2 Описание и принцип работы асинхронного вентильного каскада
Схема асинхронного вентильного каскада (рисунок 2) содержит преобразователь с промежуточной связью постоянного тока. Эта схема является наиболее распространенной.
Рисунок 2 Силовая схема АВК
Ток ротора выпрямляется с помощью трехфазного мостового неуправляемого выпрямителя и в цепь выпрямленного тока вводится добавочная ЭДС. В качестве источника добавочной ЭДС используется вентильный преобразователь- инвертор.
Силовая схема АВК состоит из следующих главных элементов: асинхронного двигателя с фазным ротором М; вентильного преобразователя В, служащего для выпрямления тока ротора и источника добавочной ЭДС, в качестве которого использован вентильный преобразователь- инвертор УИ для инвертирования выпрямленного тока ротора. Трансформатор силовой ТС служит для согласования напряжения ротора двигателя с напряжением сети. Также в цепь выпрямленного тока включен сглаживающий дроссель СД, который необходим для сглаживания пульсаций тока и напряжения промежуточной цепи постоянного тока. Для регулирования величины инвертирования тока ротора предназначена система управления вентилями инвертора СУ.
В данной схеме вентильного каскада с промежуточной цепью постоянного тока функции преобразования тока и энергии ротора четко разграничены между двумя группами вентилей: вентили В работают в выпрямительном режиме, преобразуя переменный ток ротора , имеющий частоту скольжения, в постоянный; вентили УИ работают в режиме зависимого инвертора, преобразуя выпрямленный ток ротора в переменный ток с частотой сети.
Принцип работы асинхронного вентильного каскада можно представить следующим образом. При работе в двигательном режиме ниже синхронной скорости ток ротора асинхронного двигателя выпрямляется с помощью вентилей В. В цепь выпрямленного тока ротора введена добавочная ЭДС, представляющая собой среднее выпрямленное напряжение инвертора ( противо-ЭДС инвертора). Выпрямленное напряжение ротора Еdр.нS должно уравновешивать противо-ЭДС инвертора Edi, падение напряжения на активных сопротивлениях роторного контура, а также падение напряжения, обусловленное процессом коммутации вентилей.
Уравнение равновесия напряжения в роторной цепи двигателя:
[1]
Отсюда находим выражение для тока ротора:
[2]
Где
-
выпрямленное напряжение ротора при
скорости и токе ротора, равным нулю;
-выпрямленный
ток ротора;
-
противо-ЭДС инвертора;
-
падение напряжения при коммутации
вентилей;
Момент, развиваемый двигателем пропорционален выпрямленному току ротора, следовательно, регулирование тока ротора путем изменения величины противо-ЭДС ( ) позволяет регулировать величину момента и скорость вращения. Величина противо-ЭДС инвертора регулируется посредством изменения угла включения управляемых вентилей УИ.
Если выпрямленная противо-ЭДС инвертора будет равна выпрямленному напряжению ротора двигателя, то ток в цепи ротора и момент, развиваемый двигателем будут равны нулю. При уменьшении противо-ЭДС инвертора ток в цепи ротора возрастает, момент двигателя увеличивается и скорость его начинает повышаться. С увеличением скорости выпрямленное напряжение ротора Еdр.нS уменьшается, то ускорение двигателя будет происходить до тех пор, пока снова не будет удовлетворяться равенство напряжений в роторном контуре [1]. При увеличении противо-ЭДС инвертора ток и момент ротора уменьшаются и скорость двигателя снижается. По мере уменьшения скорости повышается выпрямленное напряжение ротора. Ток ротора и момент двигателя увеличиваются до тех пор, пока двигательный момент привода не станет равен статическому моменту сопротивления. При этом двигатель перейдет на работу в установившемся режиме с новым значением скорости, которому соответствует равенство [1]. При постоянстве управляющего воздействия и изменении момента нагрузки на валу, переходный процесс протекает аналогично изложенному.
При уменьшении противо-ЭДС инвертора до нуля скорость двигателя при номинальной нагрузке возрастает до 80-85% от синхронной. Это обусловлено наличием в цепи ротора дополнительных сопротивлений. Для дальнейшего повышения скорости необходимо изменить знак добавочной ЭДС , т.е. перевести вентили УИ из инверторного в выпрямительный режим. При этом уравнение [2] примет вид:
[3]
Если будет равно:
[4]
то двигатель будет работать примерно с номинальным скольжением. Дальнейшее увеличение недопустимо, т.к. приведет к резкому увеличению тока в контуре, образованном вентилями выпрямительной и инверторной групп В и УИ.