Привод постоянного тока на IGBT -транзисторах

В данной статье речь пойдёт о приводах постоянного тока ,построенных на IGBT-транзисторах,управляемых ШИМ.
Выпрямитель на транзисторах.
На IGBT-транзисторах можно построить выпрямитель.Схемы выпрямителей будут разными ,при питании трёхфазным током и однофазным током.
Схема для  питания однофазным током состоит из транзисторного моста(двух полумостов),диода и фильтра. В состав моста входит ключ готовности  и собственно мост на IGBT-транзисторах.Когда один транзистор открыт ,второй-закрыт.Транзисторы открываются на полпериода входной частоты.Для частоты 50Гц это 10 мс.Для частоты 400Гц- 1,25мс. На выходе моста ставится фильтр либо в виде конденсатора,либо LC цепочки(фильтр НЧ) и диод.Диод служит для того,чтобы не пропускать обратный выпрямленный ток,получающийся на выходе выпрямителя из обратных диодов.Для торможения противовключением достаточно закоротить этот диод.Эта схема работоспособна для мгновенных значений напряжения до 600В.
При необходимости регулирования выходного напряжения на транзисторы подаётся ШИМ сигнал на время коммутации одним транзистором входного переменного напряжения.
Схема для питания трёхфазным током состоит из трёх полумостов,диода,ключа готовности и фильтра.Время включения транзистора в этом случае меньше чем в варианте однофазного питания и составляет 1/6 периода частоты напряжения питания. Для 50Гц это 3,33мс,а для 400Гц -0,416 мс. Выхода транзисторов включаются как диоды в схеме Ларионова.Для изменения выходного напряжения используется метод ШИМ на время включения транзистора.
В состав привода входит от 2 до 3 выпрямителей. 3 выпрямителя -для электродвигателя с независимым возбуждением из них один для питания обмотки возбуждения.
Кроме того в состав привода входит ПЛК с 4-8 ШИМ-выходами и драйверы.Для однофазного питания хватает 4 ШИМ-выходов,а для трёхфазного 6-ШИМ выходов.
Импульсный способ регулирования .
В этом случае используется стандартный выпрямитель и два полумоста на IGBT-транзисторах.Управление скоростью вращения электродвигателя осуществляется с помощью ШИМ- модуляции напряжения. ШИМ - сигнал подаётся на два транзистора,расположенных в разных полумостах.Для реверса электродвигателя меняется пара транзисторов. Если электродвигатель имеет обмотку возбуждения,то в приводе используется 4 полумоста: 2 -для обмотки якоря и 2-для возбуждения.При этом делается так,чтобы управление с мостов обмотки возбуждения снималось позже  чем с якорной обмотки.Кроме того в состав привода входит ПЛК,имеющий 2 или 3 ШИМ-выхода и драйверы.
Выбор IGBT-транзисторов.
IGBT-транзисторы выбираются по максимальному току якорной цепи электродвигателя.Это тот ток,который возникает при пуске электродвигателя. При импульсном способе регулирования транзисторы выбираются по напряжению такими,чтобы это напряжение было на 20% больше номинального на выходе выпрямителя. Если же мы строим на транзисторах выпрямитель,то транзистор по напряжению подбирается таким образом,чтобы напряжение коллектор-база было больше на 20% чем размах напряжения между фазами(имеется ввиду мгновенное значение,которое в 1,4 раза больше ,показываемого тестером).Для напряжения 380 Вольт это 1285 В,для 220В- 744,5 В.

Ещё один способ регулирования скорости вращения асинхронного электродвигателя

 В данной статье будет рассмотрен способ регулирования трёхфазного электродвигателя с фазным ротором .
Все наверное знают ,что в ЦАП применяется схема R-2R.Но её можно применить и при регулировании частоты вращения трёхфазного электродвигателя с фазным ротором. В этом случае в цепь ротора включается две цепи R-2R(между контактными кольцами).Вместо перемычек включаются две резистивные цепи в которых сопротивления меняются по определённому закону.Коммутацией резисторов управляет контроллер,у которого задействуется 8 или 16 выходов.Между контроллером и резисторами ставится,по числу используемых выходов контроллера, энное количество  реле или контакторов,или твёрдотельных реле. Одно реле- на один, используемый для управления электродвигателем, выход контроллера .Реле может содержать 1NO,1C, 2NO,2C контакта.При разрядности управляющего слова 8- 8(16) реле,14 резисторов,при разрядности управляющего слова 16- 16 (32)реле,30 резисторов.Одно из реле используется как перемычка. В скобках даны количества реле типа 1NO,1С.
                                                               Подбор резисторов.
Резисторы подбираются по номинальному напряжению на роторе и току через ротор.По этим же параметрам подбираются реле.Кроме того резисторы подбираются по количеству разрядов управляющего слова.Управляющее слово подаётся на реле.Первому разряду управляющего слова будет соответствовать контакт первого реле.Второму разряду управляющего слова будет соответствовать резистор с сопротивлением R(и контакт второго реле),третьему 2R,шестому-10R,седьмому-20R,десятому-100R,одиннадцатому-200R,четырнадцатому -1000R,пятнадцатому-2000R, шестнадцатому-4000R.Разрядность слова зависит от диапазона регулирования:чем больше диапазон- тем больше разрядность.В зависимости от диапазона регулирования выбирается и минимальное сопротивление. Для минимального сопротивления-0,1Ом мы получаем следующий ряд сопротивлений: 0,1;0,2;0,4;0,8;1,0;2,0;4,0;8,0;10;20;40;80;100;200;400 Ом.Для управления частотой вращения электродвигателя нам потребуется по 2 резистора каждого номинала из ряда.Мощность резисторов до 10Ом считаем по номинальному току через ротор,после по номинальному напряжению на кольцах ротора. Например,на кольцах электродвигателя напряжение 206 Вольт,ток в цепи ротора 49А при этом мощности резисторов будут следующими 241;480;961;1921;2401;4802;9604;5304;4244;2122;1061;531;425;213;107 Ватт. "Ого-скажете Вы-ничего себе мощности,как их получить?". Они получаются или составными из smd-резисторов ,или специально намотанными.В случае с smd-резисторами-это будет  печатная плата с несколькими сотнями резисторов,распределённых на 15 групп(как вариант 7 групп).Сопротивления до 1 Ома обычно наматываются из проволоки сечением 2,5-4 квадратных миллиметров. Если сопротивление делается наборным,то резисторы входящие в сопротивление соединяются параллельно и значение единичного сопротивления может достигать значения в 9-10 кОм при мощности единичного сопротивления в 1 Вт(2512).Если блок собирать на smd-резисторах,то их может потребоваться 34417 -35000 штук 2512.Если мы возьмём дискретные резисторы(цементные) мощностью 10 Вт ,то их потребуется в 10 раз меньше( то есть 3500 шт).Если мы возьмём резисторы LTO100(корпус ТО220),то их потребуется в 100 раз меньше(то есть 350 шт).И не забываем ,что всю конструкцию надо охладить,то есть установить вентиляторы. И ещё. Количество резисторов и их номиналы зависят от параметров роторной цепи электродвигателя.Приведённые в статье значения даны для электродвигателя с напряжением на роторе 206В и токе через ротор 49А и при других значениях параметров роторной цепи будут другими.Неизменным остаётся только общее значение сопротивления разряда.
                                                                    Как это работает.
На релейно-резисторный блок подаётся код ,начиная с наибольшего значения.При этом вначале роторная цепь электродвигателя разорвана и он не вращается.После подачи наибольшего значения кода включаются все резисторы и получается максимальное сопротивление в роторной цепи электродвигателя.В этом случае электродвигатель стоит или очень медленно вращается.Для выхода на нужные обороты значение кода уменьшается,при этом уменьшается значение сопротивления в роторной цепи и двигатель начинает разгоняться.После окончания развёртки кода(когда появляется кодовая комбинация 2 H и в работе остаётся второе реле)  ,срабатывает первое реле и замыкает контактные кольца и электродвигатель выходит на номинальные обороты.Дело в том,что развёртка кода может заканчиваться не на значении 2Н,а на значении ,например,10H и в этом случае частота вращения будет ниже номинальной и не будет срабатывать первое реле.Зная значение кода и измерив частоту вращения вала электродвигателя для этого кода,мы можем наперёд задавать значение кода и двигатель будет сразу выходить на заданную частоту вращения вала.

За более подробной информацией просьба обращаться на почту mitja691@gmail.com.