Эволюция силовых цепей, приводящая к вентильному двигателю

Выберем в качестве прототипа регулируемый электропривод постоянного тока с однокомплектным тиристорным преобразователем в цепи якоря (рис. 5.12 а). Обмотка якоря двигателя М подключена на выход вентильного преобразователя UZ1, который питается от источника переменного тока неизменной (промышленной) частоты. Здесь возможен как двигательный, так и генераторный режимы работы электромашины М. Тогда преобразователь UZ1 работает соответственно или в выпрямительном, или в инверторном режиме. Обратим внимание на следующие существенные для рассматриваемого электропривода признаки, которыми характеризуется смена энергетического режима его работы. Во-первых, при переводе UZ1 из выпрямительного режима в инверторный (а двигателя М – соответственно из двигательного в генераторный) направление тока в якорной цепи не изменяется. Во-вторых, чтобы при неизменном направлении тока получить смену направления потока энергии, надо изменить знаки действующих в якорной цепи ЭДС: сначала (например, изменением направления тока в обмотке возбуждения двигателя) изменить направление ЭДС якорной обмотки М, а затем преобразователь UZ1 перевести из выпрямительного режима в инверторный (для чего его угол управления следует установить более 90 градусов), ограничивая в допустимых пределах величину якорного тока. При этом происходит естественная (за счет фазных напряжений питающей сети) коммутация тиристоров при работе UZ1 как в выпрямительном, так и в инверторном режимах.

Заменим питающую преобразователь сеть переменного тока эквивалентной синхронной машиной MS (рис. 5.12 б). Если бы при этом ротор MS вращался синхронно и синфазно с генераторами энергосистемы, частью которой является питающая UZ1 сеть, то наш электропривод не "почувствовал" бы этой подмены. В случае же автономной работы MS, при которой угловая скорость ее вала может изменяться и, естественно, не совпадать с частотой сети энергосистемы, преобразователь UZ1 окажется неработоспособным. В тиристорных преобразователях обязательна синхронизация управляющих импульсов с частотой питающей сети. В системах импульсно-фазового управления (СИФУ) с вертикальным управлением [7], где управляющий импульс создается в момент совпадения величин напряжений управления и опорного на выходе генератора пилы, эта синхронизация осуществляется путем привязки кривой пилообразного напряжения, например, к началу синусоиды питающего тиристор напряжения. При этом благодаря высокой стабильности частоты промышленной сети развертку опорного напряжения осуществляют не в функции угла поворота ротора эквивалентного генератора энергосистемы, а в функции времени, что упрощает схему. Если же MS работает автономно, когда угловая скорость его вала может изменяться, то синхронизацию импульсов на выходе СИФУ с фазными ЭДС обмоток статора двигателя следует осуществлять в функции угла поворота ротора MS, а не времени, как при питании UZ1 от промышленной сети. В результате в схеме (рис. 5.12 б) появляется датчик положения ротора двигателя BQ. Примером простейшего датчика положения ротора может быть, например, круговой потенциометр, у которого движок жестко связан с валом двигателя, а корпус потенциометра зафиксирован так, что точке а соответствует, например, начало синусоиды напряжения фазы А. Напряжение на выходе потенциометра в пределах одного оборота вала пропорционально углу _Р поворота вала, а в точке б происходит сброс выходного сигнала, после чего процесс повторяется.

Наконец, на последнем этапе заменим электрическую машину М, работающую преимущественно в генераторном режиме на бесконтактное устройство – вентильный преобразователь UZ2. Получившаяся схема (рис. 5.12 в), содержащая два последовательно включенных преобразователя UZ1 и UZ2, может обеспечить работу двигателя MS как в двигательном, так и в тормозном (генераторном) режимах. Действительно, когда двигатель MS работает в двигательном режиме, то преобразователь UZ2 переводится в выпрямительный режим, а преобразователь UZ1 – в инверторный, что осуществляется изменением углов управления вентилей этих преобразователей. Величина тока статора двигателя регулируется соотношением величин напряжений обоих преобразователей. Когда двигатель MS необходимо перевести в тормозной режим, то преобразователь UZ1 переводится в выпрямительный режим, а UZ2 – в инверторный.

Отметим следующие особенности рассмотренной схемы. Во-первых, оба преобразователя работают в режиме естественной коммутации тиристоров, что существенно упрощает схему силовых цепей и повышает надежность работы. Во-вторых, число вентильных групп преобразователя не более чем в реверсивном электроприводе постоянного тока, а сами вентильные группы выполняются так же, как и стандартные преобразователи постоянного тока.