Основные теоретические положения

1. Система «тиристорный преобразователь-двига­тель»

Основным типом преобразователей, применя­емых в настоящее время в регулируемом ЭП постоянного тока, являются полупроводниковые статические преобразователи, и в первую очередь тиристорные. Они представляют собой управляемые реверсивные или нереверсивные выпрямители, со­бранные по нулевой или мостовой однофазной или трехфазной схеме.

Принцип действия, свойства и характеристики системы ТП-Д

рассмотрим на примере схемы (рис. 1, а), в которой использован

однофазный двухполупериодный нереверсивный тиристорный

вы­прямитель, собранный по нулевой схеме.

Рис. 1. Схема системы ТП-Д (а) и характеристики двигателя (б)

Преобразователь включает в себя согласующий трансформатор Т, имеющий две вторичные обмотки, два тиристора VS1 и VS2, сглаживающий реактор L и систему импульсно-фазового управления тиристорами (СИФУ). Преобразователь обеспечивает ре­гулирование напряжения на двигателе за счет изменения среднего значения ЭДС преобразователя Е_п. Это достигается регулированием с помощью СИФУ по сигналу U_y угла  управления тиристорами, представляющего собой угол задержки открытия тиристоров VS1 и VS2 относительно момента, когда напряжение на их анодах становится положительным.

Ввиду пульсирующего характера ЭДС преобразо­вателя ток в цепи якоря также является пульсиру­ющим. Такой характер тока оказывает вредное влияние на работу двигателя, приводя к ухудшению условий работы его коллектора, дополнительным потерям энергии и нагреву. Для уменьшения пульса­ций тока в цепь якоря обычно включается сглаживающий реактор, индуктивность L которого выбирается в зависимости от допустимого уровня пульсаций тока.

Уравнения электромеханической и механической характеристик двигателя, питаемого от тиристорного преобразователя:

 = ,

 = ,

где Е_сро - ЭДС преобразователя при  = 0, В; k – конструктивный коэффициент машины; Ф - магнитный поток, Вб; I - сила тока в цепи якоря, А; R_я – сопротивление обмотки якоря, Ом; М – момент на валу двигателя, Н^.м; Rп = + R_T + R_L—эквивалентное сопроти­вление преобразователя, Ом; X_Т, R_Т - соответственно при­веденные ко вторичной обмотке индуктивное сопротивление рассеяния и активное сопротивление обмоток трансформатора, Ом; R_L— активное сопротивле­ние сглаживающего реактора, Ом .

Особенностью характеристик двигателя при его питании от управляемого двигателя (УВ) является наличие области, выделенной на рис. 1, б пунктирной линией и заштрихован­ной, где характеристики нелинейны. В этой области имеет место режим прерывистого тока и вызванное этим заметное изменение (уменьшение) жесткости характеристик. Вследствие односторонней проводи­мости преобразователя характеристики располагают­ся только в I (характеристики 13 при  = 0; 30 и 60°) и IV (характеристики 47 при  = 90; 120; 150 и 180°) квадрантах. Меньшим углам управления,  соответствует большая Е_п и более высокая ско­рость двигателя ω; при  = /2 Е_п = 0 и двигатель работает в режиме динамического торможения.

Для получения характеристик двигателя во всех четырех квадрантах используются реверсивные упра­вляемые выпрямители, которые состоят из двух нереверсивных выпрямителей. На рис. 2 показаны две схемы с реверсивными выпрямителями: схема с нулевым выводом (рис. 2, а) и мостовая схема выпрямления (рис. 2, в).

+ LM -

Рис. 2. Схема ЭП с реверсивным ТП с нулевым выводом (а), характеристики двигателя ДПТ НВ при совместном методе управления тиристорами (б), реверсивная мостовая схема ТП (в).

В реверсивных УВ используются два основных управления комплектами вентилей: совместное управление и раздельное управление.

Совместное управление (см. рис. 2, а) предусматривает подачу от СИФУ импульсов управления U_a одновременно на вентили катодной группа и анодной групп. При этом один из комплектов работает в выпрямительном режиме и проводит ток, а другой - в инверторном режиме и не проводит ток.

Вид характеристик двигателя зависит от способа согласования углов управления двумя комплектами вентилей. При линейном согласовании сумма углов выпрямителя ₁ и инвертора ₂ поддерживается равной , характеристики линейны (рис. 2, б).

Раздельное управление используется для полного исключения уравнительных токов между комплектами реверсивного УВ. Сущность его состоит в том, что импульсы управления подаются только на один из комплектов, который должен в данный момент проводить ток. На второй комплект импульсы не подаются и, он не работает, «закрыт».

Управление преобразователем осуществляется при этом принципе с помощью специального логического переключающего устройства (ЛПУ).

В заключение остановимся на основных свойствах системы ТП-Д. К достоинствам рассматриваемой системы относятся: плавность и значительный диа­пазон регулирования скорости (до 100 и более в замкнутых ЭП); большая жесткость получаемых искусственных характеристик; высокий КПД электропривода, определяемый высокими КПД трансформаторов (0,93-0,98) и ТП (0,9-0,92); бесшумность в работе, простота в обслуживании и эксплуатации.

Наряду со значительными достоинствами системе ТП-Д присущи следующие недостатки: для получения характеристик во всех четырех квадрантах требуется использовать реверсивный двухкомплектный преобразователь; напряжение на якоре и ток имеют пульсирующий характер, что ухудшает условия работы двигателя. Для сглаживания пульсаций тока в большинстве случаев применяют сглаживающий реактор или более сложные многофазные схемы выпрямления. Работа ТП характеризуется режимом прерывистого тока, при котором резко падает жесткость характеристик и они становятся нелинейны. С ростом диапазона регулирования скорости снижается коэффициент мощности cos ЭП. Вентильный элект­ропривод вносит искажения в форму тока и напряже­ния источника питания, что отрицательно сказыва­ется на работе других приемников электроэнергии, тиристорные преобразователи обладают невысокой помехозащищенностью и малой перегрузочной спо­собностью по току и напряжению.

Несмотря на отмеченные недостатки, система ТП-Д является в настоящее время основным видом высокоэффективного регулируемого ЭП постоянного тока и широко применяется для привода таких ответственных рабочих машин, как прокатные станы, металлорежущие станки, экскаваторы и т. д.