Gleichspannungsregelung

Heutzutage gibt es sowohl in der Industrie als auch im zivilen Bereich viele Installationen, elektrische Antriebe und Technologien, bei denen die Stromversorgung keine Wechselspannung, sondern eine konstante Spannung erfordert. Solche Anlagen umfassen verschiedene Industriemaschinen, Baumaschinen, elektrische Transportmotoren (U-Bahn, Oberleitungsbus, Lader, Elektroauto) und andere Gleichstromanlagen verschiedener Art.

Die Versorgungsspannung für einige dieser Geräte muss variabel sein, damit beispielsweise eine variierende Stromversorgung des Elektromotors zu einer entsprechenden Änderung der Drehzahl seines Rotors führt.

Eine der ersten Möglichkeiten zur Regulierung der Gleichspannung besteht in der Regulierung mit einem Rheostat. Dann können wir uns an den Kreislaufmotor - Generator - Motor erinnern, bei dem wiederum durch Einstellen des Stroms in der Erregerwicklung des Generators eine Änderung der Betriebsparameter des endgültigen Motors erreicht wurde.

Diese Systeme sind jedoch nicht wirtschaftlich, sie gelten als veraltet und Regulierungssysteme sind viel moderner. basierend auf Thyristoren. Die Thyristorregelung ist wirtschaftlicher, flexibler und führt nicht zu einer Erhöhung der gesamten massendimensionalen Parameter der Anlage. Das Wichtigste zuerst.

Rheostatische Regelung (Regelung mit zusätzlichen Widerständen)

Durch die Regelung mittels einer Kette von in Reihe geschalteten Widerständen können Sie den Strom und die Spannung des Elektromotors ändern, indem Sie den Strom in seinem Ankerkreis begrenzen. Schematisch sieht es aus wie eine Kette zusätzlicher Widerstände, die in Reihe mit der Motorwicklung geschaltet und zwischen dieser und dem Pluspol der Stromquelle geschaltet sind.

Einige Widerstände können bei Bedarf durch Schütze überbrückt werden, so dass sich der Strom durch die Motorwicklung entsprechend ändert. Zuvor war diese Regelungsmethode bei elektrischen Traktionsantrieben sehr verbreitet, und mangels Alternativen war es aufgrund erheblicher Wärmeverluste an den Widerständen erforderlich, einen sehr geringen Wirkungsgrad in Kauf zu nehmen. Offensichtlich ist dies die am wenigsten wirksame Methode - überschüssige Energie wird einfach in Form von unnötiger Wärme abgeführt.

Regelung zum Motor-Generator-Motor-System

Hier wird die Spannung zum Antreiben des Gleichstrommotors lokal unter Verwendung eines Gleichstromgenerators erhalten. Der Antriebsmotor dreht den Gleichstromgenerator, der wiederum den Aktuatormotor speist.

Die Regelung der Betriebsparameter des Antriebsmotors erfolgt durch Änderung des Stroms der Erregerwicklung des Generators. Der Strom der Generatorfeldwicklung ist höher - je höher die Spannung an den Endmotor angelegt wird, desto niedriger ist der Feldstrom des Generatorfeldes - desto niedriger ist die Spannung an den Endmotor.

Dieses System ist auf den ersten Blick effizienter als die einfache Ableitung von Energie in Form von Wärme durch Widerstände, hat aber auch seine Nachteile. Erstens enthält das System zwei zusätzliche, ziemlich große elektrische Maschinen, die von Zeit zu Zeit gewartet werden müssen. Zweitens ist das System träge - die angeschlossenen drei Maschinen können ihren Kurs nicht scharf ändern. Infolgedessen ist der Wirkungsgrad wiederum gering. Für einige Zeit wurden solche Systeme jedoch im 20. Jahrhundert in Fabriken eingesetzt.

Thyristor-Steuermethode

Mit dem Aufkommen von Halbleiterbauelementen in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde es möglich, kleine Thyristorregler für Gleichstrommotoren herzustellen.Der Gleichstrommotor wurde nun einfach über den Thyristor an das Wechselstromnetz angeschlossen, und durch Variieren der Öffnungsphase des Thyristors wurde es möglich, eine reibungslose Steuerung der Rotordrehzahl des Motorrotors zu erhalten. Diese Methode ermöglichte einen Durchbruch bei der Steigerung des Wirkungsgrads und der Drehzahl von Wandlern für den Antrieb von Gleichstrommotoren.

Das Thyristorsteuerverfahren wird nun auch insbesondere zur Steuerung der Drehzahl der Trommel in automatischen Waschmaschinen eingesetzt, bei denen ein Kollektor-Hochgeschwindigkeitsmotor als Antrieb dient. Fairerweise stellen wir fest, dass eine ähnliche Regelungsmethode bei Thyristor-Dimmern funktioniert, die die Helligkeit des Glühens von Glühlampen steuern können.

PWM-basierte Steuerung mit Wechselstromverbindung

Der Gleichstrom wird mit Hilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt, der dann mittels eines Transformators erhöht oder verringert und dann gleichgerichtet wird. Die gleichgerichtete Spannung wird an die Wicklungen des Gleichstrommotors angelegt. Vielleicht zusätzlich Pulsregelung durch PWM-Modulationdann ist der erzielte Effekt auf den Ausgang der Thyristorregelung etwas ähnlich.

Das Vorhandensein eines Transformators und eines Wechselrichters führt im Prinzip zu einem Anstieg der Gesamtkosten des Systems. Mit der modernen Halbleiterbasis können Sie jedoch Wandler in Form von fertigen kleinen Geräten bauen, die mit Wechselstrom betrieben werden, wobei der Transformator einen Hochfrequenzimpuls kostet und die Abmessungen daher gering sind und der Wirkungsgrad bereits 90 erreicht %.

Impulskontrolle

Das Impulssteuerungssystem von Gleichstrommotoren ist ähnlich aufgebaut wie ein Impuls DC-DC-Wandler. Diese Methode ist eine der modernsten und wird heute in Elektroautos eingesetzt und in der U-Bahn eingesetzt. Die Verbindung des Abwärtswandlers (Diode und Induktor) wird in einer seriellen Schaltung mit der Motorwicklung kombiniert, und durch Einstellen der Breite der der Verbindung zugeführten Impulse erreichen sie den erforderlichen Durchschnittsstrom durch die Motorwicklung.

Solche Impulssteuerungssysteme - Impulswandler - zeichnen sich durch einen höheren Wirkungsgrad von mehr als 90% aus und weisen eine hervorragende Geschwindigkeit auf. Es bietet große Möglichkeiten für EnergierückgewinnungDies ist sehr wichtig für Maschinen mit hoher Trägheit und für Elektroautos.