Для изменения направления вращения машин постоянного тока (реверс) необходимо изменить полярность питающего напряжения. Это можно сделать двумя способами – изменить полярность напряжения на якоре или обмотке возбуждения. В данной статье мы рассмотрим изменение направления вращения с помощью цепи возбуждения.
Главным преимуществом реверса по цепи возбуждения – это ее малая мощность даже для машин большой мощности. Мощность данной цепи не превышает нескольких десятков киловатт даже для машин большой мощности. Например, для ДПТ с номинальным током якоря 6000 А и напряжением 1000 В параметры обмотки возбуждения составляют U = 300 B, I = 250 A. Соответственно гораздо выгодней реверсировать такую машину по цепи возбуждения, чем по якорной цепи.
Однако при реверсе магнитного потока ухудшатся условия коммутации коллектора. Более того обмотка возбуждения имеет очень большую инерционность, по сравнению с якорной обмоткой. Для электроприводов большой мощности постоянная времени возбуждения может составлять порядка 1 – 3 секунд, а полный реверс при нормальных условиях может быть осуществлен за 10 и более секунд, что существенно влияет на быстродействие всей системы электропривода. Для ускорения процесса реверса осуществляют так называемую форсировку возбуждения. Для этого на обмотку возбуждения подают повышенное напряжение, превышающее номинальное в 2 – 5 раз. Ток при этом нарастает быстрее, чем при номинальном напряжении, и когда он достигает заданного значения, напряжения снижается до уровня номинального. При постоянной времени обмотки возбуждения в 2 секунды и при использовании форсировки можно осуществить реверс за 0,5 секунды.
Проведение реверса ДПТ НВ в цепи возбуждения может быть проведен с помощью реверсивного двухкомплектного тиристорного преобразователя (схема 4) или же с помощью контактного реверсора (схема 5). Также для ускорения реверсирования при уменьшения тока до нуля используют инверторный режим работы тиристорного преобразователя. При этом обмотка возбуждения выступает в качестве генератора, отдавая энергию в сеть через инвертор. После снижения тока до нуля его знак изменяется на противоположный. При этом тиристорный преобразователь якорной цепи переходит в рекуперативный режим работы (отдача энергии в сеть), поддерживая при этом заданный тормозной момент. После остановки электродвигатель начинает вращаться в обратную сторону.
Процессы, происходящие в электродвигателе постоянного тока показаны ниже:
В прямом направлении двигатель будет вращаться без нагрузки в момент времени t1. При этом напряжение будет равно номинальному и подано оно из преобразователя 1, который будет находится в проводящем состоянии. Угол управления при этом будет равен 700. В таком случае UB = UBmaxcos700 = 0.34Umax. Umax – максимальное напряжение преобразователя при угле управления равном нулю.
В момент t2 начнется реверс. С начала напряжение силового канала снижается до нуля Uя = 0. При U<Eя в якорной цепи перестанет протекать ток, после чего угол преобразователя 1 изменится с 700 до 1700. Он перейдет в режим инвертора с напряжением случае UB = UBmaxcos1700 = — 0.98Umax. Данное напряжение практически в 3 раза превысит номинальное, чем обеспечится форсирование скорости нарастания тока. Ея снижается вместе с током возбуждения.
В момент t3 IВ и ЭДС якоря Ея будут равны нулю. В этот же момент времени блокируется подача импульсов управления на первый преобразователь (1) и до момента t4 обеспечивается пауза длительностью 10 – 20 мс, характерная для электроприводов с раздельным управлением.
В момент времени t4 начинается подача импульсов управления на преобразователь 2, который обеспечивает форсировку тока возбуждения. Его угол управления равен примерно 100, что соответствует UB = -UBmaxcos100 = -0.98Umax. С момента t4 начинается торможения машины постоянного тока с отдачей энергии в сеть при заданном токе якоре.
В t5 Iв достигает своего максимального отрицательного значения и угол управления преобразователя 2 снижается до 700, обеспечивая при этом номинальное напряжение и ток обмотки возбуждения.
В момент времени t6 скорость электродвигателя равна нулю. С этого момента он начинает свой разгон в обратном направлении вращения. В момент t7 скорость вращения вала достигает номинальной, а в момент t8 происходит наброс нагрузки.
Система управления электроприводом собранная по схеме 5, точно также как и собранная по схеме 4, несмотря на используемую форсировку напряжения, имеют быстродействие значительно ниже, чем при использовании схемы реверса по якорной цепи. Хотя стоит отметить, что общее время реверса электропривода во многом зависит от механической инерционности всей системы в целом.
