Тема 2.3.4. Реверсивный вентильный эп с совместным и раздельным управлением.

В установках, требующих изменения направления выпрямленного тока, применяют реверсивные тиристорные ЭП. Т.к. тиристор имеет униполярную проводимость, то реверсирование тока может быть получено за счет установки двух противоположно включенных комплектов тиристоров.

Реверсивным ЭП называется ЭП, позволяющий осуществить изменения направления вращения, т. е. реверсирование двигателя. Направление вращения двигателя в установившемся режиме определяется знаком момента. Момент ДПТ определяется: М=кФI. Следовательно, направление момента М можно изменить либо изменением знака тока якоря, либо изменением знака тока возбуждения. В соответствии с этим реверсивные ЭП по способу осуществления реверса можно разделить на две группы: с реверсом в цепи якоря (с изменением направления I_я), и с реверсом в цепи возбуждения (с изменением тока в цепи возбуждения). В каждой группе реверс тока обеспечивается либо с помощью релейно-контакторного реверсора, либо с помощью реверсивного выпрямителя.

На примере однофазного выпрямителя рассмотрим характерные схемы при реверсе по цепи якоря и по цепи возбуждения.

При реверсе по цепи якоря по каналам управления является сильноточная цепь, а по цепи возбуждения – слаботочная цепь возбуждения.

Однако, электромагнитная постоянная времени цепи якоря значительно меньше, чем цепи возбуждения и быстродействие с реверсом по якорной цепи значительно выше.

Реверсивный ЭП с реверсорами дешевле, т. к. якорная цепь получает питание от нереверсивного выпрямителя. Однако, для работы с частыми реверсами они не приемлемы из-за низкого быстродействия, необходимости постоянного ухода и периодической замены элементов реверсора.

Двухкомплектные реверсивные ЭП по способу управления группами тиристоров делятся на два класса: реверсивные ТП с совместным и раздельным управлением. Если на обе группы тиристоров всегда подаются управляющие импульсы, то такое управление называется совместным. Раздельное управление заключается в том, что управляющие импульсы подаются только на одну группу тиристоров. До тех пор, пока протекает ток в управляемой группе, импульсы второй группы заблокированы и существует запрет на их переключение. Одна группа управляется в области управляемого режима, а другая – в области инверторного режима.

При совместном управлении комплектами тиристоров, открывающие импульсы одновременно подаются на оба комплекта VS1, VS2, VS3 и VS4, VS5, VS6. При этом в зависимости от направления вращения двигателя один комплект работает в выпрямительном режиме, а другой – в инверторном (рис.2.16).

Ток якоря протекает по комплекту, работающему в выпрямительном режиме. Систему управления тиристорами содержит две СИФУ: СИФУ1, СИФУ2, а также аналоговый инвертор А1.

Если VS1, VS2, VS3 работают в выпрямительном режиме, а VS4, VS5, VS6 в инверторном, то двигатель вращается вперед. Если наоборот, то двигатель вращается назад.

Т.к. открывающие импульсы подаются на оба комплекта, то в схеме через два открытых вентиля, например VS1 и VS6, образуется замкнутый контур двух фаз в данном случае а и с трансформатора VT1.

В этом контуре действует сумма ЭДС двух фаз вторичной обмотки

е_ур=е_а+е_с=е₁+е₂

Уравнительная ЭДС е_ур создает уравнительный ток Iур. По отношению к уравнительному току трансфоматор VT1 находится в режиме КЗ, т.к. активное и индуктивное сопротивления трансформатора малы. Поэтому для ограничения уравнительного тока в цепь его протекания включаются уравнительные реакторы L1 и L2. Уравнительный ток по цепи двигателя не протекает. По вентилю протекает ток якоря и уравнительный ток. Помимо включения уравнительных реакторов можно использовать согласованное управление, при котором е_ур =0.

Е_ур=Е₁+Е₂=Е₀cos₁+E₀cos₂=E₀(cos₁+E₀cos₂)=0 (2.4)

Е₁ и Е₂ – постоянные составляющие е₁ и е₂,

₁ и ₂ – углы открывания комплектов VS1…VS2 и VS4…VS6.

Условие (2.4) будет выполняться, когда ₁ + ₂ =. Данное условие представляет собой условие согласованного управления.

Совместное управление обладает следующими преимуществами:

1. Уравнительные токи обеспечивают проводящее состояние обоих комплектов, независимо от величины тока нагрузки двигателей и как следствие линейность характеристик (нет режима прерывистых токов).

2. Высокое быстродействие, благодаря постоянной готовности к реверсу тока, которая не связана с какими-либо переключениями в схеме.

Однако, при совместном управлении необходима установки уравнительных реакторов, что увеличивает массу, стоимость и габариты.

Протекание уравнительных токов увеличивает нагрузку сети и уменьшает КПД вентильного комплекта.

В реверсивном В с раздельным управлением при работе одного комплекта тиристоров в выпрямительном или инверторном режиме, другой комплект полностью выведен из работы (с него сняты открывающие импульсы). Вследствие этого отсутствует контур протекания I_ур, что исключает необходимость в уравнительных реакторах.

Функциональная схема раздельного управления представлена на рис.2.17.

ЛПУ – логическое переключающее устройство,

ДПВ – датчик проводимости вентилей,

КВ, КН – константы «вперед» и «назад»,

ПХ – переключатель характеристики,

U_у – сигнал управления.

ДПВ предназначен для определения состояния тиристоров (открыты или закрыты) В и формирования сигналов об их запирании, что равносильно отсутствию тока в комплектах.

СИФУ – выбирает нужный комплект тиристоров в зависимости от требуемого тока в двигателе.

• запрещает появления открывающих импульсов одновременно в обоих комплектах.

• запрещает подачу открывающих импульсов на вступающий в работу комплект до тех пор, пока в ранее работающем комплекте протекает ток.

• формирует временную паузу между моментом запирания тиристоров в ранее работавшем комплекте и моментом на подачу открывающего импульса на вступающий в работу комплект.

ПХ служит для согласования однополярной регулировочной характеристики СИФУ =f(U_у) с реверсивным сигналом U_у.

Реверсирование двигателя начинается изменением знака задания скорости, которое вызывает уменьшение U_у и изменение знака задания тока. Изменение знака U_зi является сигналом переключения комплектов тиристоров. Увеличение угла ₁ и уменьшение Е₁ приводит к уменьшению I_я до 0; когда I_я=0, то ключи закрыты.

Закрывание вентилей фиксируется ДПВ. При получении сигнала с ДПВ ЛПУ запрещает подачу импульсов на тиристоры обоих комплектов и одновременно начинает отсчитывать временную паузу. После ее окончания ЛПУ формирует разрешение на подачу открывающих импульсов на тиристоры комплекта «Назад» и одновременно на переключение ПХ. Переключение ПХ приводит к изменению полярности U_у на входе СИФУ. С этого момента на комплект «Назад» начинает подаваться открывающий импульс с угла ₂, обеспечивающим работу комплекта в инверторном режиме. Т.к. ЭДС вращения больше Е₂, то Iя протекает в обратном направлении. Двигатель переходит в генераторный режим, осуществляется рекуперативное торможение.

Достоинства:

1. отсутствие уравнительных реакторов, что значительно уменьшает массу и стоимость,

2. отсутствие уравнительного тока уменьшает потери мощности в В и повышает его КПД.

Недостатки:

1. наличие режима прерывистого тока,

2. более сложная система управления тиристорами из-за наличия ДПВ, ЛПУ и ПХ,

3. наличие бестоковой паузы при переключении комплектов.

2.3.5.Системы с двухзонным регулированием скорости.

Регулирование скорости двигателя за счет изменения потока возбуждения применяется в основном в системах двухзонного регулирования, в которых часть полного диапазона регулирования до номинальной (основной) скорости обеспечивается за счет изменения напряжения на якоре от нуля до номинального значения при номинальном потоке возбуждения, а регулирование в верхней части диапазона при значениях скорости выше основной – за счет воздействия на поток при постоянном напряжении на якоре или ЭДС двигателя.

В системе двухзонного регулирования двигатель (ЭЧД и МЧД) питается от тиристорного преобразователя ТП, а его обмотка возбуждения от тиристорного возбудителя ТВ. Структурная схема системы управления двигателем состоит из двух систем регулирования _ напряжения и магнитного потока.

В системе регулирования напряжения двигателя, представляющую собой двухконтурную систему подчиненного управления, включены регулятор тока РТ и скорости РС. Схема регулирования магнитного потока представляет собой также двухконтурную систему с регуляторами ЭДС двигателя РЭ и тока возбуждения РТВ.

На вход системы управления напряжением ТП подается задающее воздействие U_зс и напряжение обратной связи по скорости U_ос. На вход системы управления магнитным потоком поступает задающее воздействие, пропорциональное ЭДС двигателя U_зэ и напряжение обратной связи U_оэ, пропорциональное измеренному значению ЭДС с помощью датчика ЭДС ДЭ.

Дополнительно в контуре скорости устанавливается делительное устройство ДУ, которое обеспечивает оптимальную настройку ЭП на всем диапазоне регулирования скорости, включая ослабление магнитного потока двигателя.

Пока двигатель работает на скорости ниже номинальной, значение ЭДС двигателя меньше номинального.

Задающее напряжение U_зэ выбирается равным выходному напряжению ДЭ при номинальной ЭДС двигателя: U_зэ=|U_эн|.

Поэтому при _н, когда U_дэU_эн, выходное напряжение регулятора ЭДС равно напряжению ограничения. Благодаря этому при _н ток возбуждения двигателя поддерживается равным номинальному. Когда скорость двигателя станет примерно равной _н, ЭДС двигателя достигнет значения е=Е_н, напряжения U_зэ и U_дэ сравняются, регулятор РЭ выйдет из ограничения и контур регулирования ЭДС замкнется. С этого момента система перейдет в режим поддержания постоянства ЭДС двигателя и дальнейшее повышения скорости происходит за счет ослабления потока возбуждения е=Е_н=const.

Возможности двигателя, работающего в системе двухзонного регулирования, могут быть охарактеризованы рис.2.16. по оси абсцисс отложены значения скорости в о.е., где _осн, где _осн=_н – основная скорость, а по оси ординат – предельные значения допустимых тока якоря I_я=I_я/I _я.н, момента двигателя M_д=M_д/M_н=M_д/(c_дI_я.нФ_н) и мощности Р, принятой в первом приближении равной Р=U_яI_я. При обеспечении требуемого движения охлаждения во всем диапазоне длительно допустимым для двигателя значением тока якоря является его номинальный ток I_я=1. Поскольку на всех скоростях до основной поток остается номинальным, то и допустимое значение момента двигателя остается равным номинальному М=1. На скоростях выше основной допустимое значение момента уменьшается в соответствии с выражением_д_д, а допустимая мощность остается постоянной, т.к. U_я=const. Таким образом, применение двухзонного регулирования целесообразно в тех случаях, когда момент нагрузки механизма на верхних скоростях меньше, чем на скоростях ниже основной. В этом случае установленная мощность двигателя получится меньше, при обеспечении всего диапазона за счет изменения напряжения .

В замкнутой системе регулирования скорости переход от режима регулирования напряжением к режиму регулирования потоком возбуждения обеспечивается за счет того, что на скоростях выше основной с помощью специального регулятора, воздействующего на цепь возбуждения, поддерживается равенство ЭДС двигателя номинальному значению. Поскольку ЭДС двигателя есть е_д=с_дФ в условиях, когда е_д=Е_д=const, а значение  задается входным сигналом, поток возбуждения будет изменяться обратно пропорционально скорости двигателя. ЭДС преобразователя в установившемся режиме выше ЭДС двигателя на значение падения напряжения в якорной цепи от тока i_я. Если момент нагрузки возрастет, то в условиях, когда скорость и ЭДС двигателя поддерживаются своими системами регулирования постоянными, возросшее падение напряжения в цепи якоря будет покрыто за счет соответствующего увеличения ЭДС преобразователя при неизменном значении потока возбуждения.

Пуск двигателя может осуществляться под контролем скорости или тока якоря. Если в процессе пуска поддерживается i_я=I_ямакс=const, то при М_с=const в течение времени 0-t₁ до момента достижения =1 (рис.2.17,а) разгон двигателя идет с постоянным ускорением, значение которого определяется динамическим моментом _дин=_ямакс.-_с. Начиная с момента времени t₁ ЭДС двигателя поддерживается постоянной, а поток возбуждения уменьшается. Динамический момент _дин=_ямакс-_с падает, что приводит к снижению темпа разгона привода и на участке разгона (t₁-t₂) – к отклонению зависимости =f(t) от линейной. После достижения заданного значения скорости макс разгон прекращается и ток якоря становится равным значению _я.с_с_мин. ЭДС преобразователя е_т.п во время пуска превышает ЭДС двигателя е_д на постоянное значение падения напряжения в якорной цепи от пускового тока _я.макс.

Если пуск осуществляется при контроле скорости и на входе контура скорости действует линейно-нарастающий сигнал (рис.2.17,б), то при _с=const момент двигателя должен оставаться постоянным и равным _д_динМ_с. В процессе ослабления потока возбуждения ток якоря линейно нарастает до значения _я.макс_д_мин. Соответственно увеличивается и ЭДС преобразователя. Если в процессе увеличения скорости момент нагрузки уменьшается, то и значение _я.макс. будет меньше показанного на рисунке.Разгон с постоянным ускорением может быть реализован лишь тогда, когда значение якорного тока _я.макс. не превышает предельно допустимого для двигателя и преобразователя значения.

В системе двухзонного регулирования (рис.2.18) двигатель М питается от тиристорного преобразователя ТП, а его обмотка возбуждения ОВМ – от тиристорного возбудителя ТВ. Система управления ЭП включает в себя две взаимосвязанные системы:

а) воздействующую на напряжение ТП систему регулирования скорости с регулятором РС и подчиненным контуром регулирования тока якоря с регулятором РТЯ,

б) систему регулирования ЭДС с регулятором ЭДС РЭ и подчиненным контуром регулирования тока возбуждения с регулятором РТЯ.

Подчиненный контур регулирования тока возбуждения замкнут по выходному напряжению датчика тока возбуждения ДТВ, причем на входе РТВ по каналу обратной связи предусмотрен фильтр с постоянной времени Т_ф, образованный резисторами R_т.в и R_т.в и конденсатором С_т.в. Входным сигналом для контура тока возбуждения является выходное напряжение регулятора ЭДС. Последнее ограничено с помощью блока ограничения БО2 на значении U _р.э.огр, соответствующем номинальному току возбуждения. На выходе РЭ сравниваются постоянное напряжение задающего напряжения U_з с напряжением датчика ЭДС ДЭ.

Система двухзонного регулирования должна:

1. Обеспечивать задание скорости в двух диапазонах одним задающим устройством,

2. При управлении до номинальной скорости поток возбуждения должен оставаться постоянным,

3. При задании скорости выше номинальной изменение скорости осуществляется ослаблением потока возбуждения при примерно постоянной ЭДС двигателя,

4. Обеспечить быстродействие системы за счет одновременного регулирования и по цепи якоря и по цепи возбуждения.