Способы и средства регулирования напряжения в электрических сетях. Простой двухполярный бп с регулировками

Не так давно возникла насущная необходимость собрать двуполярный блок питания (взамен внезапно сгоревшего) по простой схеме и из доступных деталей. За основу была взята схема, .

Исходная схема

Сначала была собрана исходная однополярная схема для пробы и поиска возможных ошибок, про которые писали некоторые собиравшие данную конструкцию. У меня всё сразу заработало нормально, возникли лишь вопросы с регулировкой тока ограничения и индикацией срабатывания этого ограничения.

Поскольку исходная схема, как видно, разрабатывалась для выходных токов порядка 3 ампер и более, то и схема ограничения выходного тока соответствует этим заданным параметрам. Величина минимального тока ограничения определяется номиналом сопротивления R6, а с помощью переменного резистора R8 можно лишь несколоько увеличивать величину тока срабатывания защиты (чем меньше суммарное сопротивление резисторов R6 и R8, тем больше будет допустимый выходной ток). Светодиод VD6 служит для индикации работы блока питания и срабатывания защиты (при срабатывания защиты и ограничении тока на выходе он гаснет).

Далее была собрана аналогичная схема для напряжения отрицательной полярности — полностью аналогичная, лишь с заменой полярности включения электролитических конденсаторов, диодов (стабилитронов) и с применением транзисторов противоположной структуры (n-p-n / p-n-p). Обозначения элементов «минусового» плеча оставлены такими же, как у «плюсового» для упрощения рисования схемы:-)

Новая схема БП

При изготовлении был применён валяющийся без дела трансформатор мощностью 60 ватт, с двумя вторичными обмотками по 28 вольт переменного напряжения и одной на 12 вольт (для питания дополнительных маломощных полезных устройств, например — кулера охлаждения радиаторов мощных транзисторов со схемой управления). Получившаяся схема приведена на рисунке.

Чтобы иметь возможность регулировать ваходной ток в широких пределах, вместо резисторов R6 и R8 в обоих плечах были применены наборы сопротивлений R6 — R9 и сдвоенный галетный преключатель на 5 положений. При этом резистор R6 определяет величину минимального тока ограничения, поэтому он включен в выходную цепь постоянно. Остальные же резисторы при помощи переключателя S1 подключаются параллелно этому R6, суммарное сопротивление уменьшается и выходной ток, соттветственно, увеличивается.

Резисторы R6 и R7 могут быть мощностью 0,5 ватт или более R8 — 1-2 ватта, а R9 — не менее 2 ватт (у меня стоят резисторы типа С5-16МВ-2ВТ и заметного их нагрева при нагрузке до 3 ампер не наблюдается). На схеме (рис.1) указаны значения выходных токов, при которых срабатывает защита и выходной ток даже при КЗ не превышает этих значений.

Здесь следует отметить, что индикация срабатывания защиты работает только при выходных токах более 3 ампер (то есть светодиод гаснет при сработке защиты), при меньших же токах светодиод не гаснет, хотя сама защита при этом срабатывает нормально, это проверено на практике.

Транзисторы Т1 (обозначение дано по исходной схеме, у меня это А1658 и КТ805) стоят без теплоотводов и практически вообще не нагреваются. Вместо А1658 можно поставить КТ837, например. Вообще, при сборке схемы мною пробовались самые разные транзисторы, соответствующие по структуре и мощности и всё работало без проблем. Переменный резистор R (сдвоенный, для синхронной регулировки выходного напряжения) применён советский, сопротивлением 4,7 кОм, хотя пробовались и сопротивления до 33 кОм, всё работало нормально. Разброс выходных напряжений по плечам составляет порядка 0,5-0,9 вольт, чего для моих целей, например, вполне достаточно. Хорошо бы, конечно, поставить сдвоенный переменник с меньшим разбросом сопротивлений, но таких пока нет под рукой...

Стабилитроны VD1 — составные, по два соединённых последовательно Д814Д (14 + 14 = 28 вольт стабилизации). Следовательно, пределы регулировки выходных напряжений получились от 0 до 24 вольт. Диоды выпрямительных мостов — любые, соответствующей мощности, я использовал импортные диодные сборки — KBU 808 без радиатора (ток до 8 А) и ещё одну маломощную, без обозначения (?), для питания кулера.

На теплоотводы устаневлены только выходные регулирующие транзисторы КТ818, 819. Теплоотводы небольшие, что определено габаритами корпуса (по размеру он как БП от компа), поэтому потребовалось сделать дополнительное принудительное их охлаждение. Для этих целей был использован небольшой кулер (от системы обдува процессора старого компьютера) и простая схема управления, всё это питается от отдельной обмотки трансформатора, которая там оказалась весьма кстати.

В качестве термодатчика был использован германиевый транзистор типа МП42 (большие залежи остались и девать некуда. Оказалось, что замечательно работают в качестве термодатчиков!) Схема простая и понятная, в особом описании не нуждается. База транзистора-термодатчика никуда не подключается, этот вывод можно просто откусить, желательно только не своими зубами, а то стоматология нынче дорогое удовольствие!

Корпус этого транзистора металлический, поэтому его необходимо изолировать, например, трубкой-термоусадкой и расположить как можно ближе к теплоотводам выходных транзисторов. Температуру, при которой запускается кулер, можно регулировать подстроечным резистором (сопротивление может быть от 50 до 250 кОм). Максимальный ток и скорость вращения кулера определяются гасящим резистором в цепи питания. У меня это сопротивление 100 Ом (подбирается экспериментально, в зависимости от напряжения питания и тока потребления кулера).

Блок питания, собранный по данной схеме, неоднократно был испытан с нагрузкой во всём диапазоне выходных напряжений и токах от 30 мА до 3,5 ампер и показал свою полную работоспособность и надёжность работы. При токах более 2 ампер применённый трансформатор грелся довольно сильно из-за недостаточной его мощности, в остальном же схема вела себя вполне адекватно.

Есть возможность увеличить выходной ток нагрузки более 3-4 ампер, если использовать соответствующей мощности трансформатор и выходные (регулирующие) транзисторы, возможно применить параллельное включение нескольких мощных транзисторов. Схема не требует особой наладки и подбора компонентов, при изготовлении можно использовать практически любые транзисторы с коэффициентом усиления 80-350. Специально для сайта , автор - Андрей Барышев

Обсудить статью ПРОСТОЙ ДВУХПОЛЯРНЫЙ БП С РЕГУЛИРОВКАМИ

Страница 5 из 9

1.6. СРЕДСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ
Ранее были перечислены основные средства централизованного и местного регулирования напряжения в электрических сетях. Рассмотрим их особенности.

1.6.1. Регулирование напряжения генераторами станций

Все генераторы электростанций оборудованы устройствами автоматического регулирования возбуждения (АРВ). Генератор вырабатывает номинальную активную мощность при отклонениях напряжения от номинального не более ±5%. При больших отклонениях мощность генератора должна быть снижена, по этой причине пределы регулирования напряжения с помощью генераторов ограничены. В связи с изменяющейся нагрузкой системы все генераторы электростанций работают по заданным графикам генерации активной и реактивной мощности. Условия работы электростанций в системе различны. Это влияет и на возможности регулирования напряжения с помощью генераторов.
При работе электрической станции изолированно ее генераторы, подключенные к шинам ГРУ с присоединенной к ним распределительной сетью (рис. 8, а) относительно малой протяженности, осуществляют регулирование напряжения изменением возбуждения.

Рис 8
Этот способ регулирования напряжения на таких станциях является основным средством обеспечения заданного режима напряжения у нагрузок. Пределы регулирования напряжения изменением возбуждения допускаются не ниже 105% номинального в период наибольших нагрузок и не выше 100% номинального в период наименьших нагрузок. При наличии сети высокого напряжения трансформаторы связи генераторов с РУВН предпочтительнее иметь с РПН.
При работе в блоках с трансформаторами связи (рис. 8, б) генераторы непосредственно не связаны с распределительными сетями генераторного напряжения, а нагрузка собственных нужд обычно питается через трансформаторы с РПН. Эти условия позволяют использовать полностью предел изменения напряжения на блочных генераторах от -5% до + 10% относительно номинального. Трансформаторы связи в блочных схемах применяются без РПН.
На электростанциях, объединенных в энергетическую систему (рис. 8, в), изменения напряжений должны осуществляться согласованно по графику, т. к. изменение напряжения даже у одной из станций приведет к перераспределению выработки реактивной мощности всех станций системы. Это условие ограничивает возможности регулирования напряжения в отдельных районах системы, поэтому в мощных системах регулирование напряжения только генераторами станций не является достаточным и требует дополнительных средств.

1.6.2 Регулирование напряжения изменением коэффициента трансформации трансформаторов

Для регулирования напряжения с помощью трансформаторов необходимо иметь возможность изменять соотношение витков обмоток трансформаторов. Это достигается тем, что, помимо основных ответвлений обмоток, предусматривают дополнительные (регулировочные) ответвления. Регулировочные ответвления обычно выполняются на стороне высокого напряжения трансформаторов, так как это значительно облегчает переключающее устройство (меньшие токи).
Трансформаторы с переключенном ответвлений без возбуждения (ПБВ) не позволяют регулировать напряжение в течение суток, так как это связано с необходимостью отключения трансформатора для каждого переключения, что по эксплуатационным условиям недопустимо По этой причине ПБВ используется только для сезонного регулирования напряжения (2-3 раза в год). Современные трансформаторы с ПБВ позволяют регулировать напряжение в пределах ±5% с шагом 2,5% от номинального. Устройства ПБВ устанавливаются на трансформаторах мощностью не более 630 кВ-А, Схема одной фазы трансформатора с ПБВ приведена на рис. 9, а. Требуемый коэффициент трансформации трансформатора устанавливается с помощью переключателя П.



Рис 9
Трансформаторы с РПН позволяют регулировать напряжение под нагрузкой, т. е без отключения от сети, без перерыва электроснабжения потребителей. Устройства РПН устанавливаются на мощных трансформаторах с напряжением выше 20 кВ. Регулировочные ступени трансформаторов выполняются на обмотке высшего напряжения со стороны присоединения ее к нейтрали (рис. 9, б). На этом рисунке обозначено регулирующее устройство РУ, включающее в себя ступень грубой регулировки П и ответвления тонкой регулировки, выбираемые с помощью избирателя И. Пределы регулирования напряжения трансформаторов с РПН составляют от ±10% до ±16% ступенями 1,5... 2,5% от номинального. Приведенная схема одной фазы трансформатора с РПН иллюстрирует лишь принцип регулирования напряжения. Реальные устройства РПН имеют более сложную конструкцию, включающую ряд дополнительных элементов.
Автотрансформаторы осуществляют регулирование напряжения либо за счет ответвлений на обмотке высшего напряжения (со стороны присоединения ее к нейтрали, что облегчает изоляцию переключающего устройства), либо с помощью регулировочной обмотки на линейном конце среднего напряжения, как показано на рис. 9, в. В первом случае имеет место связанное регулирование, т. к. при переключении ответвлений одновременно меняется количество витков обмоток высшего и среднего напряжения. Во втором случае регулирование будет независимым, но переключающее устройство должно рассчитываться на номинальный ток, а изоляция на полное напряжение средней обмотки. При такой схеме автотрансформатора регулируется коэффициент трансформации между обмотками высшего и среднего напряжения, а соотношение витков обмоток ВН и НН остается неизменным. В основном автотрансформаторы выпускаются с устройствами РПН на стороне среднего напряжения. Такие автотрансформаторы применяются на большие мощности и высокие напряжения. Диапазон регулирования на стороне среднего напряжения составляет ±12% со ступенями 2% от номинального.
Линейные регуляторы (ЛР), или последовательные регулировочные трансформаторы служат для регулирования напряжения и перераспределения потоков мощности в линиях. Они устанавливаются либо последовательно с нерегулируемыми обмотками трансформаторов, либо непосредственно в линии. На рис. 9, г показана схема включения ЛР в цепь автотрансформатора. Регулятор содержит регулируемый автотрансформатор РАТ и последовательный трансформатор ПТ, с помощью которого вводится дополнительная ЭДС Едоб в нейтраль обмотки высшего напряжения, чем достигается изменение соотношения напряжений обмоток ВН и СН относительно обмотки НН. Диапазон регулирования ЛР достигает ±15% от номинального. ЛР значительно дороже устройств РПН поэтому их применение ограничено. Существенным достоинством линейных регуляторов является возможность не только продольного регулирования напряжения, но и поперечного (изменением фазы ЕДоб). Эго свойство ЛР особенно широко используется при регулировании потоков мощности в линиях электропередач. Мощность ЛР достигает 125 MB-А, а уровень напряжения 110 кВ.

1.6.3 Регулирование напряжения с помощью компенсирующих устройств

Потеря напряжения, характеризующая изменение напряжения у потребителей, при пренебрежении поперечной составляющей падения напряжения определяется зависимостью (19). Регулируя потери напряжения, можно поддерживать требуемый уровень напряжения на шинах потребителей Из формулы (19) следует, что одним из эффективных средств регулирования напряжения является изменение реактивной мощности, передаваемой сетью. Реактивная мощность вырабатывается не только генераторами электростанций, но и другими источниками: синхронными компенсаторами (СК), синхронными двигателями (СД), батареями конденсаторов (БК), статическими источниками реактивной мощности (ИРМ), тиристорными компенсирующими установками (ТКУ) и др. При наличии источников реактивной мощности, или, как их еще называют, компенсирующих устройств, потери напряжения можно записать в следующем виде:


(21)
где QKу-реактивная мощность, генерируемая или потребляемая компенсирующим устройством, квар, Мвар. Из формулы видно, что потери напряжения можно свести до величины, определяемой лишь потерями напряжения на активном сопротивлении сети, вырабатывая всю реактивную мощность на месте потребления (QKy = Q), либо, наоборот, увеличить их, переведя компенсирующее устройство в режим потребления реактивной мощности.
Синхронный компенсатор - это синхронный двигатель, работающий без нагрузки на валу. В отличие от генератора он не имеет первичного двигателя. СК не может вырабатывать активную мощность, а для покрытия своих механических и электрических потерь он потребляет энергию из сети. При перевозбуждении СК генерирует реактивную мощность в сеть, а при недовозбуждеиии становится потребителем реактивной мощности. Регулирование напряжения с помощью СК осуществляется плавно. Синхронные компенсаторы обычно устанавливают на мощных понижающих подстанциях и включают на шины 6 . . . 10 кВ (рис. 10, а) или подключают к обмотке НН автотрансформатора либо к компенсационной обмотке трансформатора с РПН.



Рис 10
Синхронный двигатель широко используется в качестве электропривода для рабочих механизмов. Потребляя активную мощность, он одновременно может генерировать реактивную мощность (при перевозбуждении) либо потреблять ее (при недовозбуждении). СД позволяет реализовать плавное, автоматическое регулирование напряжения в местной сети. Стоимость СД высокая, но ниже, чем стоимость асинхронного двигателя такой же мощности совместно с компенсирующим устройством, позволяющим получить эквивалентный эффект регулирования напряжения. Схема подключения СД такая же, как и СК.
Батареи конденсаторов применяют в тех случаях, когда не требуется ее работа в режиме потребления реактивной мощности. Управляемые батареи конденсаторов (УБК) представляют собой группу последовательно и параллельно соединенных конденсаторов для получения требуемой мощности
и для подключения на заданное напряжение (рис. 10, б). При параллельном подключении УБК к сети реактивная мощность, генерируемая батареей,
(22)
где С - емкость конденсаторной батареи. мФ; Uc - напряжение сети, к которой подключена УБК, кВ.
УБК более экономичны, чем СК. Их выполняют на большие мощности (до 100 и более Мвар). Батареи конденсаторов устанавливаются на крупных подстанциях и подключаются как на шины 6.. .35 кВ, так и на шины высокого напряжения 110 кВ. Наличие переключающего устройства батарей конденсаторов дает возможность ступенчатого регулирования напряжения на шинах потребителей, так как позволяет отключать часть параллельно включенных конденсаторов или всю батарею при снижении нагрузки и включать полностью все конденсаторы при ее максимуме.
Статические источники реактивной мощности (ИРМ, СКУ, СТК и др.) в последние годы получают все большее применение в силу таких их качеств, как отсутствие вращающихся частей, высокое быстродействие, плавность регулирования напряжения и генерируемой реактивной мощности, незначительное влияние на токи к. з. и т. п. Однако их стоимость пока значительно выше, чем стоимость других компенсирующих устройств такой же мощности. Статические компенсирующие установки по принципу работы делят на две группы. К первой группе относят установки, в которых реактивная мощность генерируется статическими конденсаторами и регулируется с помощью быстродействующих тиристорных средств, а ко второй - установки, в которых для генерирования реактивной мощности используется свойство индуктивности аккумулировать энергию в магнитном поле. На рис. 10, в приведена упрощенная схема тиристорного компенсатора типа ТК, предназначенного для компенсации реактивной мощности с автоматическим поддержанием напряжения или коэффициента мощности. Силовая часть компенсатора содержит два трехфазных управляемых моста, включенных параллельно и замкнутых на обмотки дросселя L. Мосты собраны по схеме независимого инвертора с отсекающими диодами и искусственной емкостной коммутацией. Управление тиристорными мостами осуществляется системой управления
СУ. Современные статические тиристорные компенсаторы, например, серии СТК. выпускаются на мощность до 450 Мвар с номинальным напряжением до 110 кВ. Эти компенсаторы нашли применение в мощных протяженных линиях электропередач, в сетях электроснабжения крупных сталеплавильных печей и для других целей.
Линии электропередачи рассматривают как распределенную емкость, зависящую от ее протяженности, диаметра фазных проводов, их взаимного расположения, расстояния между ними и диэлектрической проницаемости среды Генерируемая ЛЭП реактивная (зарядная) мощность.
123)
где b0 = wС0 - погонная реактивная проводимость ЛЭП, См/км; Со - погонная емкость ЛЭП, Ф/км; /-протяженность ЛЭП, км.
Протяженные ЛЭП являются мощными нерегулируемыми источниками реактивной мощности в системе. Эта мощность в основном изменяется за счет ее компенсации с помощью шунтирующих реакторов (поперечная индуктивная компенсация).

1.6.4. Регулирование напряжения изменением параметров сети

Из зависимостей (19) и (20) видно, что в незначительных пределах напряжение можно регулировать изменением активного и реактивного сопротивлений питающей сети. При нескольких параллельно работающих линиях или трансформаторах (рис. 11, а, б) в часы минимальной нагрузки, когда снижаются потери напряжения, можно отключить одну из линий или трансформатор, что приведет к увеличению потерь напряжения в питающей сети и, следовательно, к понижению напряжения у потребителя.



Такое регулирование, несмотря на ступенчатость, повышает экономичность передачи, однако его можно использовать только в том случае, если не снижается надежность электроснабжения.



Риc. 12
Продольная емкостная компенсация индуктивного сопротивления передачи возможна при последовательном включении в линию обратного по знаку емкостного сопротивления (рис. 12, а), при этом результирующее реактивное сопротивление передачи определится как
Xi = XL - Хс (24)
С учетом формулы (24) при известных параметрах нагрузки напряжение на шинах потребителя до и после компенсации определится зависимостями (для фазных токов и напряжений):
(25)


(26)
Как видно из векторной диаграммы (рис. 12, б), при неизменном напряжении на питающем конце линии в случае включения продольной емкостной компенсации напряжение у потребителя будет выше, чем без нее. Это определяется тем, что потери напряжения на реактивном сопротивлении линии в случае компенсации снижаются, т. е.

Включение компенсации (см. рис. 12, а) осуществляется расшунтированием батареи конденсаторов коммутирующим аппаратом. Степень компенсации на отечественных ЛЭП не превышает 50% (например, ЛЭП Братск - Иркутск имеет степень компенсации 30%).
К недостаткам этого способа регулирования напряжения относятся следующие: увеличение токов к. а. в сети, возможность появления перенапряжений на конденсаторных батареях, появление при толчках нагрузки субгармонических колебаний вплоть до субгармонического резонанса.

Довольно большое количество промышленных электроприводов и технологических процессов для своего питания используют постоянный ток. Причем в таких случаях довольно часто необходимо изменять значение этого напряжения. Такие виды транспорта как метрополитен, троллейбусы, электрокары и другие виды транспорта получают питающее напряжения из сетей постоянного тока с неизменным напряжением. Но ведь многие из них нуждаются в изменении значения напряжения, подводимого к якорю электродвигателя. Классическими средствами получения необходимых значений являются резистивное регулирование , или система Леонардо. Но эти системы являются устаревшими, и встретить их можно довольно редко (особенно систему генератор-двигатель). Более современными и активно внедряемыми сейчас являются системы тиристорный преобразователь-двигатель, импульсный преобразователь двигатель. Рассмотрим каждую систему более подробно.

Резисторное регулирование

Для регулирования пускового тока и напряжения, подводимого к электродвигателю, в якорную цепь последовательно якорю (или якорю и обмотке возбуждения в случае двигателя последовательного возбуждения) подключают резисторы:

Таким образом, регулируется ток, подводимый к электрической машине. Контакторы К1, К2, К3 шунтируют резисторы при необходимости изменения какого-либо параметра или координаты электропривода. Этот способ довольно еще широко распространен, особенно в тяговых электроприводах, хотя ему сопутствуют большие потери в резисторах и, как следствие, довольно низкий КПД.

Система генератор-двигатель

В такой системе необходимый уровень напряжения формируется путем изменения потока возбуждения генератора:

Наличие в такой системе трех электромашин, больших массогабаритных показателей и длительного времени ремонта при поломках, а также дорогостоящего обслуживания и большую инерционность такой установки сделали КПД такой машины очень низким. Сейчас систем генератор-двигатель практически не осталось, все они активно заменяются на системы , который обладает рядом преимуществ.

Тиристорный преобразователь – двигатель

Получила свое массовое развитие в 60-х годах, когда начали появляться тиристоры. Именно на их базе были созданы первые статичные маломощные тиристорные преобразователи. Такие устройства подключались напрямую к сетям переменного тока:

Регулирование напряжения происходит путем изменения . Регулирование через тиристорный преобразователь имеет ряд преимуществ перед установкой генератор-двигатель, такие как высокое быстродействие и КПД, плавное регулирование напряжения постоянного и много других.

Преобразователь с промежуточным звеном постоянного напряжения

Здесь все немного сложнее. Чтоб получить постоянное напряжение необходимой величины применяют еще вспомогательные устройства, а именно инвертор, трансформатор, выпрямитель:

Здесь постоянный ток преобразуют в переменный с помощью инвертора тока, потом с помощью трансформатора понижают или повышают (в зависимости от надобности), а потом снова выпрямляют. Значительно удорожает установку наличие трансформатора и инвертора, укрупняет систему, чем снижает КПД. Но есть и плюс – гальваническая развязка между сетью и нагрузкой из – за наличия трансформатора. На практике такие устройства встречаются крайне редко.

Импульсные преобразователи постоянного напряжения

Это пожалуй самые современные устройства регулирования в цепях постоянного тока. Его можно сравнить с трансформатором, поскольку поведение импульсного преобразователя подобно трансформатору с плавно меняющимся количеством витков:

Такие системы активно заменяют электроприводы с резистивным регулированием, путем подключения их к якорю машины последовательно, вместо резистивно-контакторной группы. Их довольно часто применяю в электрокарах, а также довольно большую популярность они обрели в подземном транспорте (метрополитен). Такие преобразователи выделяют минимум тепла, что не нагревает тоннелей и могут реализовывать режим рекуперативного торможения, что является большим плюсом для электроприводов с частым пуском и торможением.

Большим плюсом таких устройств есть то, что они могут осуществить рекуперацию энергии в сеть, плавно регулируют скорость нарастания тока, обладают высоким КПД и быстродействием.

Сегодня, как в промышленности, так и в гражданской сфере, есть немало установок, электроприводов, технологий, где для питания требуется не переменное, а постоянное напряжение. К таким установкам относятся различные промышленные станки, строительное оборудование, двигатели электротранспорта (метро, троллейбус, погрузчик, электрокар), и другие установки постоянного тока разного рода.

Напряжение питания для некоторых из этих устройств должно быть изменяемым, чтобы например изменяющийся ток питания электродвигателя приводил бы к соответствующему изменению скорости вращения его ротора.

Один из первых способов регулировки постоянного напряжения — регулирование при помощи реостата. Затем можно вспомнить схему двигатель — генератор — двигатель, где опять же регулированием тока в обмотке возбуждения генератора достигалось изменение рабочих параметров конечного двигателя.

Но эти системы не экономичны, они считаются устаревшими, и гораздо более современными являются схемы регулирования . Тиристорное регулирование более экономично, более гибко, и не приводит к увеличению массо-габаритных параметров установки целиком. Однако, обо всем по порядку.

Реостатное регулирование (регулирование при помощи добавочных резисторов)

Регулирование при помощи цепи последовательно соединенных резисторов позволяет изменять ток и напряжение питания электродвигателя путем ограничения тока в его якорной цепи. Схематически это выглядит как цепочка добавочных резисторов, присоединенных последовательно к обмотке двигателя, и включенных между ней и плюсовой клеммой источника питания.

Часть резисторов может быть по мере надобности шунтирована контакторами, чтобы соответствующим образом изменился ток через обмотку двигателя. Раньше в тяговых электроприводах такой метод регулирования был распространен весьма широко, и за неимением альтернатив приходилось мириться с очень низким КПД в силу значительных тепловых потерь на резисторах. Очевидно, это наименее эффективный метод — лишняя мощность просто рассеивается в виде ненужного тепла.

Здесь напряжение для питания мотора постоянного тока получается на месте, при помощи генератора постоянного тока. Приводной мотор вращает генератор постоянного тока, который и питает в свою очередь мотор исполнительного механизма.

Регулирование рабочих параметров двигателя исполнительного механизма достигается путем изменения тока обмотки возбуждения генератора. Больше ток обмотки возбуждения генератора — большее напряжение подается на конечный двигатель, меньше ток обмотки возбуждения генератора — меньшее напряжение, соответственно, подается на конечный двигатель.

Данная система, на первый взгляд, более эффективна, чем просто рассеивание энергии в виде тепла на резисторах, однако и она отличается своими недостатками. Во-первых, система содержит две дополнительные, довольно габаритные, электрические машины, которые необходимо время от времени обслуживать. Во-вторых, система инерционна — соединенные три машины не в состоянии резко изменить свой ход. В результате снова КПД получается низким. Однако, на протяжении некоторого времени такие системы использовались на заводах в 20 веке.

Метод тиристорного регулирования

С появлением во второй половине 20 века полупроводниковых приборов, появилась возможность создания малогабаритных тиристорных регуляторов для двигателей постоянного тока. Двигатель постоянного тока теперь просто подключался к сети переменного тока через тиристор, и, варьируя фазу открывания тиристора, стало возможным получить плавное регулирование скорости вращения ротора двигателя. Этот метод позволил совершить рывок в подъеме КПД и быстродействия преобразователей для питания моторов постоянного тока.

Метод тиристорного регулирования и сейчас используется, в частности, для управления скоростью вращения барабана в автоматических стиральных машинах, где в качестве привода служит коллекторный высокооборотный мотор. Справедливости ради отметим, что аналогичный метод регулирования работает и в тиристорных диммерах, способных управлять яркостью свечения ламп накаливания.

Постоянный ток при помощи инвертора преобразуется в переменный ток, который затем при помощи трансформатора повышается или понижается, после чего выпрямляется. Выпрямленное напряжение подается на обмотки электродвигателя постоянного тока. Возможно дополнительное , тогда достигаемый эффект на выходе несколько похож на тиристорное регулирование.

Наличие трансформатора и инвертора в принципе приводит к удорожанию системы в целом, однако современная полупроводниковая база позволяет строить конверторы в виде готовых малогабаритных устройств с питанием от сети переменного тока, где трансформатор стоит высокочастотный импульсный, и в итоге габариты получаются небольшими, а КПД уже достигает 90%.

Импульсное управление

Система импульсного управления моторами постоянного тока похожа по своему устройству на импульсный . Этот метод является одним из наиболее современных, и именно его используют сегодня в электрокарах и внедряют в метро. Звено понижающего преобразователя (диод и дроссель) объединено в последовательную цепь с обмоткой мотора, и регулируя ширину подаваемых на звено импульсов, добиваются требуемого среднего тока через обмотку мотора.

Такие импульсные системы управления, по сути — импульсные преобразователи, отличаются более высоким КПД — более 90%, и обладают отличным быстродействием. Здесь открываются широкие возможности для , что весьма актуально для станков с большой инерционностью и для электрокаров.

Андрей Повный (Google+ ,