':>"'-
~~
~ o o..ia~=
'<оФ ~::,,
~
~р:,: ~=~Ф~:,,:~*~~~
S:,,:
=
оо~н- ~Р>Ф~,:::1::,,
~'~
~t:,j~~оно~:~~
t:D..ia=~ФoHO>.ia=ф h=
=:,,:s,,Ф*:J:::i~:,,:::,,n
=оо
~'<::,,Оv=ФФ 1 nН ,:::10
~О ~:,,:~
Н 0 Ос,ОПС>
=
=о=,.. ;;::
~ =но
Оo~'g~~~H:J:::i~Оg'< =О
~~О Н
s,,?O::,,t:xl~~':-". .g'
...
~н оо== Nt:Dt:DФ= ::,,
>-<р:,О
P>l"oo
~~- ,:;а,
=
n:J:::i Ф·= n = ..ia ел~~ Ф ~ ""'*
он=~::,::!:!::nн~ФФ=о::,,Ф
:S::c t,-t..-30, 110• t-31 1Ф1 •


';;; Кремниевые диоды
Тип 1
диода
lcp ~ах• 1 Иобр8n~ах• 1
Д202
0-,4
100
Д203
0,4
200
Д204
0,4
300
Д205
0,4
400
\
Д206
0,1
100
Д207
0,1
100
Д208
0,1
300
Д209
0,1
400
Д210
0,1
500
Д211
0,1
600
Д 214
5
100
Д214А
10
1{)0
Д215
5
200
Д215А
10
200
Д217
0,1
1
800
Д218
0,1
100 0
Д221
0,4
400
Д222
0,4
600
1 обр,
..-и n:а
500 .
500
500
500
100
100
100
100
100
100
3000
3000
3000
3000
50
50
50
50
Допускаемая
перегрузка
6-кратнан
перегрузка в
течение 0,5 сек
10-кратная
перегрузка в
течение 0,5 сек
3 - кратнал
перегрузка в
течение 0,5 сек
Параллельное
соединение
Последова-
тельные сопро-
тивления 5- 8 ом
Последова-
тельные сопро-
тивления 50 0.1,
Подбор по ве-
личине прямого
падения напрл-
женин
1
Последователь- /
ное соединение
Шунтирую-
щие сопротив-
ленин 70 ко.1t
на 100 в обрат-
ного напряже-
нин
100 ко.1, на
100 в обрат-
наго напря-
жения
10- 15 KO.\t
на 100в об-
ратного на-
Таблица 4
Охлаждение
Естественное с
радиатором толщи-
ной 1 мм и плаща-
ДЫО 40 С.1! 2
Естественное
Естественное с
радиатором толщи-
ной 3 м.1~ и плаща-
пряжения
• ДЫО 25- 50 C.lt2
Нет данных I Последова-
1
Шунтирую- ~ Естественное
.
тельное сопро-
щие емкости
тивление 5 o.1i
50 пф
))
))
По с ледова-
70 ко.1~ на
.
Естественное с
тельное сопро-
100 в обратно- теплоотводом TOJI-
·тивление 8 o.1i
го напрнже- щиной 1 ,1! .1! и пло-
ния
щадыо 40 c ,1i2


"-'
8<О
,-, .
-.:i
Д2 24
Д224А
Д224Б
Д226
Д226А
. Д226Б
Д226В
Д229А
Д229Б
Д230А
Д230Б
Д231
Д231А
Д231Б
Д232
Д232А
Д232Б
Д233
Д233А
1
5
101
2
0,3
0,3
0;3
0,3
0,4
0,4
0,3
0,3
10
10
10
10
10
10
10
10
'
50
50
50
400
300
400
300
200
400
200
400
300
300
300
400
400
400
500
500
3000
3000
3000
30
30
100
100
50
50
50
50
3000
3000
3000
3000
3000
3000
3000
3000
-
--
))
>)
Нет данных
10 - 15 KOJlt
Е стес твенное с
па 100 в обрат- теплоотводом тол-
щиной 3 JltJlt и · пло-
наго напряже -
ния
ЩаД ЬЮ .10- 50 CJlt 2
1 а в тече- Последователь- Нет данных
Естественное
ние 0,1 сек
ные сопротивле-
ния 5 OJlt
при
суммарном тоне
ДО0,6а
6 - нратпая
Последова-
Шунтирую- Естественное с
перегрузка
тельные сопро - щие емкости теплоотводом тол -
тивления 8 о.лt 50пф
щиной 1 JltJlt и пло -
щадью 40 с.л~ 2
1Нетданных1 Тоже
То же
Естественное
»
»
Нет данных
10- 15 KOJlt
Естественное с
-
на 100 в об- дополнительным
ратного на- теплоотводом
·пряженил


-
00
Тип
диода
Д242Б
Д243Б
Д244
Д244А
Д244Б
Вl{-10
ВН-10
ВН-10
ВН-25
ВН-25
ВН-50
В!{-50
ВН-50
ПВН-10
ПВН-50
ПВН-100
ПВК-200
/ Icp J;iax• /И обр ~ах, /
2
100
2
200
5
50
10
50
2
50
10
50-400
15
50-400
20
50-400
15
50-400
25
50-400
25
50-400
50 ' 50-400
100
50-400
10
100-600
50
100-600
100
100-600
200
100-500
1 обр•
мка
2000
3000
3000
3000
3000
4000
4000
4000
10000
10000
20000
20000
20000
'
Нет
данных
Допускаемая
перегрузка
Нет данных
То же
2-кратная
перегрузка в
течение 5 сек
Параллельное
соединение
Нет д;~нных
-
Разброс по
прямому паде-
нию напряже-
вия не выше
0,02 в
То же
Продолжение табл. 4
Последователь- \
ное соединение
10-15 KOJlt
на 100 в обрат-
ного напряже-
н:ця
Нет данных
',
Шунтирую-
щие цепочки:
R=30-50 ом
С= 3-5.11!1,ф
Охлаждение
Естественное с
дополнительным
теплоотводом
Принуди-
о
тельное воз-
5
духом СО СКО-
15
ростью, м/сек
'
о
10
·о
5
15
То же
о
1,8
1,8
15


напряжения и температуру. Наименьшее допустимое зна­
чение напрю-н:ения ыежду · коллектором и эмиттером полу­
чаем в том случае, когда цепь базы от1щючена или об- ·
ладает высоким - сопротивлением для постоянного тока.
Для надежно'сти работы, особенно при повышенной тем­
пературе, сопротивление цепи базы должно быть сравни­
тельно небоJ1ьшим (не более нескольких тысяч ом).
Трап3исторы
Таблица 5
Тип транзистора
П4А
..
50
5
.. ;;;;15
П4Б
60
5
П413
35
5
П4Г
50
5
П4Д
50
5
П201
22
1,5
П201А
22
1,5
..;;;;100 •
П202
"
30
1,5
П203
30
1,5
,П207 .
40
25
il207A
40
25
-
П208
60
25
..;;;;5
П208А
60
25
П209
40
12
П209А
'
40
12
П210
60
12
.. ;;;;10
П210А
60
12
п213· .
30
5
П214
45
5
Нет данны х
П214А
45
5
П214Б
45
5
П215
60
5
В табл. 5 приведены предельно допустимые эк сплуа­
тационные данные и рекомендуемые сопротивления цепи
базы для наиболее распространенных типов германиевых
транзисторов.
2*
19


При эксплуатации -тран3исторов следует уделять боль­
шое внимание коммутации ими инду1,тивной нагру3ки .
Во и3 бежание получающихся перенапряжений трат13исторы
не обходимо отключать только при токе нагру3ки равном
нулю. Схемная реали3ация на магнитны~ элементах такого
принципа управления приведена, например, в работе [29].
Тран3исторы можно соединпть последовательно. В этом
случае они шунтируются сопротивлениями при выполнении
тех же треб,ований, ноторые предъявляютсJI н полупро-.
А
•
водниковым диодам. При этом
р
п
к
а
их цепи управления должны
быть электрически ра3ВЯ3аны
[21]. При параллельном со­
+ единении тран3исторов нёоб­
ходимо выровнять их мoщ­
(IJ,-. . . ,c::::J-------111+ ности рассеяния, что дости-
lн
гается в1,лючением сопротив ­
6
Рис . 7. Тиристор: •
лений либо в цепях ба3, либо
в цепях эмиттеров или кол­
леюоров [16].
а - структура; б
-
схема включе­
ния в цепь переменного тока .
Тиристоры. И3 элен-
тропривода т.иристоры вытес­
няют не толы,о вращающиеся преобра3ователи и элентро­
мащинные усилители, но и статичесю1е системы с ртут ­
ными выпрямителями и силовыми магнитными усилите ­
лями благодаря: постоянной готовности н работе, почти
полному отсутствию ухода, высоному н. п . д., ограничен­
ному сроку службы и небольшим габаритам.
Тиристор - это нремниевый полупроводниковый при­
бор, имеющий одновременно свойства тран3истора и пе­
реiшючающегося диода * . Достоинства тиристоров спо­
собствуют их широкому применению в приводах пере­
менного тока.
Крайние два слоя тири~тора проводимостью р- II п
являются соответственно анодом А и натодом К. К внут ­
реннему слою с проводимостью р- присоединяется управ­
ляющий элек1;род У (рис ._ 7, а) .
В схеме на рис. 7, 6 вентиль предна3начен для 3ащиты
тиристора от перенапряжений при номмутировании инду1,­
тивной нагру3I{И Zн,
* Существуют таюне тиристоры - германиевые управляемые
диоды, Rоторые, однаRо, находят ограниченное применение .
20


При отсутетвии тока управления тиристор заперт; при­
чем его сопротивление при этом очень высоно (рис. 8) .
Прямая ветвь вольт-амперной харантеристини фантичесни
представляет собой обратную характеристику центральн·ого
р-п-перехода. Превышение напряжения выше определенной
величины Ипер - напряжения перенлючения
-
вызывает
перенлючение прибора в проводящее состояние, причем
ток равен при этом Iпер• Прямая харантеристи1ш тиристора
при I > I пер является .типичной для I<ре:м:ниевого диода •
с :малым динамичесним
сопротивлением. Если
затем уменьшить то1<
нагрузни ниже I пер, то
' тиристор
возвратится в
закрытое состояние. На
этом основан принцип
работы тиристора при
двухэле1продном вклю­
чении. При трехэлект­
родном шшючении пря­
мая
характеристина Рис. .8. Вольт-амперные характе­
тиристора зависит от
ристики тиристора.
ве.тrичины тока управ-
ления iy (рис. 8). Увеличение тона управления уменьшает
значение Ипер• Обратная харантеристина тиристора яв­
ляется типичной для нремниевых диодов. При напряже~
нии, большем Иобр, наступает пробой тиристора. 3а ве-
Jiичину номинального напряжения принято Ином =
= О,5И обр•
•
/
Выпуснае:м:ые в настоящее время тиристоры имеют номи­
нальное напряжение до 400 в и тон до сотен ампер. Коэф­
фициент усиления по тону порядна 1000-2000, время
перенлючения до нескольних минросенунд, рабочий
диапазон температур от - 60 до +150° С, причем с уве­
личением температуры допустимые значения тока и напря­
жения уменьшаются. Падение напряжения на внлюченном
· тиристоре 0,6 - 1,4 в, коэффициент усиления по мощ­
нос1;и примерно (1,0 + 1,5) . 105 •
Тиристоры можно соединят_ь последовательно, при
этом расхождение их обратного то1<а должно быть не
больше двухнратного значения при рабочем напряжении
и номинальной нагрузн:е. И.роме того, они шунтируются
сопротивлениями.
21


Величина шунтирующего сопротивления при последо­
вательном соединении определяется по формуле
Ином
Rш =у;т-,
обр
где Ином - номинальное напряжение;
/ обр - обратный ток тирист~ра при номинальном
напряжении. .
Для деления перенапряжений, возню,аrощих в пере­
ходных процессах, каждый тиристор дополнительно
шунтируется емкостью и -сопротивлением. Эти емкости ·
следует присоединять через диод и сопротивление
(рис. 9), так I{ак при разряде емкости тиристор может
быть поврежден. Такая схема заодно препятствует лож­
ному включению через емкость анод - управляющий
электрод при больших скоростях
нарастания анодного напряжения
""
•[36, 40].
.
Тиристоры могут работать па­
раллельно, если обеспечено равно­
мерное распределение токов, что
достигается подбором их характе­
ристик или включением последо­
вательно с каждым тиристором аr{-
Рис. 9_ Схема после- тивного или индуктивного сопротив-
довательного вклю- ления такого же порядка, I<aK и для
чения . тиристоров.
аналогичных кремниевых диодов.
При параллельном соединении тре­
буется одновременное включение - тиристоров, для чего
используются выравнивающие реаr,торы, которые соеди­
няются последовательно с наждым ,тиристором; без этих
реанторов тиристор с наименьшим потенциалом внлючения
начнет действовать раньше и зашунтирует остальные ·
тиристоры. Эти же реанторы (дроссели) после включения
всех тиристоров выполняют фунтщию делителей тоr{а.
Для управлёния тиристорами используются те же мето­
ды, что и для тиратронов: фазовое управление, управление ,
напряжением постоянного тона, наложенным на синусои­
дальное напряжение, и импульсное управление. Особенно
перспентивны схемы импульсного управления. Следует
отметить, что в отличие от транзисторов тиристоры от­
r,рываются I{ратковременным (порядка 20 мксек) импульсом
тока, причем при питании переменным током тиристор
22


пребывает в этом состоянии, пока напряжение на аноде
не пройдет через нуль, т. е. аналогично тиратронам. При
расчете цепи управления требуется, чтобы средняя мощ­
ность управления и мощность в импульсе не превышали
допустимых значений (1,25-2,5 вт и 20-40 вт соответ­
ственно), а максимальное управляющее напряжение -
примерно 10-20 в. Амплитудное значение тока управле­
ния должно быть не больше 1-2 а . Необхсщимо помнить,
что .на управляющи1 электрод запрещено подавать на­
пряжение, отрицательное относительно катода. Поэтому
, для надежной работы в цепь
управляющего электрода
следует включить диод (см. рис. 7).
В СССР разработана серия тиристоров на ток 5-
100 а и напряжение 25-300 в [5,36]. Работа тиристоров
допуетима при температуре окружающей среды от -40
до +65°С для ВКУ и от +5 до +30°С для ВКУВ.
Номинальное рабочее напряжение (25-50 -75-100-
150 - 200-250-300 в) рав_но половине напряжения пере­
ключения или меньше. Величина обратного тока и пря-
Таблица 6
Тирцсторы
Сио-
Тип
lcp•
Охлаждение
рость
Допустимая
тиристора
В08 -
перегрузи а
а
духа,
м/сеп
ВКУ-10
5 Естественное с ра -
-
2°Rратная в тече-
диатором
ние 5 сек
10 Воздушное прину- 10
дительное
ВКУ-20
10
То же
То же
20
10
ВКУ-50
15
))
>>
)} ))
50
15
· ВКУ-100
22
)} >>
1 2-кратная в те-
100
15
чение 1 Cf'K
ВКУВ-100
15 Водпное без цирку-
То же
ляции воды
100 Расход воды не ме-
нее 4 л/.1,щн
23


маго тона утечни при нормальном напряжении и запертом
тиристоре не превышает 20 ма.' Допустимая номинальная
нагрузна при температуре онружающего воздуха +35° с
и угле отпирания 180°, а танже допустимые перегрузни
приведены в табл. 6.
•
При увеличении температуры допустимая нагрузна и
необходимый тон управления снижаются.
3. СЕРИЕСНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
Если номинальное напряжение двигателя больше но­
минального напряжения полупроводнинового :комму ти­
рующего элемента КЭ - транзис тора или тиристора
-
и перемотна двигателя нежелател;ьна или невозмопша,
то управление с помощью КЭ может производиться двумя
[:J
=эРис. 10. Схема
Вl{ЛЮЧеНИJI ПО·
лупроводнико­
вого коммути­
рующего эле­
мента через се ­
риесный транс­
форматор.
способами:
1. Последовательное соединение К Э.
В этом ел учае они должны быть зашун­
тированы сопротивлениями, а их цепи
управления должны быть элентричесни
развязаны. Это приводит к существен­
ному усложнению схемы. Кроме того, при
мансимальном токе нагрузки меньшем,
чем допустимый тоI{ КЭ, они недоис­
п0льзуются по мощности.
2. Включение КЭ через сериесные (со­
гласующие) трансформаторы СТ (рис. 10),
соединенные последовательно с нагруз­
кой [42, 43]. Такой способ пригоден в
цепях переменного тока. Схема получа­
ется проще, чем в предыдущем случае, ·
если по мощности досrаточен тольно
один КЭ. К достоинствам этого способа следует также
отнести электричесн:ую развязку цепи нагрузки и цепи
управления, что важно в реверсивном электроприводе,
и полно·е использование мощнрсти КЭ. Кроме того, СТ
дает возможность осуществить схемы реверсивного управ ­
ления с меньшим числом КЭ. Недостаток этого способа
затшючается в увеличении веса и габаритов установки
за счет СТ и во вносимом им запаздывании, равном не­
скольким полупериодам питающего напряжени:я.
Сериесный трансформатор рассчитывается на два за­
данных предельных режима: разомннутой вторичной
24


обмотки, или холоетого хода (х. х.) и замкнутой вто­
ричной обмотки, или короткого замыкания (к. з.).
Принимаем, что в режиме х. х. напряжение, приложен­
ное к первичной обмотке СТ, И10 примерно равно напря­
жению еети Ис = 220 в, а намагничивающий ток СТ в пер­
вичной обмотке I 10 равен току холоетого хода нагрузки.
В режиме к. з. пренебрегаем раеееиванием СТ. Как по­
казывают опыты, примерно 0,85- - 0,95 полного еопротив­
ления СТ в режиме к. з. еоетавляет активное еопротив­
ление R1к, обуеловленное омичее1шм еопротивле_нием обмо­
ток СТ и оетаточным еопротивлением КЭ. Это объяеняетея
в чаетноети тем, что коэффициент транеформации СТ rio
напряжению
где U2~ = 50 + 70 в - номинальное напряжение вторично.и.
обмотки. Сопротивление вторичной цепи R2к переечиты-
ваетея пропорционально k;.
Например, при И10=220 е, U20=50 в иR2к=1OJt пере•
с:читанное сопротивление вторичной цепи
R2к = (g::)2 R2к;,:; 20 oJi.
Раечет СТ ведется исходя из заданного тока нагрузки
врежимахх._х.ик.з.
Исходные данные для расчета: напряжение сети Ис, в,
мак·симально допустимое напряжение КЭ Иmах = И20 , в,
ток нагрузки в режиме х. х. / 10 , а, ток наr:рузни в режиме
н. з. I1к, а, сопротивление нагрузн:и rн, хн, ом, геометрия
и материал сердечнина СТ, допустимая плотно_еть тоr{а
j, а/.м.м2 , манеимально допустимая индунция в сердечнике
Bmax, тл.
Напряжение на первичной обмотне в режиме х. х.:
И10:::::::: 4,44fW1QcBmax в,
(1)
где Qc--' - сечение етали сердечнина;
W 1 - число витков первичной обмотки.
Сечение стали
(2)
где Ьс - толщина набора, м;
ас - ширина плаетины,
. iltj
25


kэ ~ 0,9 - коэффициент заполнения сердечника сталью
для толщины пластин 0,35 мм.
Зная Вшах, по основной кривой намагничивания на- ,
ходим удельные ампер-витки первичной обмотки в режиме
х. х.:
(3)
где lcp - средняя длина магнитной силовой линии, м.
-Удельные ампер-витки первич­
ной обмотки в режиме 1с з.
G} {] h 1--- аш1н = 11lнWi = aw0 ~iн ав/м. (4)
Gc
•
R
ер
10
•
-Удельные ампер-витI{И вторич-
ной обмотки трансформатора в
t
режиме к. з.
• Рис. 11. Эскиа штампа
трансформаторных пла­
стин .
Сечения первичной и вторич-
ной обмотоI{ СТ:
где k = 0,4 + 0,6 - коэффициент заполнения окна медью
для провода марI{И ШЭВ диаметром
от 1. мм и более, причем б6.11ьшие
коэффициенты запо.11нения соответст­
вуют большему диаметру [23];
q1 , q2 - сечения проводов обмоток, мм2 .
•
1н,
11нkн ,
-Учитывая, что q1 =
-:--, q2= ·-.
-
, а также формулы
/1
Jz
(при j 1 = j 2 сечения обмоток равны).
Сечение меди обеих обмоток СТ
(6)
26


Rонстру:кция СТ, собранного из Ш-образных пластин,
показана .на рис. 11. Средняя длина магнитной силовой
линии для этой формы пластин
ас
lcp::::::;2(Ь+Н)+3hя+2м
или при обозначениях, определяющих геометрию серд еч­
ника
Н = о.1Ь; ас= ~1Ьс; hя =.~2Ьс,
средняя длина магнитной силовой линии
Учитывая, что площадь окна сердечника
получим выражение
(6а)
(7)
или в частном случае при а1 = 3, ~2 - _0,5, ~1 = 1,0 сред­
няя длина магнитной силовой линии
!ер::::::; 4,65 YS + 2Ьс,
(7а)
Средняя длина витка первичной и вторичной обмоток
, L1 ..:.... 2(Ьс+ас)+82~ м,
L2= 2(Ьс+ас)+8~2 + 82~ м.
(8)
(9)
Приа=3, ~2=0,5, ~1=1,0иj1=j2средниедлины
•. витков первичной и вторичной обмоток
L1= 4Ьс+2Ьм,
L2 = 4Ьс+6Ьм.
(8а)
(9а)
По · формулам . (1) _; __ _ (9) можно однозначно определить
все параметры СТ . В частности, рещив совме стно
27


уравнения (1)-(7), получим выражение дл~ расчета числа
витков первичной обмотки СТ: •
(10)
где
Уравнение (10) является кубическим относительно
~·
VW1 и проще всего решается подбором. Зная W 1 , по
формулам (1)-(9) находим остальные параметры СТ. При
этом однозначно определяется величина активного сопро­
·тивления cr В режиме к. 3.
Rн=R1+(R2+Ro)k;,
R0-
остаточное сопротивление полностью открытого ком­
мутирующего элемента;
Рм -0,0175 ом-мм2/м -удельное электрическое сопро­
тивление меди.
Таким образом,
Rн= p~W1(L1i1 + L2i2) + Rok:.
!к
•
(11)
Найдя вел~чину Rн·, проверяем значение тока нагрузки
ис
/ !к = --;::============~
V(Rк + rн)2 +(хн! хн)2
(12)
,
причем принимаем Хн= О,1Rн, Если окажется, что полу­
ченное значение I1к существенно меньше исходного, то
расчет надо повторить, варьируя либо плотность трка,
либо геометрию s;ердечника.
28


При.мер . Пусть дано Ис = 220 в; Zн = 200 o;ii; cos Сf'н = 0,8
(индуитивный); 1 11< = 0,9 а; 1 10 = 0,06 а; Втах = 1,0.5 тл; aw 10 =
= 300 ав/м (для стали Э-42); а= 3; Р1 = 0,5; Р2 = 1,0; обмоточный
провод марки ПЭВ; j1 = j2 = 3a/;it.>,t2; И20=50в, R0 = 1o;ii.
Решив уравнение (10), находим число витков первичной об­
мотки W1 = 1200, затем определяем :ч:исло витков вторичной
обмотки
среднюю длину маг.нитной силовой линии по формуле (3):
l-· 110W1 _0,06 •1200_О24.
ер- aw10 -
300 -
'
м,
сечение стали по формуле (1):
220
4,44 . 50
. 1200.1,05=8 10-4
"t2 ,
Толщина· набора по формуле (2)
Сечение меди по формулам (4) и (6)
S -- - 2aw1olcpl11< • 10-в 3 . 24 . 0,9. 10-в
kjl10
=
0,45·3 ·0,06
= 16• 1о-4дt2•
Ширина окна трансформатора по формуле (6а)
VT v16.10 4
а=3=
·
3 = 0,023 J\t,
Средняя длина витка первичной и вторичной обмоток по форму­
лам (8а) и (9а)
L1=4Ьс+2а=4•3 •10-2+2.2,3 •10-2=16,6,10-2
..1t,
L2=4Ьс+6а=4•3 •10-2 +6•2,3 .10-2= 25,8 .10-2
..1 ,.
Сопротивление СТ в режиме к. з. по формуле (11)
Rк=О,О175~.~.
12ОО.(16,6+25,8)+1.4,42 = 22,4ом.
29


ToR наrрузRи в режиме R. э. по фор~rуле (12)
220
I11 = (22,4+160)2+(2,24+120)2 = 1а,
Расхождение между заданным значением тона - 0,9 а и по­
лученным сравнительно невелико. Можно остановиться на этом
варианте расчета. Окончательный расчет трансформатора (раз­
мещение обмото:к, выбор проводов и т . д.) является обычным в
инженерной практике и приведен, например, в работе [15].
4. БЕСКОНТАКТНЫЕ СЕЛЬСИНЫ
Для преобразования угла поворота в электрический
сигна_л в системах автоматизированного электропривода
используются бесконтактные сельсины - специальные ма­
логабаритные индукционные электрические машины пере­
менного тона, работающие в режиме поворотного транс­
форматора. При этом на пер~ичную обмотку сельсиш1
.б
б
.
.
/J.З 0,{} O,Q 1,2 tq. tB 2.1 Ii,a O,OtД08ifi20.16 0,20$- . ! 2,0 О 0,020.ОtО,ОбО,08 12,а
а
_6_
d-
Рис. 12. Нагрузочные характерИСТИRИ бесi-юнтаRТНЫХ сельсинов
типа:
а - БД-50!А; б - БД-404А; в
-
БД-404Б;1- а=90°;2- а=60°;3- а=50°;
4- а =4.0°;5-·а=30°;6- а =20°.
•
подается номинальное напряжение возбуждения. Вторич­
ное (линейное) напряжение выпрямляется при помощи
полупроводникового выпрямителя и используется как
управляющий сигнал (например, подается на обмотку
управления .магнитного усилителя). Изменением угла
поворота ротора сельсина меняется величина управляю­
щего сигна,Jiа.
Ниже приводятся технические харак-:rеристuки наибо­
лее распространенных бесконтактных сельсинов т.ипа
• БД-501А, БД - 404А, БД - 404Б при их работе в режиме
поворотного трансформатора, На рис. 12, а, бив показаны
30


'
нагрузочные характеристики И2 = f (12) сельсинов дл я
ра::~ли:чных значений угла поворота r;. ,
при номинальном
значении · напряжения первичной обмотки U 1 = 110 в .
Величина мощности: Рн, снимаемая с вторичной об­
мотки сельсина, зависит от сопротивления нагрузки Rн
и угла поворота ротора r;. ,
(рис. 13). Для получения мак­
симальной мощности на выходе сельсина сопротивление
нагрузки должно находиться в пределах :
для сельсина типа БД-501А Rн = 20 + 30 ом;
>>
>>
»
БД-404А Rн = 100 + 200 ом;
»
>>
_
>>
БД-404Б Rн = 1000+2000ом.
Таблица 7
МаRсимальные значенил выходной мощности
бесконтактных сельсинов при ' различных углах
поворота ротора
Максимальное значение выходной мощно с ти
Рн max, вт
Тип
сельсина
Угол поворота ротора сельсина а 0
20
1
30
1
БД-501А
6,35 12,8
БД-404А
О,63
1,35
БД-404Б
0,6
1,3
В табл. 7 приведены значе­
ния максимальной величины
ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТИ Рн шах
для разных значений угла
поворота r;. ,
э·тих сельсинов
при указанных величинах Rн,
Тепловые испытания сель­
синов показывают [14], . что
в длительном режиме ток на­
грузн:и сельсина БД-501А не
должен превышать. 1;1а. Ре­
жим к. з. при r;., = 90°(/2=
= 2,2а) для этого
сельсина
допускается только кратко­
временно (не более 20 J.tuн).
СеJ!ьсин БД-404А может
быть использован • в режиме
40
20,7
2,15
1,93
Рн,От
4-2
1
50
28
3,05
2,75
1
,60
1
90
34.,8
44, 2
3,95
5,0
3,7
, 4,85 ..
961----t- -+ --F+--+- --+-'l---t -- -i
901----t- -41'-,L+--+ - - -llc-+ -\- -t- - - -j
24-1---1-+ . .Jc+--+ - --l -'!\,- . J--' .+ ----\+-~
(8 l--!l,if -. J, ,C _-1- -- ~- 1~- !-\ -_j\--j
б i-. .. ., ,c1,.- - -. 1.2c--1 -- -\+~i- -. .\ /--+c.......J
о ,.__._......1._,.___,.___,_
_._ _. __ _.,
аз О.б o,g t2 1,5 1,е г,1 12,а
Рис. 13 . :Кривые зависимости
Рн = f (l2) для сельсина
типа БД-50 1 А:
1-а=90°;2- а =60';3-
а=50°; 4- (J.. = 40°; 5-а=
= 30°;6-а =20°.
31


к . з. при любых углах поворота ротора. При угле а=
= 90° и к. з. (1 2 = 0,35 а) в длительном режиме пере­
грев обмото1{ этого сельсина достигает 80 - 85° С. В дру­
гих режимах сельсин недогружен. В связи с этим пер­
вичная обмотка сельсина БД-404А может пит аться на ­
прюкением 127 в. Это дает возможность питать сельсин
непосредственно от источника напряжения 127 в, не при­
меняя специального понижающего трансформат ора или
делителя напряжения.
.
При И1 = 127 в ток вторичной обмотки сельсина
БД -404А не должен превышать 0,35 а. При этом первич ­
ная обмотка потребляет 48 ва.
Се.аьсин БД-404Б также может питаться непосред­
ственно от источника напряженр:я 127 в. При этом ток .
вторич.r1ой обмотки не должен превыша ть 0,1 а.


11.
6ЕСКОНТ АКТНЫЕ ·
. АСИНХРОННЫЕ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ •
В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ
5. ТРЕБОВАНИЯ К ДВИГАТЕЛЯМ
С ШИРОКИМ ДИАПАЗОНОМ
РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ
В настоящее время пр:йменяются два перспектив­
ных способа регулирования скорости асинхронных дви­
гателей сравнительно небольшой мощности (единицы 1шло­
ватт): 1) изменением частоты источника питания (частот­
ный привод); 2) изменением напряжения на статоре
двигателя при помощи дросселей насыщения (дроссельный
привод переменного тока).
Первый способ требует создания совершенных преоб­
разователей' частоты, отсутствие которых в настоящее
время ограничивает применение частотного привода. Дрос­
сельный привод переменного тока отличается простотой
и высокой надежностью, поэтому в настоящее время ши­
роко пр~меняется.
Второй способ регулирования скорости асинхронных
двигателей основан на зависимости момента, развиваемого
двигателем, от величины напряжения на его статоре:
М == VI. При изменении напряжения на статоре асин­
хронного двигателя И1 его механическая характеристика
изменяется так, как показано на рис. 14 . Из приведенных
характеристик видно, что критическое скольжение оста­
ется_ неизменным, а критический момент изменяется про­
порционально изменению квадрата напряжения И1. В ~лу­
чае, например, постоянного статического момента Мн =
= const при уменьшении напряжения И 1 в v раз с1юль-
1жение увеличивается в v2 раз, а скорость вращения ротора
где п - скорость вращения ротора;
п0 - скорость вращенця магнитного поля ста тора
(синхронная скорость);
s=по-п
-
скольжение двигателя .
по•
3 039
33


Известно [3], что для устойчивости работы двигателя
необходимо выполнение условия
dMH dM
dMH dM
---;г;-<ds или dn >dn•
(13)
Асинхронный двигатель с ротором в виде беличьей
клетки работает устойчиво на участке механической харак­
теристики(рис.15)отs=Одоs=Sк(отп=n0доп=nк).
На остальной части механической характеристики р_абот·а,
нак правило, неустойчив.а. На этом участке (о т s = s1,
о
s
Рис. 14. Механические харанте­
ристики асинхронного двигателя
при различных значенцях напря­
жения на статоре.
до s = 1) устойчивый режим
может быть получен только
в том случае, если статичес -
кий момент на валу двигателя
I!.
пс
п
о,
11~ -
8
о,
а
о,
б
7
о
"
'-
· 1г.,;- 82 Гt'В
'/ l'v
/
\2
/\
/
/
81
'
-~~
-
-
/
\з
/
1/
\
/
'
/
1/
'
'
f.б 20 24- .М.
•
Ун
Рис 15. Механические характе­
ристики и кривые длительно
д опустимых по нагреву мо -
ментов асинхронных дви г а­
телей с различными роторами:
1 - 1<орот1<озам1<нутый ро т ор типа
,,беличья клетка,,; 2 - рот ор Ш ен ­
фера; з - фазный ротор с индун -
. ционным
роторным со п ротивле­
нием.
резко возрастает при увеличении скорости вращения, так
ка1< толы{о в этом елучае выполняется условие (13).
Асинхронные двигатели с короткозамкнутым рот ором
типа <<беличья клетка>> имеют Sн = 0,15 + 0,1 (двигатели
мощностью 1- -10 квт). Это значит, что зьна устойчивой
работы "двигателей незначительна.
Для изменения скорости · вращения асинхронного дви-
•
(•пшах15О
б
гателя в широком диапазоне Д =
--
=
-+-2;нео-
nшin
ходимо прежде всего, чтобы во всем этом диапазоне форма
механической характеристики соотве т ствовала условию
статической устuйчивос•1·и двигателя (13), т. е., чтобы
34


I{ритичесr{ое скольжение двигателя имело значение sR > 1 *.
Это значение sR получается соответствующим увеличением
активного сопротивления ротора .
Тюшм образом, первое требование, которое предъяв­
ляется к асинхронным двигателям, преднаsначенным для
регулирования скорости в широком диапазоне, относится .
к форме механичесной хараr,теристики. Второе требование
свявано с тепловыми режимами этих двигателей при глу­
боком изменении скорости и различных· характерах стати­
чесr{ИХ нагрузок.
Потери, выделяющиеся в двигателе при его работе,
вызывают перегрев обмоток, который по условиям нор­
мальной э1,сплу3:тации двигателя не должен превышать
допустимую для данного нласса изоляции величину.
Потери в роторной цепи асинхронного двигателя опре­
деляются выгажением
ЛР2 = 211:n0Ms.
(14)
При снюнеJIИИ скорости вращения наряду с увеличе­
нием потерь ухудшается теплоотдача двигателей с само­
вентиляц:ией. Наиболее тяжелый с точни врения нагрева
режим работы двигателя с самовентиляцией - это дли­
тельная работа при номинальном моменте на скорости
п;:::::; О. При этом, согласно уравнению (14), потери в дви­
гателе будут максимащ,ны, а условия охлаждеюl'я зна­
чительно ухудшены, поснольку самовентиляция отсутст­
вует (п = О). Кан показано в работе [3], теплоотдача
двигателя с самовентиляцией при снижении скорости
вращения до п = О уменьшается в 4 раза по сравнению
с теплоотдачей при максимальной снорос.ти.
Эти факторы - увеличение потерь и ухудшение охлаж­
дения при снижении скорости вращения - :приводят к не­
обходимости снижения допустимого момента нагрузни
двигателя, причем, чем больше диапазон регулирования
снорости, тем меньше нагрузка, допустимая. на нижней
скорости.
На рис. 15 показана механическая характеристика
асинхронного двигателя с r,ороткозамннутым ротором типа
<<беJrичья клетка>> (характеристина 1). Ось ординат и кри-
* В этом слуqае также может возникнуть неустойчивый
режим работы при соответствующем характере статического
момента (практиqески встречается очень редко).
3*
35


вая А 1В1 ограничивают область длительно допустимых
по нагреву момен11ов, которыми , может быть нагружен
двигатель. Rак нидно иs этого рисунка, двигатель при
п = О допускает -нагруsку, составляющую не более 5-6 %
номинального момента двигателя. Практически это озна..:
чает, что в таком режиме (п = О) двигатель не может
быть длитеJ1ьно нагруж1:Jн кю,им-либо полезным моментом.
Для длительной работы двигателя при регулировании
его с1,орости в диапазоне Д =5 необходимо, чтобы номи­
нальный момент выбранного двигателя был в 12-15 раз
больше момента нагрузки. Понятно, что такой двигатель
практически не может быть использован.
6. даиг~ТЕЛЬ С РОТОРОМ ШЕНФЕРд
Для обеспечения устойчивой работы двигателя при
изменении скорости вращения и увеличении длительно
допустимых по нагреву моментов в серийных двигателях
короткозамкнутый ротор в виде беличьей в:летв:и заменяют .
п
Пс
,к,,
1"-.
"""
ав
\\'\'\
/23\4
Qб
\\
\'
0,4
1
11
0,2
1
-...;__
1\5
\/
\
\
}
ротором Шенфер!J.. Ротор та-
. кого
двигателя является од­
новременно и магнитопрово­
дом и токоведущей обмот­
Rой. Сильно выраженный
поверхностный эффект обу-
•словливает
повышенное со­
противление ротора Шенфе­
ра. Благодаря этому эффенту
•О
а1. аа 1, 2 1.б 2,о 2,1. м то1, ротора, индунтирован-
Мн ный вращающимся потоком,
/1
Рис : 16. Механичесние харан­
теристиrш асинхронного дви­
гатели с ротором .Шенфера
при различном количестве па­
зов на роторе:
стремится распространяться
по поверхности проводника.
При высокой с1,орости вра­
щения ротора (малой частоте
скольжения) ток протенает
1-z ·= О; 2-z =s: з- z =16; по поверхностному слою ро-
4- z=24:5-z=32•
тора толщиной 1-2 см, а при
частоте скольжения 50 гц
(в момент пуска) толщина этого слоя составляет всего лишь
около 2 мм. Поэтому в момент пуска сопротивление ротора
имеет максимальную величину; а по мере разr:она двига-
теля величина его уменьшается пропорционально -Vi
36


Такое изменение сопротивления ротора Шенфера в зави­
симости от частоты скольжения обеепечивает двигателю
механическую характеристику, показанную на рис. 15
(кривая 2).
Поверхностный елой ротора, в котором распространяется
инду1<тированный ток, можно увеличить, прорезая ряд
пазов по окружности ротора.При этом увеличивается полез­
ное сечение ротора и понижается его а~<тивное сопротивле­
ние. Помимо этого, установка на торцах ротора колец из
:материала с сопротивлением, меньшим, чем у железа
(:медь, бронза), значительно уменьшает сопротивление тор -
. цовых
частей ротора. На рис. 16 приведены механиqеские
характеристики двигателя с ротором Шенфера при различ­
ном I<оличестве . роторных пазов. :Как видно из этого рисун­
ка, выбором соответствующего количества пазов на роторе
можно обеспечить . двигателю такую форму механической
характеристики, при которой эта характеристика не будет
иметь точки критического скольжения.
На рис. 15 кривой А2В2 и осью ординат ограничена
область длительно допустимых по нагреву моментов для
двигателя с ротором Шенфера. Повышенное сопротивление
ротора Шенфера несколько увеличивает эту область (при
п= О Мн.доп=8+ 10%Мноы)- Но_ это увеличение не
:может быть значительным, поснольку, нак и при исполь­
зовании ротора в виде беличьей ю1етки, все потери ЛР2
выде.ляются в объеме машины, а дqпусти:мая величина
этих потерь ограничивается допустимым перегревом ста­
торной обмотни.
Таним образом, для длительной работы двигателя
с массивным ротором при регулировании его снорости
в диапазо1;1е Д = 5 необходимо, чтобы номинальный момент
выбранного серийного двигателя был в 8- 10 раз больше
момента нагрузни (при Мн= const).
7. ДВИГАТЕЛЬ
С ИНДУКЦИОННЫМ РОТОРНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ
Асинхронный двигатель с индунционным добавочным
сопротивлением конструнции Ю. М. Розова [33] имеет
значительно лучшие харю<теристини.. Такая машина пред­
ставляет собой серийный асинхронный двигатель с фаз­
ным ротором типа АН', в обмотну ротора ноторого посто­
янно включеnо 1цщукционное роторное сопротивление
37


ИРС. Это сопротивление в виде трех отдельных эле­
ментnв (по одному на фазу) устанавливается непосред­
ственно на валу двигателя в том месте, где обычно рас­
полагаются :контактные кольца.
Элемент ИРС (рис. 17) состоит из сплошного сталь­
ного магнитопровода и катушки 1, расположенной в коль­
цевой 1<анавке этого магнитопровода. Корпус 2 и :крышка 3
+
1
1
><
2
+- --
--
·+
з
х
+
Рис. 17. Констру1щия индукционного роторного сопротивления
(длл одной фазы).
магнитопровода выполняются из констру1щионной стали
с толщиной стенки 4-5 мм. Катушка наматывается про­
водом с теплостойкой изоляцией типа пед или псдк
с рабочей температурой до 150 - 180° С. Выводы :катуше1<
ИРС включаются непосредственно в роторную обмотку
двигателя. Это включение может осуществляться спаива­
нием соответствующ~х выводов 1<атушек и роторной об­
мотки. Для проведения ревизии подшипника необходимо
обеспечить возможность снятия с вала двигателя всего
нонструктивного узла ИРС, поэтому 1,атуmну ИРС следует
38


подключать к обмотке ротора при помощи · разъемного
соединения.
Д.тrя этого на крайнем диске устанавливается кольцевой
клеммник, на который подключаются все выводы. В обоих
случаях не требуется ни разрываемых, ни скользящих
контактов.
Эквивалентное сопротивление ИРС зависит от частоты
приложенного к нему напряжения. Если ротор двигателя
вращается с номинальной скоростью, то чаетота э. д. с.
скольжения низка (2 - 3 гц), при этом в обмотку ротора
включено очень малое сопротивление 1·0, практически
равное сопротивлению меди катушки ИРС . Введение до­
полнительного сопротивления r0 в роторную обмотку
приводит к тому, что . максимальная скорость вращения
двигателя с ИРС ниже номинальной сн:орости серийного
двигателя на 6- 8 %. При расчете двигателя с ИРС по
заданным режимам нагрузки необходимо учитывать,_ что
такой двигатель имеет повышенное значение минималь­
ного скольжения.
По мере увеличения скольжения при снижении ско­
рости вращения двигателя в~зрастет частота э. д . с.
ротора. При этом в обмотт,у ротора автоматически и бес­
контактно вводится увеJ1ичивающееся с ростом скольже­
ния комплексное сопротивление, ноэффициент мощности
ноторого находится в пределах 0,85 - 0,9 [33].
Сопротивление ИРС при повышении частоты э . д. с.
ротора на низких сноростях ограничивает возрастание
тона машины и увеличивает ноэффициент мощности cos rp.
При снижении скорости двигателя все большая часть
потерь выделяется в ИРС, которое имеет достаточно
большую поверхность охлаждения. :Кроме того, ИРС на­
ходится в значительно лучш!fх условиях охлаждения,
чем обмотки двигателя. ,
Механическая характеристика асинхронного двигателя
с ИРС, поназанная на рис. 15 (кривая 3), не имеет точ­
ни нритического · момента. Пусковой момент такого дви­
г·ателя является одновременно и мансимальны:м :моментом,
который может развить двигатель при данной величине
напряжения на его статоре.
Поскольку большая часть потерь сколь~ения выде­
ляется вне объема машины - в ИРС, такой двигатель
при снижении снорости •вращения может быть нагру­
жен значительно больше, чем двигатель с роторо_м типа
39


<<беличья клетка>> или ротором Шенфера, в которых потери
скольжения выделяются в объе:ме са:мой :машины. Дви­
гатель с ИРС и:меет значительно большую область дли­
тельно допустимых по нагреву моментов, чем двига т ель
с другими типами роторов (рис . 15, кривая А 3В3).
,
Пусковой и длительно допустимый по нагреву мо­
' менты двигателя с ИРС зависят один от другого:
уве­
личение одного из них возможно только при уменьшении
другого, поскольку эти моменты определяются величиной
полного сопротивления ИРС. При увеличении этого со­
противления допустимый по н:а~·реву момент возрас таеr,
и наоборот. Величина длительно допустимого по на­
греву момента двигателя с ИРС составляет 20-40%Мном
при пусковом моменте, равном соответственно 160- 80%
Мном- При кратковременных и повторнократковременnых
режимах работы двигателя на низких скоростях момент
нагрузки может достигать 70 - 80% Мном при п = О.
Таким образом, при использовании двигателя с ро-rо­
ром Шенфера необходимая кратность завышения мощно­
сти двигателя составляет (при д:_5)
Е=р;ом =8+10,
п
где Рноы - номинальная мощность установленного дви­
гателя;
Рп - полезная мощность, отдаваемая с вала дви-
гателя.
,
В случае применения двигателя с ИРС s = 1,5 + 2 в
зависимости от конкретных условий (вид нагрузочной ха ­
рактеристики, диапазон регулирования скорости, условия
пуска) .
Отсутствие скользящих и разрываемых контактов,
возможность закрытого исполнения обеспечивают вы­
сокую надежность двигателя с ИРС. Наибольшую цен­
ность этот двигатель представляет для предприятий с за­
пыленной и агрессивной средой, для пожаро - и взрыво­
опасных производств.
Использование двигателя с ИРС при дроссельном
регулировании с1{орости (см. § 9) дало возможность соз- ­
дать бесконтактный регулируемый привод переменного
тока, отличающийся простотой и высокой надежностью.
В настоящее время такие приводы успешно применя­
ются на предприятиях химической, бумажной, тею:;тиль­
ной про:r,щщленностп и в rпахтном оборуд?вании .
40


Как указывалось выше, двигатель с ИРС может быть
легко получен из серийного асинхронного двигателя с
фазным , ротором пJтем несложной переделки, заключаю­
щейся в том, что с двигателя снимаются щеточный
аппарат и контактные ко.ТJьца, а на их место устанав­
ливается ИРС.
-
В работе [33] показано, что мощность требуемого се­
рийного двигателя опредеJшется по заданным режимам
нагрузки из уравнения
где Рноы - номинальная мощность выбираемого серийного
двигателя, квт;
Ми-требуемый пусr{овой момент, к • м;
nmin-: - минимальная скорость вращения двигателя,
об/мин;
п0 - синхронная скорость двигателя , об/мин;
Мн.д - момент нагрузки при минимальной СJ{орости
(на нижней границе диапазона Д), н • м.
Порядок выбора двигателя следующий: _
1. По заданным значениям Мн, Мн.д, п0 , nшin из
уравнения (15) определяем Рном •
2. По каталогам выбираем асинхронный двигатель с
фазным ротором с синхронной скоростью п0 и мощностью
Рном (или ближайшей большей).
3. Проверяем выполнение условия
Мном > Мнmах,
где Мн щах - максимальное значение :момента на- ,
грузки.
Эту проверку необходимо производить только в том
случае, если момент нагрузки уве,'Iичивается при увели-
•чении скорости вращения двигателя
(вентиляторная ха­
рактеристика).
Пpu.Atep. Заданы режимы нагрузки:
птах= 1200 об/мин; п0 = 1500 об/мин; nmin = 200 об/.мин; Мп =
=80н.м; Мн=20н•м=const,
41


1. Подставляем заданные величины в уравнение (15) и опре­
деляем Рнам:
2
80.200 .
80.20.15002
рном + ------- р нам
-
---------=О;
.
3188 ( 1 - 12solo)
30,5 . 1ов (1- 12ilo)
Рнам = 8,97 квт.
2. По Rаталогу выбираем асинхронный двигатыrь с фазным
ротором типа АН:61 - 4:
Рном = 10 квт; пном = 1420 об/ .мин.; Миом= 67,2 н. • м.
ПосRольRу Мн= coпst , проверRу согласно п. . 3 производить
не требуется .
.
По параме:rрам выбранного двигателя и заданным режимам
нагрузки, используя методику , изложенную в [33], мощно рас­
считать ИРС .


111.
НЕРЕВЕРСИВНЫЕ СХЕМЫ
ДРОССЕЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ
АСИНХРОННЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ
8. СХЕМА С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ ПО СКОРОСТИ
Для управления асинхронным двигателем между
зажимами двигателя и источником питания включаются
обмотки переменного тока (силовые обмотки) дросселя
насыщения. Это дает возможность регулировать величину
напря~нения на зажимах двигателя. При небольшой вели­
чине тока в обм·отне управления сопротивление обмоток
переменного тока настолько велико, ЧТО большая часть
напряжения источника питания приходится на обмот:ки
дросселя. С увеличением постоянного тока в обм()тке
управления уменьшается магнитная проницаемость маг­
нитопровода дросселя, что вызывает уменьшение индук­
тивности и реактивногu сопроти_вления обмотни перемен­
нuго тока. В результате этого падение напряжения на
обмотках дросселя уменьшается, а напряжение на зажи­
мах двигателя возрастает. Таким образом, изменением
величины тоr{а в обмотке управления можно регулиро­
вать величину напряжения на зажимах двигателя, сле­
довательно, и его скорость.
Дроссельный привод переменного тока без обратных
связей применяется редко, поскольку ж:есткость механи­
ческих характеристик в этом случае очень мала (рис. 18,
б, штриховые линии). Как правило, дроссельный при­
вод используется при наличии замкнутой цепи регули­
рования.
Схема дрос_сельного привода с обратной связью по
скорости приведена на рис. 18, а. Задающий сигнал и
сигнал обратной связи по скорости подаются на вход
промежуточного магнитного усилителя МУI I на его об­
мотки управления 03 и ООС соответственно. Промежу­
точный усилитель суммирует и усиливает эти сигналы.
Ток нагрузки усилителя 1\1УI I является током управле­
ния силового магнитного усилителя МУ I. Наличие обрат­
цой связи . по скорости обеспечивает приводу жесткие
механические характеристики (рис. 18, 6).


При увеличении момента нагрузки на валу двигателя
возрастает ток статора и падение напряжения на силовых
обмотках усилителя ЛJУI . Поэтому уменьшается напря­
жение на двигателе, следовательно, снижается скорость
вращения. -Уменьшается сигнал обратной связи, снижа-
, ется м . д. с. обмотки ООС и возрастает результирующая
м. д. с . усилителя МУI I. -Увеличивается ток управления
усилителя МУI и снижается падение напряжения на его
'\ .,
0,.5
tO 1.5М
Мном
6
Рис . 18 . Дроссельный привод с обратной свя·аью по скорости:
а- схема; б
-
механические · характеристики при использовании
двигателя с ИРС .
силовых обмотках. Напряжение на статоре двигателя
возрастает, его момент и скорость увеличиваются. При
уменьшении момента нагрузки: двигателя ток управления
усилителя МУI автоматичес:ки уменьшается и падение
напряжения на обмотках МУ I возрастает.
Обмотки смещения lOC и 20С служат для выбора
рабочих участI{ОВ на нагрузочных характеристю{аХ соот­
ветствующих магнитных усилителей МУI и МУ1 I. Ем.:.
кость С предназначена для компенсации влияния индук­
тивности обмотки управления МУ I на раб_оту промежу­
точного усилителя .


9. СХЕМЫ с ДИФФЕРЕНЦИАЛьн1»i'ми
ОБРАТНЫМИ СВЯЗЯМИ ПО ТОКУ
И НАПРЯЖЕНИЮ
В тех случаях, когда к приводу предъявляются же­
сткие требования относительно надежности в работе и
простоты в эксплуатации, может быть применена схема
дроссельного привода с дифференциальными: связями по
току и напряжению двигателя (рис. 19, а).
Измерительный трансформатор тока ТТ, выпрямитель
ВТ и обмотка управления · ОТ образуют цепь обратной
связи по току двигателя, а трансформатор ТН, выпрями­
тель ВН и обмотка ОН - цепь обратной связи по напря­
жению двигателя. Реостатом Ry, включенным в цепь
обратной связи по напряжению двигателя, задается тре­
буемая скорость вращения. Величина сопротив.ления Rш,
включенного параллельно обмотке ОТ, определяет нижний
предел диапазона изменения скорости.
Обмотю~: · магнитного усилителя ОТ и ОН вюrючены
таким орразом, что намагничивающая сила (н. с.), соз­
давnемая обмоткой ОТ, действует согласно с н. с . внут­
ренней обратной . связи магнитного усилителя МУ, ан. с.
обмотни ОН - встречно. Для внешних обратных св·язей
справедливо следующее выражение:
где FE - суммарная н. с., создаваемая обмотками внеш­
них обратных связей;
Fот - н. с. обмотки ОТ;
Fон - н. с. обмотки ОН;
11.т и 11. 11
-
коэффициенты обратных связей соответственно
по току и напряжению;
1 - ток двигателя;
И - напряжение на статоре двигателя .
Намагничивающая сила обмоток управления МУ дей­
ствует так, что с увеличением тока в обмотке ОТ ум~ нь­
mается сопротивление обмоток переменного тока магнит­
ного усилителя '(положительная обратная связь по току
двигателя), а с. увеличением тока в обмотке ОН увели­
чивается сопротивление обмоток переменного тока (отри­
цательная обратная связь по напряжению).
С?(ема работает следующим образом.
45


При уменьшении нагрузки на валу двигателя пони­
жаетея то1, етатора и падение напряжения на еиловых
обмотках магнитного уеилителя МУ. Напряжение на ета­
торе двигателя увеличиваетея, екороеть . его повышаетея.
При этом н. е. обмотки ОН возраетает,' а обмотки ОТ -
уменьшаетея. Величина еуммарной н. е. уменьmаетея и
46
0,2 0,4 0,б 0,8
6
1,0
'\.,
а
1,2 М
Мним
Рис. 19. _ Дроссельный привод с дифференциальными обрат­
ными связями по току и напряжению:
а- схема; б
-
механичесние харантеристини.


возрастает сопротивление обмоток МУ. Увеличивается
падение напрюн.ения на обмотках МУ и соответственн о
уменьшается напряжение на статоре двигателя, скорость
вращения его падает. При увеличении момента нагрузки
суммарная н. с. F ~ увеличивается, сопротивление силовых
обмоток падает, напряжение на статоре двигателя воз­
растает и . скорость вращения его повышается.
Точность поддержания постоянства скорости при из­
менении нагруЗI{И для данной ·схемы не является посто­
янной. величиной, а изменяется в зависимости от величины
заданной скорости (чем ниже скорость, тем меньше точ­
ность).
На рис.19, б приведены механические характериститш,
получ е нные эн:спериментально для привода, вьшолненного
по этой схеме, с применением :магнитного усилителя типа
УМЗП25.50.31 и асинхронного двигателя типа АК 51-4
с индукционным роторным сопротивлением. Как видно
из этого рисунка, при изменении момента нагруЗI{И в пре­
делах от О,ЗМном до О,7Мном точность поддержания по­
стоянства скорости составляет ± 5 % на верхних скоростях
(1300 - 1000 об /мин,) и± 30 % на нижних скоростях (300-
100 об!мик) .
При выборе усилителя серии УМЗП для схем дрос­
сельного привода следует руководствоваться рекоменда­
циями, изложенными в работе [28].
В данном разделе рассмотрим порядок расчета изме­
рительных трансформаторов дл!f- приведенной сх.емы дрос­
сельного привода.
Трансформаторнапряжения.Исходнымидан-"
ными для расчета трансформатора напряжения являются:
1. Сопротивление обмотки управления :магнитного уси-
лителя Rон.
.
,
2. Мак_симальный ток в обмот1{е обратной связи по
напряжению (принимается равным длительно допустимому
току обмотки управления) / онmах• .
3. Наибольшее возможное напряжение на статоре дви­
гателя Иtmax•
4. Падение напряжения в выпрямителе ЛИвн-
5. . Напряжение на статоре двигате ля в режиме наи­
большего момента нагрузки при наименьшей скорости
вращения Ищ.
Величины Rон, I онmах и И1mах определяются при вы­
боре силового магнитного усилителя (по каталогу), а вели-
47


чина ЛИвн - при расчете выпрямителя ВН . Для нахож ­
дения И1Д необходимо иметь нагрузочную характеристю{у
механизма и диаграмму равных токов и напряжений
асинхронного двигателя (рис. 20), определяющую значения
тока и напряжения двигателя при любых величинах ско­
рости и момента, Эта диаграмма может быть получена
только экспериментально .
.п. ~~S:iE::::f:=j:i::::::i:::-,-:г-гт,-гт,1
По 1----\-'ll-'~\--';::--.;'-<--fk-f:::::i--"'kl-~~hlf-P-..1-ta::-·н--.....-::,,;..c----1-+---+--+-----f-+---1
\ \ ~"{., '{Jf, /''1 "r--- .
0,8f------Н--+-lt-\-l. , f-'!-tf---"<'t+--"ol-'/ \.f-+- -i/!n-
'~
--~ ---- -; ------- -t ---1
'\~\(/\/[\•
О,6~--1-11-+--Н---1//н--А!-/,-1+J,-\~',---l-+-X.-Н''-'<---+\---+--+-i
1//'//
\/
л
0,4>--+- -+ -+ -_ , _._ _./,___.,_.l_i•-+-\-+/--+>-\-/1+----+-<v<---+--нl,_~\ - --+-, -+- - -!
О,5 О,б 0,7 /о.а, /0.9 }',0 . l ,f \t.?Iнf
0,21---1-н-н+r---fl---,Н--f--ff---t-~Н----ft--+-t--+-+--ft-----+-~
0.4 О,51. йб 47
/ \Q,iJ/ 0,$1\ /
• \ ~OVifoм
j///\,/\
\
о~-~~-----..............,_ ~- ~ - ~- - ~ -.. .. .. _. _. . __, _ _
_,
.У..
f(ftШ!
0.2
0,4
0,8
(,О
1,2
Рис . 20. Кривые равных токов и напряжений асинхронного дви­
гателя с индуrщионным роторным сопротивлением .
В случае применения асинхронного двигателя с индук­
ционным роторным сопротивлением величина И 1д может
•быть определена из следующего выражения [33]:
(м* )2
max
(и*)4- ~
1Д-1-(*.)2'
пmш
(16)
"
U1
-
•,
где И щ = и д - относительное значение напряжения на
1ном
'
48
статоре двигателя (И tном-номинальное
значение этого · напряжения);


М* Mmnx
max = М- - относительное значение ма1,симального
ном
момента нагрузки (Миом - номиналь­
ный мо~iент двигателя);
*
мп!
•
Мпt = КГ- - относительное значение пускового мр­
ном
мента двигателя при номинальном
напряжении на статоре U tноы;
п.
-
п* =~-относительное значение наименьшей
min
п0
скорости двигателя при наибольшем
моменте нагрузки.
Этому напряжению на статоре двигателя И1д (напря­
жение на первичцой обмотке трансформатора ТН) соот­
ветствует напряжение вторичной обмотки трансформатора
(расчетное напряжение)
_и2д = 1,11 (/онmахRон + ЛИвн) .
(17)
Мощность нагрузки трансформатора
Поперечное сечение с:rержня сердечника трансформа­
тора определяется по формуле
(19)
Полное попереч_ное сечение стержня сердечника с уче-
том коэффициента заполнения сечения сталью составляет
Q,
Qc. н.
с.н =-k- ,
з
гд~ k 3 - коэффициент заполнения сечения сердечника
• сталью (при толщине листа
а=0,35мм k8 =
= 0,86; при а= 0,5 мм k8 = 0,92).
Ориентировочная ширина стержня пластины при 1ша­
дратном поперечном сечении стержня
4 039
(20}
49


Выбирается стандартная пластина элеr<тротехничР-ской
стали с шириной стержня а~, наибоJiее близкой к рас­
qетному значению ас. н, и определяется толщина пакета
ь,Q~.н
с.н =-,
-
м.
ас. н
Коэффициент трансформации
· И{д-ЛИ 1
kн=и +ли •
2Д
2
(21)
(22)
где ЛU1 и ЛU2 - падения напряжения соответственно на
первичной и вторичной обмотках транс­
' форматора при нагрузке;
при мощности трансформаторов соответственно 10 + 50 ва
[15].
Число витков первичной обмотки W1 определяем ис­
ходя из наибольшего возможного напряжения на статоре
двигателя:
W _ (И1mах
-
ЛИ1)
1 - 4,44/BmaxQc. н'
(23)
где / - частота напряжения питания;
Bmax - допустимая величина индукции в сердечниr,е
трансформатора для выбранной :марки электро­
технической стали (для стали маро_к 841, 842
Bmax = 1,0+ 1,2 тл).
Чис.тrо витков вторичной обмотки
(24)
Для настройки вторичную обмотку выпо.тrняют с отводами
w; = o,9W2 и w;· = 1,1w2•
Наибо.тrьшие то1< и сечение вторичной обмотки
l2max = 1,11[OHmax;
12тах
q2 = -j-,
50


где j - допустимая плотность тока в обмотках трансфор­
матора; для трансформuтора :мощностью до 100 ва
.~
допускается плотность то:ка j = 3,0 + 3,5 а!мм2 .
Наибольшие то:к и сечение первичной обмот1ш
[
I 2тах
11тах
1mах=-т;;; q1= - -
j-.
Далее выбираются обмоточные провода ближайших
стандартнь~х сечений и проверяется заполнение проводами
обмоток окна магнитопровода (с учетом изоляции между
слоями и обмотi<ами). Если невозможно расположить об­
мотки в окне магнитопровода, то необходимо увеличить
ширину стержня сердечника (выбрать пластину с большим
размером а~) и повторить расчет.
.
ПpuJ.iep. Рассчитать •трансформатор напряжения. Исходные
даiшые:Rон= 30 oJ.i; IОНтах= 0,5а;ЛИвн= 2,5в;Иiн= 380в;
•k
*
•*
Ulmax= 340в;Мп1=1,2;Мтах=0,5приnmin= 0,2.
1. Расчетное напряжение первичной обмотни
V(:~аху .
t4/r (~~)
2
и*-
п1 •и*
-
~.
щ-,
1-(п*.)2' 1 д-
1-0,22 '
mш
.
u;д = 0,65; Ищ = 250в.
2. Расчетное напряжение вторичной обмотни
И2д = 1,11 (/он шах Roн:f- ЛИвн) = 1,1_1 (0,5. 30 + 2,5) ~ 20 в.
3. Мощность нагрузни трансформатора
Рн.н= 1,11/оншахИ2д= 1,11 •0,5.20= 11ва.
4. Поперечное сечение стержня сердечнина
Для сердечника трансформатора выбираем элентротехни.че­
сную сталь марни Э42 с толщиной листа о= 0,5 MJ.t , при этом
k8 = 0,92. Тогда полное поперечное сечение стержня сердечнина
4*
Q,
-
Qc - О,ООО4- О000435 2
с.н- k
-
О92 -
'
м•
з
'
51


Принимаем
5. Ориентировочнап ширина стержня пластины сердечника
Выбираем стандартную пластину Ш=19 (а~= 0,019 .1i).
6. Толщина пакета
,
_
Q~-
н_ 0,00044~ОО?
Ъс.н-
,.
-
О019 -
' ~3л~.
ас. н
'
Принимаем Ь' с. н = 0,023 л~.
7. Коэффициент трансформации
k - U=--'"щ~--дс-сUс=--1
н- И2д+дИ2
250-0,25. 250 = 7 5
20+0,25·20
'•
8. Число витков перви'):ной обмотrш
U1max- ЛU1
340-0,25 •340 _ t.
Wi = _4_,4_4_/ _B _rn_a_x
_ Q_c
__
-н-=4,44 • 50 • 1,2 •0,00044 - 2100•
9. Число витrшв вторичной обмотrш
W_W1_2400_320
2- kн
-
7,5 -
•
Для настройки вторичную обмотку выполняем: с W2 = 350
витками и с отводами от 290 и 320-ro витков.
52
10. Наибольшие ток и се:чение вторичной обмотrш
12 max = 1,11/он шах= 1,11 • 0,5 = 0,555 а;
_
l2max_ 0,555 _О185 2
q2-
j-3
-
'
мм•
11 . Наибольшие ток и сечение первичной обмотки •
12 max 0,555 •
11max = -k--= 75=0,074а;
н
'
_
11шах_0,074_ О024 2
ql--1
-.-
-
~-
,
ММ.


Выбираем для первичной обмот:ки провод мар:ки ПЭВ-2 диа­
метром d1 = 0,18 .мм (q1 = 0,u25 мм2), длл вторичной обмот:ки. про­
вод мар:ки ПЭВ-2 диаметром d2 = 0,49 мм (q2 = 0,188 мм2).
Для проверки заполнения проводами обмоток окна магнито­
провода следует воспользоватьсл методикой, изложенной в ра-
боте [15].
•
Транс фор J\1: ат о р то к а. Исходными данными для
расчета трансформатора тока являются:
1. Сопротивление обмотки управления магнитного уси­
лителя Rот-
, 2. Максимальный ток в обмотке обратной связи по
току (принимается равным длите.льно допустимому току
обмотки управления) / от max•
3 . Падение напряжения в вьiпрямителе ЛИвт-
4. Максимальный ток статора (мю,симальный ток пер­
вичной обмотки трансформатора тока) /1 max•
Величины Rот, / от шах определяются при выборе
силового магнитного усилителя, падение напряжения
ЛИвт - при расчете выпрямителя ВТ .
Если в качестве испоJшительноrо двигателя исполь­
зуется асинхронный двигатель с индукционным роторным
сопротивлением, то величина /1 max может быть опреде­
лена из следующего выражения [33]:
*
'
м:1ах + 0,18
/1max=
*
2•
2
,
(25)
N (1- птах) + 1,18nmax + 0,18
*
11 max
где I1шах = -1
--
-
относительное значение максималь-
1 ном
ного тока двигателя, /1 ном - номи­
нальный ток двигателя;
*
мтах
Мmax = ~ -- относительное значение максималь -
ном
ного момента нагрузки;
*
птах
nшах = п;;- - относительное значение скорости
двигателя, соответствующее макси­
мальному моменту нагрузки ilfmax;
N - постоянный коэффициент, зависящий
от параметров двигателя;
(26)
53


где
р - числ() пар полюсов в двигателе;
/·-
частота источнина пи1ания;
l~ном = kel2 ном - приведенное номинальное зна­
чение тона ротора;
ke - ноэффициент
трансформации
двигателя;
Рном - номинальная мощность двига­
теля, квт;
nном - номинальная снорость враще­
ния, 06/Jltufl;
,
k2
r 2 = er 2 - приведенное антивное сопро-
тивление ротора;
r;118 и . с=k:Zакв cos Ч'и.с ~ приведенное антивное · сопротив­
ление индунционного роторного
сопротивления; энвивалентное
сопротивление Zэкв опредеJrяется
при расчетеИРС [33], cosfи.c =
= 0,85.
Если нельзя расчетным путем определить мансималь­
ный тон первичной обмотки I max, то следует принять
его величину
ltmax;:::::; О,8l1ном,
где I1ном - номиналыiый · тон статора двигателя.
Напряжение вторичной обмотки трансформатора тона
в режиме наибоJ1ьшего момента нагрузки
И2т = 1,11 (loтmaxRoт + ЛИвт).
(17')
Мощность нагрузки трансформатора
Рн . т = И2тl2тах = И2т • 1,11Ioтmax•
(18')
Поперечное сечение сердечника трансформатора
(19')
Полное поперечное сечение стержня трансформатора
с учетом ноэффициента заполнения
54
Q,
_:_Qc,т•2
с.·r -
-k-M •
~


Ориентировочная ширина стержня пластины
(20')
Выбирается стандартная шrастина электротехнической
стали с ближайшим к расчетному размером а~ и опреде­
ляется толщина пакета
Ь'-Q~.
т
с.т- а' м.
с.т
Коэффициент трансформации
k _ 11max
т- 12max•
Число витков вторичной обмотки
W- И2т+ЛИ2
2 - 4,44/BmaxQc . т ,
(21')
(27)
(28)
где Вшах - допустимая величина индукции в сердечни1<е
трансформатора тока (принимается равной
Bmax = 0,3 + О,4 тл).
Число витков первичной обмотки
(29)
Сечение проводов первичной и вторичной обмоток
1 tmax
q1= -.-
]
12max
q2=-j-
Исходя из полученных значений q1 и q2, выбираются
обмоточные провода блюнайmих стандартных сечений и
проверяется заполнение окна магнитопровода проводами
обмотоR.
Пример. Рассчитать трансформатор тока.
Исходные данные: R0т = 30 o.ilt; I отmах = 0,5 в; ЛИвт= 2,5 в.
Поскольну в настолщей работе расчет индуктивного ротор-
ного сопротивления не приводится, считаем заданной величину
максимального тока статора двигателл /!max = 8 а.
1. Напряжение вторичной . обмотки трансформатора при мак­
сималыrой нагрузке
И ~т = 1,11 (I ОТmцхRот + ли вт)~ 1,11 (0,5 • 30 + 2,5)::::: 20 11.
55


2. Мощность нагруэRи трансформатора
Рн.т= 1,111ОТinахИ2т= 1,11 ••0,5 • 20 = 11 ва.
3. Поперечное сечение сердечника
Для сердечника трансформатора выбираем электротехничес­
кую сталь марки ~42 с толщиной листа о= 0,5 (k 8 = 0,92): При
этом полное поперечное сечение стержнн
56
Q,
-
Qc. т - 0,0006 - О00065 z
с.т- k
-
О92 -
'
м•
а
'
4. Ориентировочная ширина стержнн пластины
Выбираем стандартную пластину Ш - 25 (а~= 0,025 м).
5. Толщина пакета
ь, _Q~. т=0,00065 =О026
с.т-
'
О 025
'
м.
•
ас. т
•
Принимаем Ь~. т = 0,026 м.
6. Коэффициент трннсфор:мации
1tmax • 8
kт=1--= О555=14,4•
. 2max
•
7. Число витRов вторичной обмотки
20+0,25·20
.
4,44 · 50
· 0,4 · 0,0006 ~ 470•
8. Число витков первичной обмотки
1
W2 470
W1=y =144=33_
.
т
'
9. Сечение проводов первичной и вторичной обмоток
1 tmax
8
•
q1=-
.-=
-
3=2,7мм·;
l.
q•=
12шах = 0,5355 = О, 185 .щiz,
•
-
]


Выбираем для первичной обмотRи провод марRи ПБД диа­
метром d1 = 1,96 мм (q1 = 2,99 мм2), длп •вторичной обмотRи
провод марRи ПЭВ-2 диаметром d2 = 0,49 мм (q 2 = 0,188 мм2 ).
Вторичную обмотRу длп настройRи привода выполнить: W 2 =
= 370 с отводами от 330 и 350-го витRов.
Далее следует проверRа заполнения 01ша магнитопровода
проводами обмотоr,.
На рис. 21 показана схе:ма дроссельного привода с
трехобмоточньш трансформатором. В этой схеме также
используются обратные связи по току и напряжению
двигателя, однано вместо двух
измерительных •трансформато­
ров применен один трехобмо­
точный трансформатор ТТО.
:Этот трансформатор имеет две
первичные обмотни (токовую Wт
н об111от1{у напряжения Wн),
n1(люченные встречно, и одну
вт9ричную JV2 • Напряжение со
вторичной обмотки подается
через полупроводниковый вы­
прямитель , В на обмотку уп­
равления силового магнитного
усилителя МУ. В цепь об­
мотки напряжения W н вклю-
rv
Рис. 21. Схема дроссель­
ного привода с трехобмо­
тоqным трансформатором.
• чено допо.лнительное сопротивление хд. Rак
показано
в работе [32], при выборе величины этого сопротивления
-
R1 sin ер
х - ---"---' -
д-
cos '1'
''
где R 1 - антивное сопротивление цепи обмотни напря­
жения.
Ток во вторичной обмотке трансформатора ТТО
Понятно, что последнее выражение справедливо только
в том случае, ногда коэффициент мощности нагрузки
cos Сfн <р = Сfн -30°) остается постоянным при изменении:
тока нагрузки в широких пределах, а это, KaI{ известно,
характерно для асинхронного двигателя с ротором Шен­
фера и с индукционным роторным сопротивлением.
57


При использовании трехобмоточного трансформатора
требуется только одна обмот1щ результирующей обратной
связи вместо двух обмоток в обычных схемах (рис. 19, а).
С точки зрения динамических режимов схема, приве­
денная на рис. 21, отличается от описанной ранее схемы
(рис. 19, а) тем, что на силовой магнитный усилитель
подается лишь результирующий сигнал обратной связи.
При этом суммируются сигналы обратных связей по то1{у
и напряжению на ТТО практически без запаздывания.
10. СХЕМА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВКЛЮЧЕН'1ЕМ
ДРОССЕЛЕR НАСЫЩЕН'1Я
(СХЕМА В. С. КУЛЕБАКИНА)
При малых нагрузках или при холостом ходе, Rorдa
ток асинхронного электродвигателя невелик, получить
значительное падение напряжения на дросееле насыще­
ния ДН, включенном последовательно с двигателем и,
следовательно, небольшое падение напряжения на дви­
гателе, очень трудно. Причиной этого является конечное
сопротивление ДН при отсутствии .подмагничивания.
В некоторых случаях важно обеспечить работу дви­
гателя на низких скоростях при малых нагрузочных
-моментах. Чтобы расширить диапазон регулирования
скорости вращения, акад. В. С. Rулебакин предложил
схему с последовательно-параллельным соединением ДН
(рис. 22, а) [24]. В этой схеме напряжение на двигателе
изменяется с помощью ДН, включенных последовате.rrьно
(ДН 1) и параллельно (ДН2) нагру~ке (двигателю). ДН
подмагничивается таким образом, что при увеличении
ампер -витков управления ДН 1 уменьшаются ампер-вит1ш
управления ДН2 • Следовательно, в этой схеме всегда
можно получить напряжение на двигателе, близкое к нулю.
Rак по1шзывают исследования [5], суммарный вес
обоих ДН в схеме В. С. Rулебакина может быть меньше,
чем в обычной схеме с одним последовательно соединенным
ДН. Действительно, для обеспечения работы при малом
моменте и на низкой скорости ДН в обычной схеме
должен иметь большое сопротивление при нулевом под­
магничивании Z0 , что обеспечивается за счет увеличения
числа витков силовых обмоток ДН, так ка~,
Z9= k0W2•


Это приводит к тому, что вес такого ДН оказывается
сравнительно большим. В схеме В. С. :Кулебакина мож­
но увеличить расчетный ток холостого хода ДН1 до
величины, соответствующей его минимуму веса, ибо за­
висимость веса ДН от тока холостого хода при задан­
ном напряжении сети и маr{симальном токе всегда имеет
минимум [5]. Необходимое падение напряжения на ДН 1
достигается за счет подмагничивания ДН2 •
а
Рис. 22. Последовательно-параллельное соединение дрос­
селей насыщения: · с асинхронным двигателем:
а - принципиа _льная схема; б
-
векторная диаграмма напряжений
и токов.
Остановимся на определении максимальных токов и
напряжений последовательного и параллельного ДН.
Максимальные значения TOI{OB и напряжений яв,1Iяются
исходными при расчете ДН [4, 5].
•
ИспQльзуя векторную диаграмму* токов и напряже­
ний, составленную для двигателя с последовательно­
параллельным соединением ДН (рис. 22, 6), можно вы­
вести выражения для токов и напряжений ДН:
И~= (И+ Ин sin f)2 + (Ин cos f)2;
12 = (/ш+Iнsin(fн)2+(/нcosfн)2;
.
1ш+/нsin'l'н
sш(f=
.
/
(30)
(31)
(32)
.
* При_ составлении диаграммы пренебрегаем активным со­
противлением ДН.
59


где Ис, Ин и И - напряжения сети, на нагрузне (двига­
теле) и дросселе насыщения соответственно;
/, lн, lш - тони сетевой, _ нагрузочный и через шун­
тирующий дроссель насыщения соответственно;
ер и ерн - углы между напряжением нагрузни, сетевым
и нагрузочным тоном соответственно.
Известными величинами в уравнениях (30)-(32) явля­
ются / н, Ин, ерн, неизвестными - И, I ш, I и ер. Тан нан
число неизвестных на единицу больше числа уравнений,
то вводим, как переменный ноэффициент, отношение тоrш
в неразветвленной · части схемы сетевого тока к току
нагрузки:
I
k1=Т>_1.
(33)
1-1
Из уравнений (31) и (33) получаем выражение для
тоr{а через ДН2 :
lш=lн(Vk7- cos2 ерн, - sinСfн).
(34)
Из уравнений (32)-(34) определяем
Vk2 -cos2 m
•
I
тн
Slll ер =
k
,
I.
(35)
а из уравнения (30) - напряжение на ДН
и=Vи~-и~cos2ер - инsinер.
(36)
Очевидно, что ток и напряжения ДН имеют маI{си­
мальное значение в двух предельных режимах: режиме
максимального подмагничивания ДН 1 (или нулевого -
ДН2} и нулевого подмагничивания ДН1 (или максималь­
ного - ДН2). Обозначим отношение (33) для этих двух
рассматриваемых режимов через k11 и k21 соответственно.
Тогда, зная в этих режимах напряжение, тон и коэф­
фициент мощности двигателя, можно для заданных зна­
чений коэффициентов k11 и k21 найти по формулам (30)-
(36) максимальные ТОI{И и напряжение · ДН. Таким обра­
зом, все параметры ДН являются функцией двух неза­
висимых переменных k1 и k 2 , что дает возможность искать
минимум веса и стоимости активных материалов обоих
ДН в функциях от этих двух переменных. Оптимальные
значения указанных коэффициентов находятся в пределах:
k11 = 1,02 -1,10; k21 = 2,0 - 2,5.
60


Исследования поназали, что схема В. С. Кулебакина
экономичес1-ш эффш{тивна . только для двигателей малой
l\ЮЩНОСТИ (до 250-300 вт).
11. СХЕМА С НЕЛИНЕЙНЫМИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМИ
ОБРАТНЫМИ СВЯЗЯМИ ПО ТОКУ
И НАПРЯЖЕНИЮ
В рассматриваемых выше схемах скорость вращения
двигателя сохращ~ется примерно постоянной при измене- .
нии м9мента нагрузки лишь в относ_ительно узких пре­
делах; с уменьшением ре­
гулируемой скорости •эти
пределы сужаются. Глав­
ная причина неудовлетво­
рительной жесткости ме­
ханических харю,теристю,
состоит в том, что коэф­
фициенты обратных свя­
зей по току и наnрfiже­
нию, подобранные при
наладке для заданного
,,значения скорости двига-
• теля,
сохраняются, есте­
ственно, постоянными при
изменении момента на~
грузrш и не создают ам­
пер-витков подмагничива­
ния, которых было бы
достаточно для изменения
Рис. 23. (.;хема дросёелыrого
управления асинхронным двига­
телем с нелинейными обратными
связями по току и напряжению.
сопротивления ДН на нужную величину. Д.JJЯ улучшения
статических характеристик дроссельного электропривода,
т. е_. зависимости скорости при регулировании от мо­
мента нагрузки, · необходимо применять нелинейные
•обратные связи.
Первая схема, в которой быю1 осуществлены нелиней­
ные обратные свнзи для улучшения статических харак­
теристик дроссельного электропривода, принадлежит
·л. В. Голованову [13]. Так :как · полное сопротивление
двигателя однозначно определяет его скорость, то по
величине этого сопротивления можно определить скорость
вращения двигателя. В схеме А. В. Голованова сигнал
управления, зависнщий от сопротивления двигателя,
61


вырабатывается двумя нелинейными мостами, юшючен­
ными в цепи обратн;ых связ ёй по току и напряжению
двигателя. Такое уетройство дает возможность получить
жестrше статические характеристики в широкоJ1I диапазоне
изменения момента нагрузки .
Принципиальная схема дроссельного электропривода
с нелинейными обратными связями по току и напряжению
двигателя показана на рис. 23. Сигналы, пропорциональ­
ные напряжению и току, через трансформаторы ТН и ТТ
и вентиль~ые мосты В1 и В2 подаютсt-1 на логарифми­
ческие нелинейные мосты МН !1 МТ, в два противопо- •
ложных плеча которых включены аI{тивные сопротивле­
ния R 1 , в два других - селеновые вентили В и сопротив­
ления R2•
Напряжение на выходной диагонали каждого моста
пропорционально лога.рифму напряжения 1ra его входной
диагонали . Обе выходные диагонали мостов включены
навстречу о'дна другой, так что ампер-витки управления
дн
и
awy=ka(lgИ- 1gI)=kalgТ=kalgZдв•
Учитывал зависимость сопротивления двигателя от
его скорости, получаем, что ампер-витки управления
примерно пропорциональны скорости вращения двигателя.
-
Ю. М. Розов дал общее решение задачи о синтезе
систем дроссельного управления· электроприводами с при­
менением нелинейн·ых обратных связей. В работе [33] он
по1{аз л, что при применении обратных связей по току
и напряжению двигателя в системах rегулированил ско­
рости можно полностью скомпенсировать отклонение
сн:орости от заданной величины, вызванное изменением
момента нагрузки или другими возмущениями. Кроме того,
им доказано, что · в схемах дросаельного электропривода
с нелинейными обратными связями ·можно получить не
.
только ~{омпенсацию, но и перекомпенсацию ошибки по
скорости .
Системы дроссельного управления с применением не­
линейных обр·атных связей для улучшения статических
харю{теристик регулируемого электропривода только начи­
нают применяться и, несомненно, явJrяютсл в_есьма пер­
спективными.


IV.
. РЕВЕРСИВНЫЕ
СХЕМЫ
ДРОССЕЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ
АСИНХРОННЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГ А fЕЛЯМИ
11. СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ТРЕХФАЗНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ
Для реверсивного управления трехфазными
асинхронными двигатеJ1ями используются шести,- пяти­
и четырехдроссельные схемы (рис: 24). Все режимы ра­
боты двигателей, управляемых по этим схемам, являются
несимметричными в результате наличия токов обратной
последовательности, обусловленных конечным сопротив­
,ТJением неподмагниченных дроссеJ1ей насыщения (1).
Габариты дросселей насыщения пропорциональны так
называемой · габари:гной мощности:
Рдн = тИднlдн,
,.
где Рдн - габаритная мощность;
т - число однофазных дроссеJiей;
И дн - :ivrаксимаJiьное напряжение на дросселе при
нулевом подмагничивании, которое в ревер­
сивной схеме равно линейному напряжению
источника питания.
Для сравнения' по габаритам приведенны~ схем габа­
ритную мощность дросселей насыщения в реверсивной
схеме выразим относительно габаритной мощности дрос­
селей в трехфазной нереверсивной симметричной схеме
Р ::=::::: ЗИ номf ном,
где Ином - номинальное фазное напряжение двигателя;
I ном - номинальный ток двигателя.
Для схемы, изображенной на рис. 24, а, в которой
могут быть использовань1 шесть однофазных или два трех­
фазных дросселя насыщения, относительная габаритная
мощность дроеселей
*
Рдн 6УЗ Ином1ном
Pv1 = -Т:::::::: зи 1
:::::::: 3,5,
ном ном
так как в · ра·ссм·атриваемQЙ схеме т = 6.
63


Если дроссели насьiщения изготовлены в однофазном
исполнении , для реверсивной схемы можно использовать
пять дросселей вместо шести (рис . 24, 6). В этой схеме
один из дросселей должен под:маrничиваться RIOt rфи
прямом, так и при обратном вращении двигателя ; Отно-
'\ .,
Рис . 24. Принципиальные реверсивные схемы дроссельного
управления трехфазными асинхронными двигателями.
сительная габари_тная мощность дросселей насыщения
в пятидроссельной схеме
*
5 УЗИно~/ ном
Pv;::::; 3И l
;::::::;2,9.
ном ном
.
Реверсивную схему можно осуществить и на четырех
дросселях насыщения (рис. 24, в). В э'l'ой схеме дроссели
в оддой фазе отсутствуют, поэтому в режиме максималь~
наго подмагничивания прямых или. обратных дросселей
возникает асимметрия напряже-ний на фазах двигателя,
64


зависящая от соотношения сопротивлений фаз двигателя
и сопротивлений · подмагниченных дросселей. В связи
с зтим необхоцимо увеличить мощность двигателя по
сравнению с нереверсивной схемой, а габаритная :мощ­
ность дросселей будет несколько больше, чем
.р* ~4узиНОМ/НОМ~23
IV~ЗИI
~'•
ном ном
Таким образом, .зта схема дает незначительное умень­
шение габаритной :мощности дросселей насыщения по
сравнению с irятидроссельной схемой, но требует завы­
шения мощности исполпительного двигателя примерно
в 2 раза.
Вес дросселей в шестидроссельной схеме при одно­
фазной их конструкции на 20 % больше, а мощность
управления в 1,3 раза меньше, чем в пятидроссельной
схеме. При трехфазной констру1щии мощность управле­
ния на 20% меньше, а вес дросселей одинаI\ОВ. с пяти ­
дроссельной схемой [1].
Для систем двухпозиционного регулирования можно
применить также реверсивную :мостовую ехе:му с двух­
фазным включением двигателя (рис. 24, г). При этом
две · фазы статорной обмотки двигателя, соединенные по­
следовательно (обмотка возбуждения), подключаются к _
двум фазам источника питания (на линейное напряже- _
ние). Третья фаза статора (обмотка управления) . через·
мост, состоящий из четырех дросселей насыщения, под­
нлючается между нулем и третьей · фазой источника.
Изменение направлр,ния вращения двигателя осущеетвля­
ется реверсированием фазы напряжения · на обмотке уп­
равления при подмагничивании одной пары и размагни-
- чиванпи
другой пары дросселей насыщения, образующих
мост. Относительная габаритная мощность дросселей на­
сыщения для этой схемы
*
4Ино~/ном
P1vм;:::::;3u I ;:::::;1,3,
ном ном
т. е. она наименьшая по сравнению с габаритной · :мощ­
ностью рассмотренных схем.
В реверсивных схемах для , стабилизации скорости
вращения двигателя также используется обратная связь
5 039
65


по скорости или дифференциальные обратные связи по
току и напряжению двигателя. На рие . 25 поназана
схема реверсивного привода е отрицательной обратной
связыо по напряжению двигателя и положительной
связью по току. Основные элементы привода: силовые
магнитные усилители МУ I и МУ I I, промежуточные
магнитные усилители МУI I I и МУ IV, измерительные
трансформаторы тона ТТ и напряжения ТН, выпрямители
в цепях обратных связей ВТ и ВН и трехфазный асин­
хронный двигатель Д.
~~1~
~Of~'5;
г--- .
---
-
-~
-
1
1U~1
1У~1
1
1
1
1
: МУШI
MYiF 1
ia.c,Q
[)ос2 !
1
•
1
1
1
:ОТ, 'L..-1.._"l._-'_'-
___ ___ __
~'----_-_-~+-_-_-_-_-_-_-_-_-_-:_+l-_-_-_-_t--:_-_-_-_-_-~+
.....
-=._. ОТz :
1
1
1~
~1
1
1
1
1
1031
1
()321
L___
--~ j
• Рис. 25. Схема реверсивноrо привода.
Промежуточные магнитные усилители имеют по четыре
обмотки управления: ОС1 и ОС2 - обмотни смещения для
выбора рабочего участка нагрузочной харантеристи:ки;
ОТ 1 и ОТ2 - обмотни положительной обратной связи по
току двигателя; ОН1 и ОН2 - обмотни отрицательной
обратной связи по напряжению; 031 и 032 - обмотки
управления для задания требуемого направления враще­
ния и величины с1юрости вращения двигателя·. Проме­
жуточные усилители МУI I I и МУ IV производят сум­
мирование и усиление управляющего сигнала И3 и сиг­
налов обратных связей. Нагрузной промежуточных усили­
телей являются обмотки управления соответствующих
66


силовых магнитных усилителей, таR что то1, на выходе
vсилителей МУI I I и МУIV является тоr~ом управления
усилитеJrей МУI и МУI I I .
. Приведенная
схема выполнена HiJ. двух трехфазных
магнитных усюrителях с внутренней обратной связьiо.
•В
зависимости от RОНRретного
назнаqения эта схема может быть
выполнена на шести, пяти или
четырех однофазных магнитных
усилителях.
з
-Управление приводом осуще­
ствляется задающим сигналом
ПОСТОЯННОГО TORa И3, Rоторый по­
дается на обмотRи управления 031
и 032 промежуточных усилителей.
Полярность этого сигнала опреде­
ляет, RaRoй из силовых магнитных
усилителей подмагничивается, а
Fy
----+--+ --'
тем самым определяется порядоR
чередования фаз на статоре дви­
гателя и · направление вращения
его. Величина сигнала И3 опре­
деляет величину СRорости враще­
ния двигателя.
Обратная связь в реверсивной
схеме влияет на подмагничивание
ТОЛЬRО ОДНОГО ИЗ силовых магнит­
-+'ём
~Fз
fнIFт
а
lн
кfy
!ус
Рис. 26. Харантеристюш
магнитных усилителей
с внутренней обратной
ных усилителей, соответствую­
щего направлению вращения дви­
гателя, заданному полярностью
управляющего сигнала Из. В при­
веденной схеме сигнал обратной
свя_зи (по тоRу и напряжению)
подается . одновременно на обмоТRИ
связыо.
обоих промеж.у-
точных магнитных усилителей, но тоR протеRает тольRо
в нагрузRе одного из них (в нагрузRе другого усили­
теля при этом протеRает тольRо тоR холостого хода).
:Это объясняется формой на~рузочных хараRтеристиR lн =
= f (1 у) промежуточных усилителей МУI I I и МУIV.
В Rачестве усилителей здесь используются дроссельные
маг:нитные усилители с внутренней обратной связью. На­
грузочные хараRтеристиRи этих усилителей одинаRовы
(рис. 26).
5*
67


При помощи обмоток смещения 0С1 и ОС2 рабочие точки
на нагрузочных характеристю,ах усилителей (рис. 26, а)
устанавливают в положении 1. Обратные связи настраи­
в~ют так; чтобы при номинальном моменте нагрузки . на
валу двигателя и заторможенном роторе
Fт~Fн,
где Fт - н. с. обмотки· обратной связи по току;
Fн - н. с. обмо1·ки обратной связи по напряжению.
При подаче задающего сигнала на один из промежу­
точнъJх магнитных усилителей рабочая точка на его
Qбf--...P.....+-f==-.!c---+--=>...!--+--1
Q4t---l-"' - ..t- -+-"'l-~ t- -"<+c--t--1
о ~~~~~-~~~__,
Q20.4О,б0.81,01,21,4М
Мн
Рис. 27. Механические харак­
теристики реверсивного дрос­
сельного привода.
нагрузочной характеристике
перемещается по рабочему
участку 1-2. В это время
рабочая точка на нагрузоч­
ной характеристике второго
промежуточного усилителя,
находящегося под воздей­
ствием толы,о сигналов об­
ратных связей, перемещает­
ся по нерабочему участку
1-3 . Поснольку, уча стон
1-3 нагрузочной харантери­
стики почти параллелен оси
абсцисс, то обратные связи
прантичесни не влияют на тон нагрузки того усилителя,
на ноторый· не подан . задающий сигнал. Для номпенса­
ции влияния • тока х. х. промежуточных усилителей на .
подмагничивание силовых усилителей МУI и · МУI I
используются обмотки смещения OСМ 1 и ОСМ2 •
• Понятно, что в описанной схеме в качестве усили­
телей MYIII и .MYIV могут быть применены магнитные
·усилители с нагрузочной характеристикой, несимметрич­
ной 01.·носительно оси ординат, т. е. уеилители, обла­
дающие фа3овой '!у:вствительностью. Таную характери­
.стику, как известно, имеют дроссельные магнитные
•усилители с внутренней обратной связью. Однако нед о­
.ста точно только того, чтобы нагрузочная харантеристика
бьша несимметрична. Для работы схем:r,1 необ_ходимо,
·чтобы левая ветвь характеристини была параллельна
оси абсцисс (или наклонена к ней под незначительным
углом), таи как лишь в этом случае изменение. подмаг-
68


ничивания промежуточного усилителя, находящегося
под воздействием только ' сигналов обратных связей, не
будет влиять на силовой магниrный усилитель.
Наклон . левой ветви нагрузочной характеристики
магнитного усилителя определяется его параметрами.
На рис. 26,- б показана характеристика / н = f (/у) маг­
нитного усилителя с внутренней обратной связью. Про­
должим прямую AN (левую ветвь характ(;)ристики) вправо ,
до пересечения с осью абсцисс в точке К. Как показано
в работе [.31], этой точке соответствует. ток управления
где / yR - ток управления, соответствующий точке К;
W~-
число витков силовой обмотки магнитного уси­
лителя;
Wy- число витков обмотки управления;
I х. х - ток х. х. магнитного усилителя, соответству­
. ющий отрезку АС на нагрузочной характе­
ристю{е.
Отрезку ОС соответствуе·r ток управления
w~
/ус= - 2w1х:х•
у
. Наклон левой . ветви характеристики I{ оси абсцисс
определяется так:
АС
АС
tg(J. = сн =со+он'
но
АС=lx.х, СО=jlyc1,ОК =lук,
следовательно,
I
I
tg(J. =
х.х =
х.х
11ус1+IyR w~I
~1
2W х.х+2W х.х
у
у
Таким образом, нанлон левой ветви харантеристики
/ н = f (/у} определяется соотношением чисел витков об­
мотки управления и силовой обмотки.
На рис. 27 поназаны механические характеристики
peвepoпiuoro привода, выполне1п1оrо цо схеме рис. 25.
69


tЭ. СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ДВУХФАЗНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ
Двухфа3ные асинхронные двигатели наиболее распро­
стран:ены в качестве исполнительных . элементов систем
автоматического регулирования . В этих случаях они, как
правило, включаются по реверсивной схеме. Рассмотрим
основные схемы включения двухфа3ных асинхронных
двигателей, в которых ревер.с осуществляется с помощь!()
дросселей насыщения ДН .
•
о-
rv
а
1J
Рис. 28. Схема реверсивного управления двухфазным асин­
хронным двигателем .
На рис. 28, а. * · и3ображена мостовая двухдроссель­
ная схема управления электродвигателем, в которой
в два смежных плеча моста включены обмотки двигателей
W1 и W2 , а в два других - однотактные ДН. К одной диа­
гонали моста подводится напряжение . сiЭти, а в другую ·
включен фа3осдвигающий нонденсатор. Когда оба ДН
* Обмотки управJ1енип на рис . 28-30 не показаны.
70


неподмагничены, напряжение на конденсаторе равно
нулю, так каR мост уравновешен. Токи обеих обмоток
двигателя совпадают при этом по фазе и, следовательно,
момент . двигателя также равняется нулю..
'
Если сопротивление одного ДН при подмагничивании
принять равпым · нулю, а при недомагничивании - бес­
коIIечности, одна _из обмоток двигателя оказывается
подсоединенной к сети непосредственно, а другая - через
последовательно соединенный конденсатор. Подбором
емкости ·можно добиться равенства токов в обмотках
двигателя и сдвига •их · по фазе, близн:ого к -rr ./2, т. е.
получить круговое вращающееся поле. Для реверсирова­
ния двигателя необходимо подмагнитить ДН, находя­
щийся в соседнем плече моста.
В схемах управления двухфазным двигателем, изо­
браженных на рис. 28, 6 и в, использовань~ два двух­
тактных ДН, включенные по мостовой четырехдроссель­
ной (четыре однотактных дросселя) и дифференциальной
схемам. С помощью этих ДН напряжение подается на
одну из обмоток W 1 двигателя, . вторая обмотка W 2
постоянно внлючена в сеть через конденсатор. При nод­
магничивании ДН 1 на обмотку W 1 двигателя подается
напряжение сети и он начинает вращаться в прямом
'
направлении, при подмагничивании ДН2 фаза напря­
жения изменяется на обратную и двигатель вращается
в противоположном направлении. Достоинство этих схем
в том, что в них можно производить реверс двигателя
. без
фазосдвигающего конденсатора (при питании от трех­
фазной · сети с выведенным нулем).
Недостаток обеих рассмотренных схем заключается
в том, что по сетевой обмотке W 2 всегда протекает ток,
вызывая нагрев двигателя. Для устранения этого недо­
статка последовательно с сетевой обмоткой двигателя
включают доnолнительньiй однотактный ДН 3 (рис. 28, г).
Этот ДН3 зя.riерт при отсутствии сигнала управления и
полностью открыт при появлении сигнала управления.
Фазосдвигающий конденсатор подключается при этом
к · обмотке, в которой изменяется направление т<жа,, ибо
последовательное соединение ДЕ и емкости может дать
в результате весьма небольшое сопротивление.
Дш.I сравнения схем (рис. 28) по габаритной мощности
двигателей зададимся · определенной величиной продол­
жительности включения iПВ( Например, пуст:ь ПВ=О,25.
71


В режиме пуска можно считать, что пусковой момент
двигателя
где 11 и 12 - токи обмоток двигателя. ,
В мостовой двухдроссельной схеме (рис. 28, а) обе
фазы двигателя могут быть включены на полное напря­
жение сети, т. е. 11 = 12 = lном = 1 и, следовательно,
М = Мп. ном = 1 отн. ед. В мостовой четырехдроссельной '
и в дифференциальной схемах напряжение и ток в сете- -
вой обмотке должны быть по условиям нагрева умень­
шены в_
1
1
- =-=2
упв -Vo,2s •
раза [1 ]. На другую обмотку может быть подано лолное
напряжение, т. е. Лfп = 1 • 0,5 = 0,5. Соответственно для
получения Мп •= 1 (рис. 28, а - и г) габаритная мощность
двигателя должна быть увеличена в
(37)
раз по сравнению с мостовой двухдроссельной схемой.
Сравним габаритные мощности ДН в рассмотренных
выше схемах при одном и том же пусковом моменте
Мп= 1.
·в мостовой двухдроссельной схеме (рис. 28, а) ,сум- _
марная габаритная мощность ДН
Рдн = 2Иmaxlmax,
где tJшах - максимальное напряжение ДН;
/ max - максимальный ток.
При условии получения кругового вращающегося поля
максимальное напряжение и ток дросселя связаны с но­
~IИнальными напряжением и током двигателя следую­
щимц соотношениями [1]:
-
Иmах = VWнoмi
lmax = V2Iном,
Тогда
Рдн - 4И~омlном•
12


·•
Для мостовой четырехдроссельной схемы (рис. 28, 6)
суммарная габаритная мощность ДН с учетом соотно­
шения (37)
Рдн = 4Umaxlmax V2 = 4 V2Иномlном•
Для дифференциальной схемы (рис. 28, в) габаритная
М(_)ЩНОСТЬ ДН
причем
Рдн = 2Umaxlmax,
Иmах;:::;:; 2Ином И
lmax;:::;:;lнoм + lo,
где / 0 - ток х. х: ДН, который для маломощных при­
водов порядка 1.~50 вт составляет: / 0 ;:::;:; 0,5 lном• Тогда
с учетом соотношения (37) суммарная габаритная мощ­
ность дн
Рдн;:::;:; 2 • 2Ином • 1,5/ном V2 = 6 V2Иномlном•
Для приводов мощностью более 50 вт
lmax;:::;:; f ном,
т. е.
.В
дифференциальной схеме необходимо тю<же учесть
габариты сетевого трансформатора, который должен быть
рассчит _ан на мощность
Р=2Ином •1,5/номдляР<50вт;
Р=2Uномlном ДЛЯ Р<50вт.
В схеме на рис: 28, г суммарная габаритная мощ­
ность дн
Рдн = 4Иномfном + Иномfном = 5Иномlном•
Таким образом, при одном и том же пусковом мо­
менте наименьшая габаритная мощность ДН соответ­
ствует мостовой двухдроссельной схеме, а наибольшая
(с учетом габаритов сетевого трансформатора) - диффе­
ренциальной схеме. Однако следует отметить, что диф­
ференциадънал схема при налич:иц: сетенqго трапсформа-
73
•


тора дает :возможность получить люб9е нужное напря­
жение на реверсируемой обмотке двигателя и электри­
чески развязать с·хему управления от сети .
•
При длительной работе двигателя (ПВ=I) схемы на
р·ис. 28, а и 6 равноценны по расходу активных мате-
риалов.
.
.
Для рассмотренных выше схем выбираем фазосдви­
гающий конденсатор. :Как известно, фазосдвигающий
конденсатор необходим для получения кругового вр.а- •
щающеrося поля в одном из режимов двигателя (нап­
ример, при пуске). 'Условия получения таного поля сле­
дующие [37]:
1) отношение числа . витков обмоток
(38)
где W 1 и W 2 - число витков сетевой . и реверсируемой
обмоток двигателя соответственно;
rp - угол между тоном и напряжением сете­
вой обмотки;
2) фазосдвигающая емкость
-
,
cos2 ер •106
.cos2 ер· 106
С=~--=-·
.
2тсfх
sin ер 2тс/Z '
где Z - сопротивление сетевой обмотки двигателя при
пуске,
z_Ином
-
/ пус11 •
~ общем случае из -за невыполнения первого условия
поле двигателя всегда будет эллиптическим. Приведен­
ная формула для фазосдвигающей емкости в этом с'лу­
чае пригодна, следовательно, только для ориецтировоч ­
ных расчетов.
Пример. Величину фазосдвиrающей емности для двухфаз­
ного двигателя типа 2АСМ-400 определим из условия пусна.
Исходные данные для расчета: .cos ер= 0,8; / ном = 0,4 а; sin ер=
= 0,4; Ином= 110 в;
/пуск== 1,5/ном = 1,5 • 0,4 = 0,6 а.
Фазосдвиrающая емность
о82•106•о6•
С=0,6 •2тс •50 •'t10= 18•5,~~кф•
.74


Условие \38) обычно не выполняет·ся, поэтому получен­
ный результат важен только для . выяснения порядка
величины фазосдви,гающей емкости. На практике эта
величина выбирается для данного типа · двигателя в пре­
делах 8- 20 мкф в зависимости от вели.чины момента
нагрузки. Большие значения емкости относятся к боль­
шим значениям момента нагрузки.
Схема реверсивного управления с компенсацией вноси­
мого ин_дуктивного сопротивления. Магнитньrй усилитель
(или дроссель насыщения) вно­
сит в цепь управления двигателя
добавочное индуктивное сопро­
т_ивление, которое искажает его
механические и регулировочные
характеристин:и и отрицательно
влияет на работу исполнительно ­
го механизма.
Работу исполнительного ме-
'\.,
ханизма можно значительно Рис. 29. Мосто;вал че-
улучшить, если свести к мини­
муму влияние . магнитного уси­
лителя на хараr{теристики двига­
теля. Рассмотрим, например,
мостовую
четырехдроссельную
схему управления двухфазным
асинхронным двигателем (рис. 29).
тырехдроссельная схе­
ма реверсивного управ­
ления двухфазным асин­
хронным двигателем с
компенсацией вносиыо­
rо индуктивного сопро-
•
~ивленил.
В этом случае [30] величина сопротивления, вносимого
в обмотку двигателя,
где х 1 и х2 - сопротщзления плеч моста (дросселей) в
заданном режиме. (Сопротивления дросселей приняты
чисто индуктивными).
Сопротивление Хвн искажает механическую хараr{­
теристику двигателя, . создавая на малых скоростях
участr{И с отрицательнь'r111: статизмом, что приводит к не­
устойчивой работе автоматической системы с рассматри­
ваемой схемой включения исполнительного асинхрон­
ного двигателя. Этот недостаток мо~но устранить при
включении последовательно с управляющей обмоткой _
W 1 такой емкости С 1 , чтобы скомпенсировать вносимое
сощ.ютивд:ение - х1щ. Эта емкост:r, должна скомпенсиро-


вать внос1iмое сопротивление при нулеnом сигнале уп­
равления, т. е. когда все дроссели неподмагничены и
их сопротивления равны друг другу. При этом вноси­
мое сопротивление
где х0 - сопротивление дросселя, находящегося в одном
из плеч м·оста. Величина компенсирующей емкости
~~~~~
0~~cu&:
дН2 ,....,
ДН ,._,
а
б
Рис. ЗQ. Схемы реверсивного
дроссельного привода с двух­
фазным асинхронным двигателем
для различных нагрузок:
а - симметричной; б
-
несимметрич­
ной .
106
-
.
С1= -
2f мкф.
1t Хо
Если такая компенса­
ция осуществлена, то ис­
кажения
механических
характеристик двигатедя
не будет, что . дает воз­
можность полнее исполь­
вова ть габаритную мощ­
ность двигателя и значи­
тельно улучшить ТОЧНОС!._Ь
работы исполнительного
механизма. :Компенсация
сопротивления Хвн, кроме того, обеспечивает постоянство
фазы напряжения, приложенног() непосредственно к об-
мотке управления двигателя [30].
'
Схемы реверсивного управления, разработанные в
Институте электротехники АН УССР. В схеме*
(рис . 30, iz) при подмагничивании ДН1 конденсатор под­
соединяется параллельно одной из обм_оток двига•rеля.
Прn подмагничивании ДН2 конденсатор подсоединяется
параллельно другой обмотке двигателя и направление
вращения двигателя изменяется на противоположное.
Схе:ма- отличается хорошим быстродействием [2].
Схема реверсивного привода для несимметричных
нагрузо1< [38], разработанная В. С. Яковлевым, приве­
дена на рис. 30, 6. В отлиqие от схемы рис. 30., а один
из ДН заменен конденсатором. :Когда ДН полностью
подмагничен, конде.нсатор С1 подключается параллельно
. одной из обмоток двигателя, а конденсатор С2 - к сети.
* Схема разработана нанд. техн. наук А. И. Адаменко . .


Если же ДН не подмаrничен, то конденсаторы С1 и С2 ,
соединенные последовательно, подключаются парал­
лельно · другой обмот1{е двигателя и направление вра­
щения двигателя изменяется на противополткное. При
не~<отором промежуточном значении подмагничивания
ДН можно получить скорость двигателя, равную нулю.
В рассматриваемой схеме конденсатор С 1 выбирается
из условия получения фазОВ()ГО сдвига между тоRами
в обмотках двигателя, близ-кого R 1t/2. - По э то м у
при от­
сутствии подмагничивания ДН фазовый сдвиг между
токами меньше 1t/2, т . . е. двигатель в этой схеме раз­
вивает неодинак_овые моменты для обоих направлений ·
вращения. С увеличением емкости С 1 эта несимметрия
уменьшается, однако увеличивается максимальный ток
через ДН.
Схема реверсивl-tого управлеl-luя двухфазl-tым acul-txpol-l -
l-tЫM двигател,ем с динамическим торможеl-tием. Во многих
следящих системах с исполнительными двухфазными
двигателями ·инерционность систем велика, а демпфиро­
вание - мало. Это приводит либо к неустойчивости си­
стемы, либо к плохому 1шчеству переходного процесса
(перереrу,JJированию). Для улучшения качества регули­
рования создают дополнительный тормозной момент,
который имеет максимальную величину при малых сиг­
налах рассогласования и минимальную - при больших.
Это объясняется те:м, что при ма:1ых сигналах рассогл::1.­
сования, имеющих место вблизи точки равновесия сле­
дящей системы, необходимо интенсивное демпфирование
во избежание та~< называемого перерегулирования (т. е.
проскакивания системы через положещ1е равновесия).
Системы такого типа дают возможность, кроме того,
синтезировиь управление, близкое к оптимал;ь.ному [6].
:Реверсивная схема управления с динамическим тормо­
жением исполнительного двухфазного двигателя, ис­
пользуемая в быстродействующих следящих системах
(схема Гейгера) изображена на рис. 31. Одна из обмотоR
W 1 двигателя подключена через последовательно соеди­
ненный фазосдвигающий конденсатор С1 к сети, а , дру­
гая - W 2 , шунтирqванная Rонденсатором С2 , управляет­
ся по рассмотренной выше дифференциальной схеме с по­
мощью двух магнитных усил~телей МУ I МУI I. Эти
магнитные усилители имеют внутреннюю положитель­
ную обратную связь по току нагрузки (самонасыщение),
77


которая создается с помощью полупроводниковых вен­
тилей В1 и В2 . На сердечнике каждого МУ на:r,,1отаны,
кроме силовой обмотки W ~,
обмотна смещения Wc и
обмотна •управления TV у• Рабочая точка каждого усили­
т'еля выбирается с помощью активного сопротивления R,
юшюченного последовательно с обмоткой смещения.
Обмотки управления., обоих магнитных усилителей сое­
динены последовательно-согласно и подключены к ис·точ­
нину сигнала управления.
При отсутствии сигнала управления оба усилителя
имеют одинаковое подмагничивание, что достигается
Ro
Рис. 31. Схема реверсивного
дроссельного управления с ди­
намическим торможением двух­
фазного асинхронного двигателя
(схема Гейrера).
подбором смещения (со­
противление R). При этом:
выходной тон, неизмен­
ный по направлению, со­
держит как постоянную,
та~{ и переменную состав­
ляющие четных гармо­
ник, но не содержит пе­
ременной составляющей
основной част,оты пита-.
ния. Величина ВЬIХОДНОГО
тока в этом: режиме ус-
танавливается таюне с по­
мощью сопротивления R.
Наличие постоянной со-
ставляющей и тока двой­
ной частоты обусловлено
,,
тем, что наг~,узка вклю-
чена в диагональ двухполупериодного выпрямителя,
образованного сетевмм трансформатором со средней
точкой и вентилями В1 и В2 . Постоянная сост~вляющая
- выходного тока при нулевом (или малом) управляющем
сигнале используется для динамического торможения
двигателя. Для увеличения постоянной составляющей
тока через обмотку двигателя используется конденсатор
С2 , шунтирующий управляемую обмотку двигателя.
При наличии сигнала управления его поле в одном
МУ действует согласно с полем обратной связи, а в дру­
гом: МУ ,- встречно.
Это объясняется соответствующим
включением обмоток управления магнитных усилителей
и вызывает увеличение выходного тока в один полу­
период и уменьшение - в другой, что приводит к уве-
78


"
ли:чению переменной соетавляющей тока основной ча ..:
с.таты и уменьшению по0-толнной составля:ющей. Постоян­
ная составляющая тока не зависит по направлению от
знака управляющего сигнала, а перв~я гармо1;шка т ,ока
изменяет на 180° фазу при изменении полярности сигнала
управления. · Следует отметить, что основная особенность
рассматриваемой ,схемы заключается в том, что чем боль­
ше величина постоянной составляющей на выходе, тем
меньше величина переменной составляющей, и наоборот.
Этот факт определяет . достоинс;гва данной схемы.
Однако такая . схема управления обладает одним су­
щественным недостатком - трансформацией переменного
напряжения в цепь управления, что вызвано согласным
включением обоих обмоток управления, соединенных
последовательно. В цепи управления наводится э. д. с.
частоты сети, средняя ве.JJичина которой постоянна и не
зависит от сигнала управления. В связи с этим отношение
числа витков обмотки управления к числу витков силовой
обмотки должно выбираться достаточно малым [12]
Wy-
.
w~ ·-
0,01 --. -0,1.
Кроме того, необходимо последовательно с обмотками
управления включать достаточно большое добавочное .
балластное сопротивление Rб с тем, чтобы наведенная
э. д. с. не вызвала значительных токов в цепи управления .


V.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
ПРИБОРОВ В СХЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ
АСИНХРОННЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ
14. СХЕМЫ УПРАВЛl:НИЯ ДВИГАТЕЛЯМИ
НА ТРАНЗИСТОРАХ
Транзисторы применяются в схемах привода для
управления в основном маломощными дв-ухфазными асин·­
хронными двигателями (от долей ватта до десятков_ ватт).
Эти двигатели используются главным образом в качестве
исполнительных в 1шломощных следящих системах. Полу­
·проводниковые схемы - управления исполнительными дви­
гателями обеспечивают высокие динамические показатели
таких систем.
Схема с двухтактным полупроводн,иковым усилителем
мощности и выходным трансформатором. На рис, 32, а
приведена схема управления двухфазным асинхронным
двигателем- мощностью до 5 вт [25, 26]. Сигнал управ­
ления подаетсJI в виде переменнЬго напряжения с час­
тотой питающей сети. После усиления предварительными
уси~ителями (на рисунке не показанными) сигнал по­
·ступает на вход двухтактного полупроводникового уси­
лителя мощности, который работает в режиме класса В.
Двухтактный усилитель мощности питает обмотку управ­
ления W2 двигателя. Вторая обмотка W1 двигателя под­
ключена к сети через фазосдв;и:гающий кондецсатор.
При подаче сигнала управления на обмотку входного
трансформатора Тр1 один из транзисторов, например Т1 ,
отпирается на время полупериода, а второй - Т2 - за­
пирается . Через коллекторную цепь транзистора Т1 и одну
из первичных обмоток выходного трансформатора Тр2
начинает протекать ток
Ии
lи=lГ'
и
где Ии - напряжение питания постоянного тока;
80
Rи - сопротив.тrение коллекторной цепи, состоящее
из остаточного сопротивления транзистора Т1 ,
омического сопротивления поло.вины первичной
обмотки трансформатора Тр 2 и сопротивления Rэt•


Величина сигнала управления выбирается таким об~
разом, _чтобы трансформатор Т 1 большую часть полуперио­
да был на·сыщен и, следовательно, работад в наиболее
экономичном ключевом режиме. Рабочая точка транзи ­
сторов подбирается с помощью сопротивлений R,R01 и R 02.
График изменения коллекторного тоr{а - одного из
трансформаторов во времени показан на рис. 3-2, 6. Кол­
лекторный ток другого транзистора изменяется во вре­
мени аналогично, но сдвинут па полупериод.
.
"
1 '\,
Тр,
Тр2- g lк
ЭI l®o~
---
а
о
о
t
Рис. 32. Схема реверсивного управления двухфазным асинхрон­
ным двигателе]\f с двухтантным полупроводниковым усилителеы
мощности и выходным трансформатором (а) и графин изменения
кош1енторного тона транзистора (6).
Следова т ельно, во · вторичной обмот1,е трансформатора
Тр2 индуктируется переменное напряжение, частота и
фаза 1,оторого определяются част<:>той и фазой сигнала
управления. При изменении фазы сигнала управления
на противоположную изменится также фаза выходного
напряжения и двигатель начнет вращаться в другую
сторону.
К вторичной обмотке выходного трансформатора не­
обходимо обязательно подключить конденсатор С для
номпенсации индуктивного сопротивления обмотки дви­
га rеля. В противном случае в результате перенапряжений,
которые возникают при отклов:ении транзисторов, они
могут выйти из строя. Конденсатор С, кроме того, улуч­
шает форму выходного напряжения. Величина емкости
этого конденсатора приближенно определяется по фор­
муле
106
С . 2rcfX мкф,
1⁄46 039
81


rде / - частота сигнала управления, равная частоте
сети, гц;
.
Х - индуктивное сопротившшие обмотки управления,
ОМ. ·
Схема с двухтактным полупроводниковым усилителем
.мощности .u выходным трансформатором, питаемая от
сети переменного тока. На рис. 33 показана схема,
в которой для питания коллекторных цепей транзисторов
Т 1 и Т2 (типа П4) используется пульсирующее с удвоен-'
[]
\®о
Рис . 33. Схема реверсивного управ­
ления двухфазным асинхронным
двигателем ( с двухтактным полу­
проводниковым усилителем мощ­
ности и выходным трансформато­
ром), питаемая от сети переменно­
го тока.
ной частотой сети на­
пряжение в виде отри­
цательной полуволны
~инусоиды. Для полу-
. чения
этого напряже­
ния используется двух­
полупериодный выпря­
митель без фильтра, ·
состоящий из вторич­
ной обмотки трансфор­
матора _Тр и вентилей
типа В (типа Д7). Схе­
ма отличается просто­
той выпрямителя и
высоким к. п. д. (более
0,95} при достаточно
больших сигналах уп­
равления [25, 26]. Это
еправедливо в том слу­
чае, если сигнал управления той же частоты, что и
частота питающей сети.
Рассматриваемая схема была применена для управ­
ления двигателем эле~тронного моста ЭМП-200. Отличие
от схемы, изображенной на рис. 32, а, заключается также
в наличии конденсатора С= 0,2 + 0,5 .мкф в первичной
обмотке входного трансформатора. Подбором этого КОIJ­
денсатора может быть произведена в некоторых пределах
регулировка фазы сигнала управления. В остальном
работа этой схемы не отличается принципиально от работы
схемы, описанной выше.
Данные остальных элементов схемы: сопротивления
R=3ком,Rз1=Rз2=1ом;емкостьС1=2мкф.
Схема с двухтактным полупроводниковым усилителем
мощности без выходного трансформатора. Рассмотренные
82


схемы могут быть упрощены за: счет выходного транс­
форма тора, если обмотка управления двигателя имеет
выведенную среднюю точку (рис. 34). ,Эта схема работает
аналогично схеме, приведенной на рис. 3~ .
Схема с двухтактным полупроводниковым усилителем
мощности и шунтирую­
щими диодами. Одна из
основных особенностей
расс~отренных . выше схем
заключается в том, что
для их надежной. работы
необходимо • тщательно
подбирать емкость кон­
денсатора, шунтирующего
обмотку управления асин­
хронного двигателя. Эта
емкость должна полно­
стью скомпенсирова:rь ин­
дуктивное
сопротивле­
ние обмотки, так что ре­
зультирующее сопротив-
Рис. 34. Схема реверсивного
управления двухфазным 1 асин•
хронным двигателем (с двух­
тактным
полупроводниковым
усилителем мощности без вы-
ходного трансформатора).
ление нагрузки транзистора должно быть активным.
В противном случае при разрыве цепи с индуктивностью
к транзистору прикладывается большое обратное напря­
Рис. 35. Схема реверсивного уп­
равления двухфазным асинхрон•
ным двигателем (с двухтактным
усилителем мощности -и шунти-
рующими диодами).
жение (порядка сотен и
даже _ тысяч вольт в зави­
симости от величины ин­
дуктивности), что, как
правило, приводит к выхо­
ду транзистора из строя.
Устранить _обратные
перенапряжения на тран­
зисторах можно также пу­
тем их шунтирования ди­
одами (рис. 35) [20]. При
отключении одного из
транзисторов возникаю­
щее перенапряжение при ­
кладывается к цепи, со­
стоящей из половины обмотки управления двигателя,
диода, шунтирующего эмиттер-коллекторный переход, и
внутреннего сопротивления источника коллекторного
питания транзисторов. Поскольку это перенапряжение
1⁄26 039
83


принладьшается н диоду в прямом н·аправлении, то па ­
дение напряжения на нем невелино (порядна долей или
единиц вольт в зависимости от типа диода), т. е. н тран­
зистору принладывается обратное напряжение таного же
порядна.
В рассматриваемой схеме напряжение, приложенное
н обмотне управления двигателя, имеет форму, блию,ую
н прямоугольной. Это объясняется, в частности, отсут­
с~вием нонденсатора, шунтирующего обмотну управления
двигателя.
Применение прямо-
Рис. 36. Схема реверсивного
упрю~_ленип двухфазным асин­
хронным двигателем (с однотак­
тным полупроводниковым уси­
лителем мощности).
угольного
напряжения
для питания двухфазных
асинхронных элентродви­
гателей уменьшает нрутя­
щий момент на 11 % и уве­
лиqивает нагрев на 20-
25 % относительно их · но­
минальных значений при
синусоидальном питаю ­
щем напряжении. Введе~
ние нонденсатора, шунти­
рующего обмотну управ ­
ления двигателя, умень­
шает н. п. д. схемы вслед-
ствие замедления процесса
пере1шючения транзис'J'Qров [20].
В остальном данная схема аналогична предыдущим.
Схема с одNоmакmNым полупроводNиковым усилителем
мощности. В приборостроении получает все бодьшtЭе . ;
распространение однотантная схема выходного полупро­
воднинового наснада сервоусилитщrя (рис. 36). Эта схема
характеризуется малым рассеянием мощноии на нолден -.
торе транзистора, отсутtтвием выходного трансформатора
и тем, что она содержит лишь один ' транзистор [25].
Сигнал управления подается в виде переменного на­
прю-н:ения с частотой питающей сети на первичную об:мот­
ну входного трансформатора Т р1 . В течение одног_о полу­
периода транзистор отперт, в течение другого - заперт.
При отпирании транзистора напряжение источнина пита­
ния, представляющего двухполупериодный выпрямитель,
подается на обмотну управления двигателя. Тон в управ­
ляющей обмотне в основном определяется приложенным
84
'i


напряжением половины • вторичной обмотки трансформа­
тора Тр2 (входной сигнал имеет достаточную величину
и падени_е напряжения на транзис'rоре почти равно нулю) .
При запирании транзистора цепь коллекторного пита­
ния оказывается разорванной и напряжение на обмотке
у правления двигателя\ определяется при этом переходным
процессом в KOHTYPEt - RLC, где R - активное сопротив­
л ение обмотни двигателя, L - индунтивность этой об­
мотки, а С - емкость конденсатора.
Напряжение на управляющей обмотке при запирании 1
транзист.ора
::,;:..
U= --_!д_е-Ыsinwt
__У
. woC
.
о'
гд е / 0 - величина тона в обмот1{е управления в момент
запирания транзистора;
w0 - собс_твенная частота контура,
-./1 (R 2
Wo=VLC-2L};
Ь - коэффициент затухания,
R
9= 2L'
Приведенное выражение для U у ·необходи мо для рас­
чета возможных поренапряжений на транзисторе при
з аданной емкости конденсатора С.
•
При изменении фазы сигнала управления на обрат­
ную фаза напряжения на обмотке управления таюн е
из меняется на обратную и двигатель реверсирует.
Отм е тим, что наилучшие энергетические по казател и
получаются тогда, когда сигнал управления, со впадаю­
щий п,о фазе с напряжением одной из половин вторич­
ной обмотки силового ' трансформатора Тр2 , имеет до­
статочную величину, обеспечивая работу транзистора в
режиме переключения.
Рассмотренная схема применена для управления асин­
хронным двигателем общепромышленного типа РД-09, I{О­
торый испол_ьзован в серийном миниатюрном автокомпен­
сационном приборе. J];л_я коммутации был взят транзистор
1/ 6*
,2
85
.,.


типа П203. При этом, чтобы согласовать двигатель с
транзистором и получить режим работы, близний к Н()­
:1\ШНальному, потребовалось разъединить четыре после­
довательно включенные полюсные катуnши обмотни
управления и соединить их параллельно. Оптимальной
оказалась емность в обмотке упр&вления, равная 10 мкф . .
Схема с одкотактным полупроводниковым усилителем
мощкости и шунтирующим диодом. В этой схеме отсут­
ствует нонденсатор, шунтирующий обмотну управлетп~я
Рис. 37 . Схема реверсивного управ­
ления двухфазным асинхронным
двигателем ( с однотактным полу ­
проводниковым усилителем мощно-
•сти и шунтирующим диодом).
двигателя (рис. 37). По­
сно\lf.'Ьку сопро;ивление
цепи управления яв­
ляется в этом случае
индунтивным, то для
предотвращения обрат­
ных перенапряжений
при ()ТКлючениri: тран­
зистора к нему подсо ­
единен . диод, шунти­
рующий эмиттер-кол­
ленторный
переход
·rранзистора.
В остальном работа схемы аналогична предыдущей.
В качестве источника коллекторного питания может
быть применен · либо источник постоянного тока (20-
40 в), либо двухполупериодный выпрямитель (без филь­
тра) сетевого напряжения, частота которого совпадает
с частотой сигнала управления.
15. СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯМИ
НА ТИРИСТОРАХ
Тиристоры можно применять для регулирования сно­
рости двух- или . трехфазных . двигате.лей по любой из
рассмотренных выше схем дроссельного управления (см.
рис. 28-30). Коммутация и регулирование СI{орости
асинхронных двигателей при помощи тиристоров, вклю­
ченных непосредственно в цепь статора, дают возмож­
ность существенно уменьшить габарИ'J;ы и вес устройства ·
управления по сравнению с аналогичными схемами, в
которых используются дроссели насыщения. При · этом
тиристоры включаются в цепь статора вместо дросселей
86


насыщения либо встречно~параллельно, либо в диаго­
наль вентильного моста (рис. 38).
Такие схемы включения удобны для защиты тиристо­
ров от перенапряжения при коммутировании индуктивной
нагрузки. Действительно, если тиристоры включены
встречно -параллельно, то при любом перенапряжении:
один из них отпирается по • своей диодной ха р акте­
ристике, так что все перенапряжение падает на на­
грузке. Этим самым другой тиристор защищен от пере­
напряжения обратной полярности. При мостовой схеме
включения тиристоров возможно только превышение
напряжения прямой полярности:, что приводит к их
отпиранию и увеличению падения напряжения на на-
, грузке [5, 40, 43].
О,n;нако при этом под­
вержены перенапряжению
выпрямители вентильного
моста, так чтр должны
быть предусмотрены меры
для защиты неуправляе­
мых диодов. В частности,
необходимо вьrбирать их
на возможно большое но-
минальное напряжение и
соединять диоды после-
. дова тельно
в одном плече
с включением шунтирую­
. щих
сопротивлений.
QI
а
6
Рис. 38. Схемы включения тири ­
стора в цепь переменного тока :
а - встречно-параллельная; б
-
мо-
стован.
Схемы включения тиристоров, изображенные на
рис : 44, требуют сравнительно большого числа силовых
элементов на фазу - по два тиристора или один тири­
стор и четыре неуправляемых ди·ода. Возможно осуще­
ств;ить схемы управления двигателями, в которых ис­
пользованы один тиристор и один неуправляемый диод
или один тиристо{) и один дроссель насыщения на фазу .
Эти схемы приведены ниже (рис. 39-44).
-
При включении· тиристоров особое внимание следует
уделять электрической развязке цепей управления, что
достигается, например, использованием для управления
!Тиристорами многообмоточных трансформаторов (11, 39] .
87


Схема управления
трехфазными асинхронными двигателями
Схема со встречпо-пара.11,.11,ел,ьн,ым вк.11,ючен,ием тири~
<:тора и н,еупра8.11,яемого диода. В схеме управления
трехфазным асинхронным двигателем (рис. З-9) исполь­
зуются три тиристора и три неуправляемых диода, вклю­
ченных встречно -параллельно в цепь статора двига­
теля [17].
Рис. 39 . Схема уп­
равления
асин­
хронным трехфаз-
ным
двигателем
{;0
встре:<1но-па-
раллельным юшю­
нением тиристора
и неуправляемого
диода.
При отсутствии сигнала управле­
ния и запертых трех тиристорах, три
неуправляемых диода также будут за­
пертыми в течение всего периода на­
пряжения ПИ'l'ания, так как нулева,я
точка схемы изолирована. При этом
величина напряжения на статоре дви­
гателя близка к нулю. Когда сигнал
управления полностью открывает ти­
ристоры (открыты в течение соответ­
ствующего полупериода напряжения
питания), напряжение на статоре дви­
гателя практически равно напряже­
нию сети. При изменении интервала
прifводимости тиристоров от нуля до
полупер:иода частоты питания одновре­
менно в тех же пределах изменяется
интервал проводимости неуправляемых
вентилей. Соответственно изменяется
и величина напряжения первой гармоники на статоре
двигателя.
Тю{ИМ образом, схема обеспечивает непрерывное
изменение напряжения на статоре двигателя практически
от нуля до напряжения сети.
Как и в схемах с шестью 1;Иристорами (по два на
фазу), при симметричной подаче управляющего сигнала
(моменты открытия ;v Д сдвинуты строго на 120 э.11,. град)
постоянная составляющая тока в обмотках статора дви- •
гателя будет равна нулю во всех режимах работы.
Следует отметить, что ток нагрузки содержит четные
гармоню<и. Поскольку нулевая точка схемы изолирована,
постоянная составляющая и все гармоники фазного тока,
кратные трем, равны нулю. Режим работы двигателя
определяется практически лишь величинами первой
88


и второй гармоник . В режиме полного открытия управля­
емых диодов форма тока нагрузки не искажается.
Максимальная величина прямого напряжения на за­
пертых тиристорах равна амщштудному значению ли­
нейного напряжения сети. Наибольшая величина сред­
него значения прямого тока через открытый тиристор
равна половине среднего значения тока нагрузки. Обрат­
ное напряжение на тиристорах в рассматриваемой схеме
всегда близко к нулю. Таким образом, тиристор · выби­
рается из условий:
V-
-,r2
Uдоп3⁄4 2Uл; fдоп< - fном~О,45/ном,
1t
где Ил - линейное напряжение сети;
Iном - номинальный ток фазы статора. •
Схема с соедипепием тиристоров в треугольник. Дру­
гой Вf!.риант симметричной схемы управления трехфазным
асинхрощ1ым двигателем приведен на
рис. 40. В схеме используются три ·
тиристора, включенные в треуголь ­
ник [17]. Когда все они заперты, на­
пряжение на статоре двигателя близко
к нулю. Если сигнал управления
обеспечивает открытие каждого тирис ­
тора в течение всего интервала про- ам-1111:t-.:с-+--НМJ~с
водимости, точки а, Ь и с имеют
одинаковый потенциал в течение всего
периода чаиоты питания и, следова­
тельно, напряжение на двигателе
равно напряжению сети.
Рис. 40. Схема уп­
равления
асии,
хронным трехфаз­
ным двигателем с
соединением ти ­
ристоров в тре-
угольни:к.
При непрерывном · изменении угла
ю~лючения напряжение на статоре
двигателя непрерывно изменяется в
пределах от нуля до напряжения
сети. При этом ток на_груЗiш, как и
в предыдущей схеме, ·содержит в основном первую и
:вторую гармоники.
Максимальная величина прямого и обратного напря­
жений на запертых тиристорах равна амплитудному
значению линейного напряжения сети. Тиристоры в дан­
ной схеме выбираются иа · условий;
идоп< vwл,
fдоп < 0,675/ном•
89


Таким образом, в рассматриваемой ехеме номиналь­
ный ток тиристора в 1,5 раза превышает аналогичную
величину для схемы, показанной на рис. 39. Другим
недостатком является наличие обратного напряжения
на тиристорах. Преимущество рассматриваемой схемы
заключается в меньшем числе силовых элементов.
•
I
Cxoia с параллелыtым вп.л,ючением тиристора и дрос-
селя. В некоторых случаях (например, · в приводах малой
Рис. 41. Схема уп­
-равленил
асин­
хронным трехфаз­
ным двигателем
с параллельным
юшючением тири­
стора и; дросселя
насыщенин.
мощности) для двухполупериодногр
коммутирования цепи переменного то­
ка целесообразно включать тиристор
параллельно с дросселем, выполнен­
ным на сердечнике из материала 50НП
с явно выраженным насыщением: [1'7].
При · та~,ом включении изменение угла
<<зажиганию> ти~истора автоматически
приводит к одинаковому и1 менению
угла насыщения дросселя в полупе­
риод напряжения сети, 1,огда тирис­
тор заперт. Габариты и вес дросселя
при этом по крайней мере в два раза
меньше габарита и веса магнитного
усилителя той же выходной мощности.
Примером практического примене­
ния такого включения тиристора яв­
.п:яется нереверсивная схема управ,ления
трехфазным асинхронным двигателем
(рис. 41). Когда тиристор заперт,
· дроссели
находятся
в режиме х. х. и напрю-кение на нагрузке близко к нулю.
При полностью открытом тиристоре оба дросселя оказы­
ваются насыщенными и напряжение на двигателе стано­
вится максимальным. При этом действующее . значение
тока через дроссель
(
/ДН::::::; 0,9/НОМ•
Ман.симальное напряжение на ненасыщенном дросселе
равно линейному надряжению сети. Таким образом, его
габаритная мощность
90
Р = О,91номИл,
Тиристор выбирается из условий,
Идоп<: V2Ил;
/доп< 0,675/ном,


где Uдо11 - допустимое значение как прямого, таr, и об­
ратного напряжений на тиристоре .
Трехфазную схему со встречно-параллельным включе ­
нием тиристора и неуправляемого диода целесообразно
использовать в устройствах, требующих повышенной
надежности. Схема с соединением тиристоров в треуголь­
ник дэ,ет возможность создать устройство · с минималь­
ными габаритами и весом. Использование схем с сов­
местным внлючением тиристоров и дросселей нас·ыщения
целесообр1:1-зно в сервоприводах малой ~ мощности и при
повышенной частоте напряжения питания.
Схемы управления
двухфазными асинхронными двиrателямн
Схема с пара.11,.11,е.11,ыtым вк.11,ючением тиристора и дрос­
селя насыщения. Исполь·зование параллельного юшючения
дроссел__я с тиристором дает воз­
можность таюке построить ревер­
си_в:ные схемы управления двух­
фазными асинхронными двигате­
лями [17] .
Мостовая реверсивная схема
управления двухфазным асин­
хронным двигателем с симмет­
ричными обмот1,ами приведена на
рис. 42 . . Если тиристоры запер­
ты, то в течение всего периода
напряжения питания напряжение
на обмотках двигателя равно ну­
лю. При изменении угла <<зажига­
нию> тиристора изменяется та:кже
угол насыщения дросселя, что
Рис. 42. Схема
. упр ав­
ления
двухфазным
асинхронным •двигате­
лем с параллельным
юшючением тиристора
и дросселя насыщения .
приводит к соответствующему изменению напряжения
на обмотке двигателя.
При оптимальных соотношениях, когда cos <р обмот:ки
двигателя равен 0,707, а реактивное сопротивление фазо~
сдвигающего :конденсатора равно удвоенному реактивному
сопротивлению обмотки двигателя, напряжение на запер­
том тиристоре в v2 раз превышает напряжение сети ,
а величина среднего значения тока, прqтекающего через
открытый тиристор, в V2 раз . меньше тока обмотки
91


двигателя [1, 12]. ТаRим образом, тириетор выбирается
ИЗ УСЛОВИЙ:
И доп< 2Uc;
2
•
.
/ДОП< - / НОМ;:::::; 0,64[НОМ,
1t
где Ис - действующее знаqение напряжения сети;
U доп - допустимое значение прямого и обратного на­
пряжений тиристора;
/ ном - действующее значеяие номинальног.о тона об­
мотни двигателя.
При тех же условиях действующее значение тона,
протенающего через насыщенный дроссель, равно дейст­
вующему значению то1ш обмотни двигателя, а напряжение
на ненасыщенном дросееле в v2 рнз выше напряжения
сети. • При этом габаритная мощность дросселя насыще­
ния
Габариты и вес дросселей насыщения в рассматри­
ваемой , схеме по нрайней мере в два раза меньше габа­
ритов и веса дросселей в аналогичной схеме, выполнен­
ной на магнитных усилителях с самонасыщением. Пара­
метры схемы: двигатель с полым немагнитным ротором
мощностью 70 вт, напряжением 110 в, 500 гц; тиристоры
на 240 в, 2 а; Rонденсатор емностью 3 · .мкф; дроссели -
материал сердечнина 50 НП, число витнов 950.
Схема с двумя последователыtо соединею-tы.ми траf.tс­
фор.матора.ми, аашунтированны.ми тиристора.ми. Рас­
смотрим схему реверсивного управления двухфазным асин­
хронным двигателем с помощью тиристоров [18]. Одна .
об_мотна двигателя подсоединена н сети через. фазосдви­
гающий I{онденсатор, а другая - с по~ощью двух транс­
форматоров Тр 1 и Тр2 • Первичные обмотки этих транс­
форматоров внлючены последовательно -согласно, а вто­
ричные-,- последовательно - встречно, при этом вторичная
обмотна наждого трансформатора зашунтирована тири­
стором · (рис. 43). Таное внлючение тиристоров обеспечи­
вает повышение быстродействия.
Если тиристоры заперты, а оба трансформатора иден­
тичны, то напряжение на обмотке управления двигателя
равняется нулю . Регулирование амплитуды и фазы на-
92


пряжения на обмотке двигателя осуществляется измене­
нием угла зажигания обоих тиристоров. Главная особен­
ность рассматриваемой схемы зюшючается в том, что
при реверсировании двигателя (выключении одного из
тиристоров) не происходит разрыва цепи обмотки дви-
1·ателя, т. е. не возникают перенапряжения.
Схема, изображенная на рис. 43, работает следующим
образом. При отпирании, например1 тиристора УД1 , шун­
тируется в_торичная обмотка трансформатора Тр 1 на .время,
определяемое углом зажигания
У Д1 , так что к двигателю фа~{ти­
чеСI{И прикладывается выходное
. напряжение
трансформатора Тр2 •
Изменяя угол зажигания УД1 , ""
можно регулировать эффектив-
о
.__._У___,~ [}
ное значение напряжения на об­
мотке управления двигателя. Ре­
версирование двигателя происхо­
дит при отпирании тиристора
УД2 и " соответственно при запи­
рании УД1 . Быстродействие ус­
тройства определяется · временем
перемагничивания
сердечника
трансформатора в цепи перемен­
ного тока (полупериод питающе­
го напряжения).
Рис. 43. Схема ревер­
сивного
управлении
двухфазным асинхрон­
ным двигателем с при­
менением двух после­
довательно соединен­
ных трансформаторов,
зашунтированных тири-
сторами.
Схема привода, выполнеюtая на тиристорах и сериес­
ных трансформаторах*. На рис. 44 приведена схема ревер­
сивного управления двухфазным асинхронным двигателем
типа 2АСМ-400 с применением тиристоров и сериесных
трансформаторов [5, 9]. Схема предназначена для nриме-
1_1ения в релейных системах трехпозиционного автомати­
ческого регул·ирования.
Обмот1ш двухфазпогс асинхронного двигателя . под­
соединены одним I{онцом к сети непосредственно, а дру­
гим -- через сериесные трансформаторы Тр1 и Тр2 • Во
вторичные обмот1ш этих трансформаторов через вентиль­
ные мосты В1 и В2. юшючены тиристоры УД1 и УД2 •
Сигналы управления на них подаются от полупровод-
* Схема привода разработана инж; Л. М. Бойчуком совместно
с канд . .техн. наук Н. В. Подола в лаборатории автоматюш
Института элентросварки АН УССР им. Е. О. Патона.
_
7 039
93


пиковой схемы, состоящей из предварительного усили­
теля, собранного на двух транзисторах Т I и Т2 типа П13;
и двух несимметричных триггеров (триггеров Шмитта),
собранных на по,лупроводниковых тиристорах Т3 - Т6
с
Рис. 44. Схема реверсивного управления двухфазным асин­
хронным· двигателем с применением тиристоров и сериесных
трансформаторов.
типа П16. В коллекторные цепи одного из тиристоров
каЖД()ГО триггера юшючены цепи управления тиристоров.
Вентили В3 и В4 типа Д7Ж шунтируют · .вход предвари ­
тельного усилителя при напряжении сигнала управления,
превосходящем 0,2-0,3 в. Предварительный усилитель
94


- необходим
для усиления н_апрящения сигнала управления
до величины, дос1;аточной для срабатывания триггеров.
Напряжение срабатывания триггеров Шмитта, r,ai< И3-
вестно, опредеJ1яется их параметра11:и. Так, порог сраба­
тывания каждого триггера, а следовательно, и 3она не-
,
чувствительности системы эффективно изменяютс.я с по­
мощью переменных эмиттерных сопротивлений R 13 и
R 14 • В целом вся полупроводниковая схема управления
представляет собой не что иное, KaI{ трехпозиционное
бесконтактное реле с регулируемой зоной нечувствитель­
ности.
• •для управления двигателем использованы тиристоры с номи­
нальным напряжением 50 в и номинальным током 2 а. Данные
сериесных трансформаторов: сРрдечник набран из трансформа- -
-· торной стали мартш 842; пластины - Ш - 25; толщина набора -
6 -c. ,i i; первичная обмотка - 200 вит1шв из провода марки ПЭВ
диаметром 0,96 м.м; вторичная - 600 витков из провода марки
ПЭВ диаметром 0,44 .м.м. Данные сопротивлений: R 1 = R 2 = 68 кoit,
_R3= R4=2,4 x:o.it; R5= R6= 4,3-х:ом;R1= R8= 750o.,ii; R9=
=R1n = 12 х:о.л~; R11 = R12 = 12 x:oJi; R13 = R14=470 OJt; напряжение
питания коллекторных цепей полупроводниковой схемы состав­
ляет 20 в; величина емкости фазосдвигающего конценсатора
10 мх:ф.
•
•
Если величина входного сигнала боль·ше зоны нечув-
• ствительности . рассмотренн_ ого выше полупроводникового
реле, то в зависимости от его полярности срабатывает
. один из триггеров, т. е. отпирает·ся тиристор УД1 или УД2 •
При этом шунтируется вторичная обмотка соответствую­
щего сериесного трансформатора, er· _
o сопротивление резко
падает и напряжение сети почти полностью приклады-
·- вается I{ одной из обмоток управления двигателя. Другая
обмотка управления оказывается присоединенной к сети
через фазосдв.игающий :конденсатор. При этом двигатель
вращается в направлении, кот()рое определяется поляр ­
ностью входного сигнала. Если величина входного сиг­
нала -находится в пределах зоны нечувствительности, то
ни один из триггеров не срабатывает, тиристоры заперты, .
а обе обмот1,и двигателя оказываются подсоединенными
к сети через одинаковые .и большие по величине сопро­
тивления первичных обмоток сериесных трансформаторов.
То1ш в обмотках двигателя при этом равньгпо величине 1
и совпадают по фазе, таr, что двигатель не вращается.
Рассмотренная схема наиболее эффективна для исполь­
зования в н:ачестве исполнительного элемента быстро­
деист~ующих следящих систем.
7*
95


f6. СХЕМЫ ДИНАМИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ
ДВИГАТЕЛЕЙ НА ТИРИСТОРАХ
Эф ф ективным методом цовышения быстродействия и
качества трехпозиционного регулирования является тор­
можение исполнительного двигателя в зоне нечувстви­
тельности: [6-9]. Наиболее просто осуществляется дина­
мическое торможение исполнительного двигателя. При
использовании для управления: исполнительным двига­
телем беснонтантных элементов (дросселя насыщеюi я, _
Рис . 45 . Дифференциальная схема реверсивного управле­
ню1 двухфазным асинхронным двигателем с автоматиче­
сним осуществлением динамичесRого торможения .
транзисторы, тиристоры) необходимо для вьшолнения
системы регулирования, полностью беснонтантной, чтобы
и устройство динамичесного торможения исполнитель-
• ного двигателя не содержало нонт,штных элементов.
Схемы беснонтактных устройств для динамичесного
торможения асинхронных двухфазных элентродвигателей
Щ\ЮТ возможность таRже реверсировать двигатели.
Схема устройства дин,а;мического тормо:жепия двух­
фазн,ого асин,хропн,ого двигателя, управляе.3⁄4ого с помощью
тиристоров [7, 10]. Сенционированная обмотна управле­
ния ОУ двигателя поднлючена 1, средней точне вторич­
ной обмотни питающего трансформатора Тр1 и R общей
точке п е рвичных обмото1{ сериесных (согласующих) транс-
96


форматоров Тр 2 и Тр3 (рис. 45). Вторичные обмотки этих
трансформаторов замкнуты на тиристоры УД1 и УД2 ,
включенные в диагонали выпрямительных мостов В1 и В2 •
Сериесньте трансформаторы имеют дополнительные об­
мотки, которые соединены последовательно и встречно
и подключены к двухполупериодному выпрямителю В3 •
Выход этого выпрямителя включен в контур динами­
ческого торможения, образованный обмоткой управления
двигателя, вентилем В4 , источнином постоянного (опор­
ного) напряжения И, называемым в дальнейшем опорным
источником, и сопротивлением -R.
Когда оба тиристора заперты, т. е. сигнал управления
отсутствует, напряжение на управляющей обмотке дви­
гателя равно нулю и он неподвижен. При этом на допол­
нительных обмотках согласующих трансформаторов на­
пряжения равны и противоположны по фазе, вследствие
чего напряжение на выходе выпрямителя В3 равно нулю.
В контуре динамического торможения действует , только
постоянное напряжение опорного источника, вентиль В4
отнрыт и через обмотну управления двигателя протенает
постоянный тон.
При отпирании одного из тиристоров, например УД1 ,
т. е. при наличии сигнала - управления, сопротивление
трансформатора Тр2 резно падает и напряжение на · его
дополнительной обмотне снижается до весьма малой ве­
личины. _ Напряжение на дополнительной обмотне тран­
сформатора Тр3 , напротив, возрастает и на выходе вы­
пvямителя В3 появляется напряжение, направленное
встречно напряжению опорного источника.
Параметры схемы выбираются таким образом, чтобы
п·ри работе устройства в двигательном режиме выполня­
лось следующее еоотношение:
где ИO - напряжение выпрямителя В3 при работе устрой­
ства в двигательном режиме;
И1 - напряжение опорного источника.
При идентичности секций обмотни управления, бла­
годаря свойствам уравновешенного моста, в двигательном
режиме переменный тон, а в тормозном режиме постоян­
ный вне мостовой схемы не протекают. Вследствие этого
для: з;щирания 13ентищ1 . В4 падение напряжения на
97


сопротивлении R ДОЛJ:IШО превышать толь:ко напряже­
ние опорного источника.
В результате этого постоянный TOI{ в обмоткЕ:1 управ- ,
ления двигателя прекращается. Вместе с тем, вследствие
нарушения равенства сопротивлений согласующих тран­
сформаторов, к обмотке управления двигателя прикла~
дывается переменное напряжение и двигатель приходит
во вращение в соответствующем направлении.
При запирании тиристора УД1 переменное напряжение
на обмотке управления двигателя становится равным
нулю, что приводит I{ исчезновению вращающего мо­
мента. Одновременно восстанавливается равенство напря­
жений дополнительных обмото1{ сериесных трансформа­
торов, напряжение на выходе выпрямителя В3 падает до
нуля, вентиль В4 отпирается и под действием напряже­
ния опорного источник,1 в обмотке управл;:шия двигателя
начинает проте1{а1ъ постоянный ток. Двигатель автома ­
тически переходит в режим динамического торможения.
При управлении тиристором УД2 устройство работае_т
аналогично.
Таким образом, в рассматриваемой схеме автомати­
чесни осуществляется переход из двигательного режима
в режим динами1,1:есного торможения. Этот переход обе­
спечивается без дополнительных сигналов управления
в функции состояния но~rмутирующих элементов, управ ­
ляющих двигателем. Устройство применимо таюке при
использовании в начестве коммутирующих элементов
дросселей насыщения. В этом случае в дросселях насы­
щения должны быть предусмотрены дополнительные .
обмотни.
Мощность, потребляемая в двигательном режиме со­
противлением R от соответствующего сериесного тран­
сформатора, пропорциональна нвадрату падения напря­
жения на нем и в данной схеме может иметь относи­
тельно невысокое значение*. Действительно, напряжение
опорного источнина в режиме торможения
И1=iт(R+Гобм),•
где iт - тон динамического торможения;
,· 05м - сопротивление обмот1ш управления.
* Расчеты выполненЬ! щ1щ. Л , А. Верещаг:~цщм (Институт
автоматики, Rиев) .
98


Падение напряжеяия на сопротивлении в двигатель­
ном режиме
U0 =lR,
где / - ток в цепи нагрузки выпрямителя В3 •
Тогда, приняв, что U 0 = 1,1U1 , получим
1,1iт
1=7Г(R+Гоом),
т . е. мощность, потребляемая в двигательном режиме от
одного из сериесных трансформаторов,
(39)
Для ю,тбора оптимальн.ого с точ1ш ·зрения минимума
мощности потерь значения сопротивлен·ия R ИGследуем
фующию уравнения (39) на .наличии экстремума:
dP- 1?1.2 12·1.2 .2 1- 0
dR-
,~lт-
,
lтlобмR2-
,
Отсюда R = rобм•
Так КЮ{ •
iJ,2p
dR2>0,
то при R = r 015м имеем минимум мощности потерь.
Например, для двигателя с r06м = 25 ом и iт = 0,2 а
основные параметры схемы имеют следующие значения:
R=25ом,И1=10в,U0= 11в,1=О,44аиР0=4,84вт.
Для выполнения устройства по схеме рис. 45 требу.­
е·:гся либо перемотr{а обмотки управления двигателя,
л;ибо использование двигателя с секционированньiми
. обмотками.
Например, весьма удобно применять .mх,:роко
р_аспространенный исполнительны_й двигат~шь типа Д-32,
который представляет собой двухфазный асинхронный
электродвигатель с явнополюсным статором, имеющим
8 полюсов с отдельными обмотками (по 4 на фазу).
Схема устройства для динамического торможения двух­
фазного асинхронного двигателя, включею-юго по мостовой
сцме упl:G:вл_ения . В ;этом устройст;ве . функции эдемента.,
.99


управляющего цепью динамического торможения, вы­
полняет тиристор [8, 10].
Обмотки управления двигателя подс_оединяются к
источнику переменного напряжения с помощью тиристо­
ров УД1 и УД2 , включенных через выпрямительные
мосты В1 и В2 в цепи вторичных обмоток сериесных •
трансформаторов Тр 1 и Тр2 (рис. 46, а). Динамическое
торможение осуществляется с помощью тиристора УД,
соединенного последовательно с вентилями В6 и В7 , ц
ограничительным сопротивлением R. Фазосдвигающий
конденсатор С подсоединен к концам ' обмоток двигателя .
Включаются тиристоры с помощью логической схемы,
которая состоит из вентилf'Й В4 и В,,, подающих напря­
жение управления в зависимости O'r его полярности
либо на УД1 , либо на УД2 (через сопротивления R 1 и
R 2 ). Тиристор динамического торможения УД управ ­
ляется с помощью дифференциальной схемы, состоящей
И3 выпрямительного моста В 3 , иеточниRа опорного на­
пряжения И и ограничительных сопротивлений R 3 и R 4 •
Цепь управления этого тиристора вRлючена таким обра­
зом, что при равенстве напря~ений на выходе моста В3
и источника И ток в его цепи управления равен нулю,
а при отсутствии напряжения управления он . отпирается
под действием источника И (выходы В3 и И включены
последовательно и согласно). Вследствие того, что по­
лярность напряжения на выходе выпрямительного моста
В3 не зависит {)Т полярности сигнала управления, в --
устройстве достаточно применения одного источника
опорного напряжения - И.
При наличии на входе устройства напряжения управ­
ления полярности,- указанной на рис. 46, а, через вен­
тиль В4 и сопротивление R 1 проходит ток и УД отпи­
рается. При этом шунтируется вторичная обмотка
сог~асующего трансформатора Тр1 _и напряжение сети
к обмотке W 1 прикладывается непосредственно, •а об­
мотка W 2 оказывается включенной через фазосдвигающий
- конденсатор
С. Двигатель приходит во вращение. Тири­
стор УД при этом заперт благодаря действию логической
схемы управления.
При отсутствии сигнала управления напряжение на
выходе моста В3 равло нулю, через цепь управления
тиристора УД начинает протекать ток, вызванный опор­
ным ИC'N'ПI:fI:Ro:м,- п тиристор отпираетсfI, J'Д1 ц УД2
100


\,
Лv
о
• Рис. 46. Мостовые схемы реверсивного управления
двухфазным асинхронным двигателем с автоматиче­
ским осуществлением ~~;инами:ч:ес!\ОГО торможещщ ,


при этом заперты. При отпирании УД через обмотки
. двигателя
протекает выпрямительный ток, вследствие
чего . осуществляется динамическое тормпжение двига­
теля. Для ограничения тока динамического торможения
в пределах номинального тока двигателя служит сопро- •
тивление R, а для предотвращения шунтирования iз дви­
гательном режиме этим сопрптивлением фазосдвигающего
нонденеатора служат вентили В6 и В7 • При наличии на
входе устройства сигнала управления обратной поляр­
ности схема работает аналогичным образом. При этом
УД 1 заперт, а отпирается УД2 и двигатель вращается
в обратном направлении:.
Устройство по cxeJ1,_1e рис. 46, а при работе с двух­
фазным асинхронным двигателем типа ЭДГ-1 даже при
малом моменте нагрузки обеспечивает весьма интенсив­
ное торможение . Тю<, путь торможения двигателя со­
ставляет около 4 оборотов, а время торможения - - О, 17.. сек
, при номинальной скорости двигателя 2800 об/мин.
Схема управления двухфазным асинхрою-tым двигате­
лем, реверсируемым с помощью бесконтактных коммути­
рующих элементов [5]. Динамическпе торможение осу­
ществляется при подключении обмотоr< двигателя к сети .
через тирис.тор, ноторый действует в фующии напряже­
ния на фазосдвигающем конденсаторе. Благодаря этому
бесконтантное динамическое торможение 13озможно при
любом типе коммутирующего элемента, а величина и
форма напряжения сигнала управления не влияют на
работу цепи динамического торможения.
.
Обмотки управления двигателя подсоединены к сети
через коммутирующие элементы К 1 и К2 (рис : 46, 6).
Динамическое торможение осуществляется с помощью
тиристора УД, соединенного последовательно с венти­
лями В4 и В5 и переменным сопротивлением R, с пыю­
щью которого устанавливается величина тока динами­
ческого торможения. Для увеличения надежности работы
при коммутировании: индуктивной нагрузки: управляемый
диод включен в диагональ вентильного моста В1 •
Фазосдви:гающи:й •конденсатор подсоединен к диаго­
нали моста, двумя плечами которого являются обмотки
двигателя, а двумя другими - коммутирующие элементы
К 1 и К2 • Напряжение фаносдвигающего н:онденсатора С
через согласующий трансформатор Тр1 подается на диа­
гонащ, Бентu,1ц,цого моста В2 , выход 1<оторого соединен
. 102


.'
последовательно с выпрямителем В3 и сопротивлениями
R 1 и R 2 • Питание выпрямителя В3 производится uт тран­
сформатора Тр2 . Цепь управления тиристора УД, содер­
жащая сопротивление R 3 , подсоединена таким образом,
что при включении одного из коммутирующих элемен­
тов, т. е. при вращении двигателя в ту или иную сто­
рону, и, следовательно, при наличии напряжения на
1,онденсаторе С ток в цепи управления УД отсутствует ..
При отключении обоих управляющих . элементов, т. е. в
зоне нечувствительности, когда напряжение на конден­
саторе С равно нулю, УД отпирается под дс::\йствием источ­
тшка В3 и таким образом автоматически осущеетвляется
динамическое торможение двигателя. Отметим, что се­
риесный трансформатор Тр1 имеет большой коэффициент
трансформации, тая как напря:жение на конденсаторе
порядка сотен 1;1ольт, а напряжение в цепи управления ·
УД порядка единиц вольт. Поэтому сопротиВJrение вы­
ходной цепи вентильного моста В2 , приведенное к пер­
'вичной обмотке трансформатора Т.р 1 , составляет настолько
большую величiшу, чrо его шунтирующим действием
на. конденсатор С можно пренебречь. Для удовлетвори­
тельной работы схемы опорное напряжение, снимаемое
с трансформатора Тр2 , должно совпадать по фазе с на­
пряжением, снимаемым с трансформатора Тр2 •
Рассмотренные выше бесконтактные схемы для динами­
ческого торможения асинхронных исполнительных дв и га- .
телей дают возмоншость осуществить синтез автоматиче­
ских следящих систем, близких по быстродействию копти­
мальным системам. Бесконтактные схемы динамического
торможения конструктивно гораздо проще оптимальных
систем, но работа рассмотренных схем возможна только
при наличии определенной зоны нечувствительности
системы, что для большинства практических задач вполне
допустимо. Эксперименты, · проведенные с двухфазными
асинхронным и двигателями типа 2АСМ-400 показали,
что даже при малых нагрузках динамическое торможе­
ние двигателя, например с помощью схемы, изображен­
ной на рис. 46, 6, производится за 0,5-1,0 оборота дви­
гателя при номинады1ой скорости вращения .


ЛИТЕРАТУРА
1. А вен О. И., Дом ан и цк и й С. М., Бесконтактные испол­
нительные устройства промышленн_ой автоматики. Госэнерго-
издат, М., 1960.
.
'
2. Ад а мен к о А. И., Реверсивный электропривqд, Авторское
свидетельство No 121181.
3. Андрее в В. П., С а б ин ин Ю. А., Основы электропри­
вода, Госэнергоиздат, М., 1963.
4. Бой чу к Л . М., Визначення оптимальноi: напруги мережi
для регульованих дросельних приводiв змiнного струыу,
<<Автоматика)), 1962, No 1.
5. Бой:чук Л. М .,
Бесконтактные системы автоматиз:.ирован­
ного электропривода малой мощности, Изд-во АН УССР;
Н:иев, 1963 .
6. Бой :чу к Л . М., Деякi питания аналiау оптималыrих систем
автоматичноi: стабiлiзапii:, <<Автоматика>>, 1963, No6.
7. Бойчук Л. М . , Подола Н. В., Верещагин Л. А.,
Устройство для реверсивного управления однофазным асин­
хронным электродвигателем, Авторское свидетельство
No 155853.
8. Бойчук Л. М . , - Верещагин Л. А., Бес1'онтактное
устройство для управленин двухфазным асинхронным двига­
телем, Авторское свидетельство No 158008.
9. Бой.чу к Л. М., Под о л а Н. В., Устройство для автома­
тической стабилизации напряжения дуги, Авторское свиде­
тельство No 170594.
10. Верещагин Л. А., Бойчук Л. М., Автоматические
устройства длн динамического торможения асинхронных
двухфазных двигателей, «Эюэргетина и электротехническая
промыmленностЬ», 1965, No 3.
11. Вешеневский С , Н., 3амараев Б. С., Солоду­
хо Я. Ю., Силовые 1'ремниевые управлнемыiэ вентили и их
применение в электроприводе, Передовой нау:чно-технический
и производственный опыт, тема 26-63-62/2, ГОСИНТИ, М.,
1963.
•
12. Гей г ер В. А., Схемы магнитных усилителей, Госэнерго­
издат, М.-Л., 1959.
13. Гол о ван о в А. В., Устройство для регулирования ско­
. рости
асинхронного двигателя, Авторское свидетельство
No 131810.
14. Дубов Л. Я., Проко_пенко Л. Н:., Эксперименталь­
ное исследование бесконтаl{тных сещ,синов в режиме пово-
104


ротного трансформатора, <<Вестнин электроnромыmленностю>,
1963, М 5.
15. Ер мол ин Н. П., Ваг ан о в А. П., Расчет маломощных
·трансформаторов, Госэперrоиздат, М.-Л., 1957.
16. 3 др о к А. Г., Параллельнал: работа полупроводниновых
триодов, используемых в схемах регулирования возбужде­
ния электрических машин, Сб. <<Полупроводниковые приборы
и их применение>>, <<Советское радио>>, М., 1960.
17. Иванчу1, Б. Н., Липман Р. А., Рувинов Б. Я.,
Применение управляемых диодов в схемах электропривода
переменного тока, Передовой научно - технический и произ­
водственный опыт, тема Э-62-41/17, ГОСИНТИ, М., 1962.
18. Иванчун Б. Н., Гаршенин В. В., Рувинов Б. Я.,
Устройство для управления реверсщшым однофазным асин­
хронным двигателем, Авторсное свидетельство М 147667.
19. И в ах не н но А. - Г., Автоматическое регулирование сно­
рости асинхронных двигателей небольшой мощности, Изд-во
АН УССР, 1-1:иев, 1953.
20. Исае в Э. А., Полупроводни1<0вые преобразователи напря­
женил:, Оборонгиз, М., 1962.
21. К о с с о в О. А . , Последовательное соединение переключаю­
щих триодов, <<Изв. АН СССР-анергетина и автоматина,>_,
1960, М 1.
22. Костенно М. П., Пиотровсний . Л. П., Элеr,три­
чесние машины, ч. II, Госэнергоиздат, М.-Л., 1959.
23. Красовский Е. П., Шаповаленко А. Г., Автома­
тическое управление асинхронными двигателями, «TexIIir(a>>,
1964.
24. К ул е ба 1, ин В. С., Устройство для пусна и регулирова­
нил: снорости вращения асинхронных двигателей и двигате­
лей постоянного тока, Авторское свидетельство No 113386.
25. Лап и де с А. М., К расчету выходного полупроводнико­
вого 1шскада с исполнительным двигатеJ10м, <<Изв. вузов
СССР - ЭлеRТромеханикю>, 1964, М 2.
26. Лап и де с А. М., Реверсивный двигатель с полупроводни­
ковым усилителем, <<Приборостроение>>, 1961, М 1.
27. Магнитные усилители (реномендации по выбору параметров),
I(аталог М 3490, ЦИНТИЭПП.
28. Магнитные усилители УМП и блоки промежуточных маг­
нитных усилителей БО, информацил: М 42 (630) R третьему­
тому <<Каталог электрооборудованию>, 1962.
29. Оль шва н г И. В., Усилитель на полупроводниковых три
одах в тиратронном режиме, <<Автоматика и телемеханика>>,
1961,'No 4.
30. Па в лен к о Т. Н., Об одном способе улучшения ревер­
сивных схем управления двухфазным асинхронным электро­
двигателем, «Изв. вузов СССР-Электромеханика», 1963, М 12.
31. Розе н блат М. А., Магнитные усилители, т. I, <<Советское
радио,>, М., 1960.
32. Росс 'енбаули О. Б., Родин Р. Н., Схемы стабили­
зации скорости двигателей с использованием трехобмоточ­
ного трансформатора, <<Автоматика и телемеханина>>, 1959,
М3.
105


33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
43.
Роз о в Ю. М., Исследование и усовершенствование дрос­
сельных приводов пере:м_енного тока, Автореферат кандидат­
ской диссертации, -:Киев, И.ПИ, 1963.
Ст о р м Г. Ф., Магнитные · усилители, Изд. иностр. лит.,
м., 1957.
_
•
Тете ль ба ум Я. I.,. Напiвпровiдниковi випрнмля.чi, «Тех­
нiка>>, Киiв, 1964.
Юд и цк и й С. Б., Кремниевые управляемые вентил_и,
цинтиэпп, м., 1963.
Ю ф ер о в Ф. М., Электрические двигатели автоматичес:~шх
устройств, Госэнергоиздат, М.-Л., 1959.
Ян: о в лев В. С., -Устройство длн управленин двухфазнi,rм
асинхронным двигателем, Авторское свидетельство No 125807.
Нiеrhоl zеr F., Linear Power Amplifier using Dyпistш;, or _
Triпistors, .Commuпication апd Electroпics•, 1959, No 40.
--
Н о w е l l Е. К., Protectiпg SCR 's апd Silicoп RectШers,
,,Control Eпgiпeeririg, 1963, No 12.
Shaltuпg fiir eine Steuerdrossel mit miпdestenz zwei Wicklun-
Reп, австрийский патент ·No 215544.
Systeme de comma11de du couraнt alterпatif а saturatioп mag-
netique, французский патент No 1194232.
К i е 11 l е J. Е. SCR appli catioп servomotor coнtrol for tape
haпdler, ,,Electron. Design", 1963, No 4.


ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
1. Основные элементы бесконтактны.х схем уп-
Стр.
3
равления асинхронными электродвигателями 5
1.. Магнитные усилители
.
.
.
.
5
2. Полупроводниковые приборы
11
3. Сериесные трансформаторы
.
24
4. Бесконтактные сельсины
.
.
30
II. Бесконта«тные асинхронные электродвига­
тели для регулирования с~юрости в широrюм
диапазоне . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
33
5. Требования R двигателям с широrшм
диапазоном регулированин скорости . 33
6. Двигатель с ротором Шенфера
.
.
.
.
36
7. Двигатель с индукционным роторным
сопротивлением .......
37
111. Нереверсивные схемы дроссельного управ­
ления асипхронпыщ1 электродвигателями . . 43
8. Схема с обратной связью по скорости 43
9. Схемы с дифференциальными обратны-
ми свнзями по току и напряжению . . 45
10. Схема с последоnательно-параллельным
включением дросселей насыщения (схе-
маВ.С.Кулебакина)......... 58
11. Схема с нелинейными дифференциаль­
ными обратными связями по току и
напряжению.'............ 61
IV. Р~версивные схемы дроссельного управления
асинхрg,нными электродвигателями . .
63
12. _ Схемы управления
гатеиями .....
13. Схемы управления
гателями .....
трехфазными
двухфазными
дви-
63
дви-
70
107


V. Использование полупроводниковых приборов
в схе111ах упра1;1ления асинхронными э11ектро-
двигателями
.
.
14. Схемы управленил двиrа телями на
транзисторах
15. Схецы: управления двигателями на ти-
ристорах
16. Схемы динамического торможения дви-
rателей на тиристорах
Литература
Леонид Михайлович Бойчук, инж.,
Юрий Викторович Костенко, инж.
БЕСКОНТАКТНЫЕ СХЕМЫ
АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
АСИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ
.\.
Редантор издательства инж. 3, В. Божко
Обложка художника П. М. Пацалюка
Художественные редакторы Б. В. Валуенко,
И. Т. Лагутин
Технический редактор Е. Т. Бабич
Корректор С. В. Плюта
Сдано в набор 14/Х 1966 г.. Подписано к печати 10/II 1967 г.
Формат бумаги 84 х 1081/s, .· Об ъе м:
3,375 физ. л.; 5,67
усл . л.; 5,61 уч ..-изд . л. Тираж 5400" БФ 02021. Цена 31 коп.
Издательство «Технiка» , l(иев, 4, Пушкинская, 28.
Отпечатано с матриц l(нижной ф-ки им. Фрунзе l(оми­
тета по печати при Совете Министров УССР, Харьков,
Донец - Захаржевская, 6/8, в l(нижной типографии «l(ом­
мунист» l(омитета по печати при Совете Министров .
• УССР, Харьков, Пушкинская , 29.. Зак._ 039.,
80
80
86
96
104
~