¿Cuáles son los dos métodos de implementación del sistema de control de velocidad de CC reversible y cuáles son las características de cada uno?
Cambiar el voltaje y la velocidad del inducido es el método principal utilizado en el sistema de regulación de velocidad de CC para ajustar el voltaje de suministro del inducido o cambiar el flujo de excitación, un controlable especial. Se requiere fuente de alimentación de CC. Hay tres fuentes de alimentación de CC controlables de uso común:
(1) Unidad convertidora rotativa. Forma una unidad con un motor de CA y un generador de CC para obtener un voltaje CC ajustable.
(2) Rectificador fijo controlable. Los voltajes de CC ajustables se generan mediante rectificadores fijos controlables, como rectificadores de arco de mercurio y rectificadores de tiristores.
(3) Chopper DC o convertidor de modulación de ancho de pulso. Alimentado por una fuente de alimentación de CC constante o una fuente de alimentación rectificadora incontrolable, se genera un voltaje promedio de CC ajustable utilizando un interruptor de CC o un método de modulación de ancho de pulso.
La siguiente es una descripción general de varias fuentes de alimentación de CC controlables y los sistemas de control de velocidad de CC que funcionan con ellas.
Rectificadores controlados estáticos
Desde la década de 1950, se han utilizado convertidores estáticos, como rectificadores de arco de mercurio y tubos de corriente de compuerta, para reemplazar las unidades convertidoras giratorias, lo que da como resultado el llamado arrastre de iones. sistema. El sistema de arrastre de iones supera muchas deficiencias de la unidad convertidora rotativa y acorta el tiempo de respuesta. Sin embargo, debido al alto costo del rectificador de arco de mercurio, el volumen sigue siendo grande y el mantenimiento es problemático, especialmente si el mercurio se fuga, contaminará. el medio ambiente y poner en grave peligro la salud. Por lo tanto, su aplicación no duró mucho y dio paso a rectificadores de tiristores más económicos y fiables en la década de 1960.
En 1957, se introdujo el tiristor. Se trata de un elemento rectificador controlado por semiconductores de alta potencia, comúnmente conocido como elemento rectificador controlado por silicio, o "controlado por silicio" para abreviar. En la década de 1960, se llamaban juegos completos. Se produjeron varios rectificadores de tiristores. Después de la llegada de los tiristores, la tecnología de convertidores actual ha experimentado cambios fundamentales. En la actualidad, el sistema de control de velocidad del motor de CC alimentado por un rectificador de tiristores (es decir, el sistema de control de velocidad del motor de tiristor, sistema V-M para abreviar, también conocido como sistema estático Ward-Leonard) se ha convertido en la forma principal de sistema de control de velocidad de CC. . La Figura 8.1 muestra el diagrama de bloques principal del sistema V-M, donde V es un rectificador controlado por tiristores, que puede ser cualquier tipo de circuito rectificador. Al ajustar el voltaje de control del dispositivo de disparo GT, se mueve la fase del pulso de disparo. cambiando el valor promedio del voltaje de salida del rectificador, para lograr una regulación suave de la velocidad del motor. En comparación con los convertidores rotativos y los convertidores de arrastre de iones, los rectificadores de tiristores no sólo mejoran enormemente la economía y la confiabilidad, sino que también muestran una gran superioridad en el rendimiento técnico. El factor de amplificación de potencia del rectificador controlable por tiristor es de aproximadamente 100 y la potencia de control es pequeña, lo que favorece la introducción de la tecnología microelectrónica en el campo de la electricidad fuerte y también mejora en gran medida la rapidez de la acción de control, lo que favorece la mejora; el comportamiento dinámico del sistema. Sin embargo, los rectificadores de tiristores también tienen sus desventajas, que se reflejan principalmente en los siguientes aspectos:
(1) Los tiristores son generalmente componentes conductores unidireccionales y no se permite que la corriente del rectificador de tiristores se invierta, lo que hace que Al motor le resulta difícil realizar el funcionamiento reversible. Si se debe lograr una operación reversible de cuatro cuadrantes, se deben usar interruptores o dos conjuntos de circuitos rectificadores totalmente controlados positivo y negativo para formar un sistema de regulación de velocidad reversible VM. El equipo de conversión de corriente utilizado en este último debe duplicarse.
(2) Los componentes de tiristores son muy sensibles a la sobretensión, la sobrecorriente y los altos du/dt y di/dt. Cualquiera de estos indicadores que exceda el valor permitido puede dañar el componente en muy poco tiempo. tiempo, por lo que debe haber dispositivos de protección confiables y condiciones térmicas que cumplan con los requisitos, y se debe reservar suficiente margen al seleccionar componentes para garantizar un funcionamiento confiable del dispositivo de tiristor.
(3) El principio de control del tiristor determina que solo puede activarse con un retraso. Por lo tanto, el rectificador que el tiristor puede controlar es equivalente a una carga inductiva en la fuente de alimentación de CA, absorbiendo la energía. corriente reactiva de retraso, por lo que el factor de potencia es bajo, especialmente en el estado de regulación de velocidad profunda, es decir, cuando el sistema funciona a baja velocidad, el ángulo de conducción del tiristor es muy pequeño, lo que hace que el factor de potencia del sistema muy bajo y genera una gran corriente armónica de alto orden, lo que provoca que la tensión de la red. La distorsión de la forma de onda afectará a los equipos eléctricos cercanos. Si un sistema que utiliza rectificación de tiristores y regulación de velocidad representa una gran proporción de la capacidad de la red eléctrica, provocará las llamadas "perturbaciones de energía". Para ello se deben tomar las correspondientes medidas de compensación de potencia reactiva, filtrado y supresión de armónicos de alto orden.
(4) El voltaje de salida rectificado del tiristor está pulsando y el número de pulsaciones siempre es limitado.
Si la inductancia del circuito principal no es muy grande, la corriente de salida siempre será continua o intermitente, por lo que las características mecánicas también serán continuas e intermitentes. La sección continua tiene características más duras y es básicamente una línea recta; características más suaves y muestra una no linealidad obvia.
Figura 8.1 Diagrama de bloques del sistema de control de velocidad de motor-tiristor (sistema V-M)
Chopper DC o convertidor de modulación de ancho de pulso
El chopper DC también se llama DC El estabilizador de voltaje utiliza dispositivos de conmutación para lograr el control de encendido y apagado. El voltaje de la fuente de alimentación de CC se agrega intermitentemente a la carga y la carga se cambia cambiando el tiempo de encendido y apagado. El voltaje de CC promedio en la carga cambia de una fuente de alimentación de CC de voltaje fijo a una fuente de alimentación de CC con valor promedio ajustable mediante el cambio del tiempo de encendido y apagado, también conocido como convertidor CC-CC. Tiene las ventajas de alta eficiencia, tamaño pequeño, peso ligero y bajo costo. Actualmente se usa ampliamente en el arrastre de velocidad variable de equipos de tracción eléctrica como metros, locomotoras eléctricas, trolebuses urbanos y vagones de batería.
La Figura 8.2 muestra el circuito principal y la forma de onda del voltaje de salida de un interruptor de CC, donde VT representa el dispositivo de conmutación. Cuando se enciende el interruptor VT, el voltaje de la fuente de alimentación U se agrega al motor; cuando se apaga el VT, la fuente de alimentación de CC se desconecta del motor y el voltaje en el extremo de la armadura del motor es cero. Al repetir este proceso, se puede obtener la forma de onda de voltaje del terminal de armadura que se muestra en la Figura 2.5(b).
Figura 8.2 Circuito principal y forma de onda de voltaje de salida del interruptor de CC
(a) Diagrama esquemático (b) Forma de onda de voltaje
De esta manera, el voltaje de la armadura del motor El valor promedio de Se puede ver en la fórmula (8.1) que el voltaje de salida promedio del interruptor de CC se puede ajustar cambiando el ciclo de trabajo, es decir, cambiando el tiempo de encendido y apagado del dispositivo de conmutación.
(1) Modulación de ancho de pulso (modulación de ancho de pulso, PWM para abreviar). El período de encendido y apagado T del dispositivo de conmutación permanece sin cambios, solo cambia el tiempo de conducción de cada dispositivo, es decir, el período del pulso permanece sin cambios, y solo cambia el ancho del pulso, es decir, la modulación de frecuencia es fija.
(2) Modulación de frecuencia de pulso (PFW). Cada vez que el dispositivo de conmutación está encendido, sin cambios, solo se cambia el período de conducción T o la frecuencia de conmutación, es decir, solo se cambia el tiempo de apagado, es decir, modulación de frecuencia de ancho fijo, que se denomina modulación de frecuencia.
(3) Control de dos puntos. Tanto el período de encendido-apagado T como el tiempo de encendido del dispositivo de conmutación son variables, es decir, modulación de frecuencia de ancho, también conocida como modulación híbrida. Cuando la corriente o el voltaje de la carga es inferior al valor mínimo, el dispositivo de conmutación se enciende; cuando la corriente o el voltaje es superior al valor máximo, el dispositivo de conmutación se apaga. Los tiempos de encendido y apagado y los ciclos de encendido y apagado son inciertos.
En el pasado, los dispositivos de conmutación comúnmente utilizados en los helicópteros de CC eran tiristores ordinarios y tiristores de conducción inversa. No tenían capacidad de apagado automático y requerían circuitos de apagado adicionales, lo que aumentaba el tamaño del dispositivo. complejidad, mayores pérdidas y la frecuencia de conmutación del helicóptero es baja, la ondulación de la corriente de salida es grande y el rango de ajuste de velocidad es limitado. Desde la década de 1970, los dispositivos electrónicos de potencia se han desarrollado rápidamente y se han desarrollado y producido una variedad de dispositivos totalmente controlados que pueden controlar tanto el encendido como el apagado, como los tiristores de apagado de puerta (GTO) y los transistores electrónicos de potencia (GTR). , transistor de efecto de campo de potencia (P-MOSFET), transistor bipolar de puerta aislada (IGBT), etc. Estos dispositivos totalmente controlados tienen un rendimiento excelente. El sistema de control de velocidad de CC con modulación de ancho de pulso compuesto por ellos (denominado sistema de control de velocidad PWM). Se ha desarrollado en los últimos años. Se ha desarrollado rápidamente en variadores de CC de potencia pequeña y media. En comparación con la regulación de velocidad V-M, el sistema de regulación de velocidad PWM tiene las siguientes ventajas:
(1) Sistema de regulación de velocidad PWM. Dispositivos de control total, circuito de modulación de ancho de pulso. La frecuencia de conmutación es alta, generalmente unos pocos kHz, el sistema tiene un ancho de banda de frecuencia amplio, una velocidad de respuesta rápida y una fuerte capacidad dinámica antiinterferente. El sistema tiene un amplio ancho de banda, una velocidad de respuesta rápida y una fuerte capacidad dinámica antiinterferente.
(2) Debido a la alta frecuencia de conmutación, se puede obtener una pequeña corriente CC pulsante solo mediante el efecto de filtrado de la inductancia del inducido del motor, la corriente del inducido es fácil de continuar, el sistema tiene buena baja velocidad Rendimiento, precisión de regulación de alta velocidad y amplio rango de regulación de velocidad. Más amplio, la pérdida y el calor del motor son menores.
(3) En el sistema PWM, los dispositivos electrónicos de potencia del circuito principal funcionan en el estado de conmutación, con pequeñas pérdidas, alta eficiencia del dispositivo y poco impacto en la red eléctrica de CA. Contaminación" de la red eléctrica por rectificación de tiristores, alto factor de potencia y alta eficiencia.
(4) El circuito principal requiere menos componentes de alimentación, cableado sencillo y fácil de controlar.
Actualmente, debido a limitaciones de capacidad de los equipos, los sistemas de control de velocidad PWM DC solo se utilizan en sistemas de potencia mediana y pequeña