16. Тиристорные электроприводы постоянного тока

Тиристорный преобразователь в ЭП постоянного тока вы­полняет те же функции, что и электромашинный в системе Г-Д, т_.е. осуществляет преобразование переменного тока в постоянный и управление ЭД (пуск, торможение, реверсирование, регулирование угловой скорости, получение специальных механических характе­ристик).

В большинстве преобразователей, применяемых для ЭП, в качестве силовых вентилей используются тиристоры, выполняющие функции выпрямительных устройств.

Выпрямление напряжения происходит при открытии соответст­вующего тиристора, для чего на его управляющий электрод подает­ся соответствующий импульс.

Таким образом, время подачи им­пульса на управляющий электрод определяет значение выпрямлен­ного напряжения. Это время, принимаемое по отношению к началу естественной коммутации тиристоров и выражаемое в электри­ческих градусах, обозначается углом α. Нетрудно заметить, что с изменением угла α (угла запаздывания или угла управления) значе­ние выпрямленного напряжения изменяется и будет тем меньше, чем больше угол α.

Таким образом, сущность управления тиристо­рами заключается в том, чтобы в какой-то момент времени вы­работать сигнал и подать его на управляющий электрод. Сигнал в схеме управления вырабатывает система импульсно-фазового управления.

Тиристорные преобразователи выполняются как с 1-фазными, так и с многофазными схемами выпрямления.

Преобразователи с однофазными схемами выпрямления применяются в установках малой мощности (до 10-15 кВт).

Преобразователи с многофазными схема­ми выпрямления предназначаются, как правило, для питания якор­ных цепей ЭД мощностью более 15 кВт.

В судовых ЭП применяются в основном 3-фазные схемы вы­прямления, которые по сравнению с 1-фазными позволяют достичь лучшего использования трансформаторов и вентилей.

Для ограни­чения пульсаций тока до допустимого уровня последовательно с якорем ЭД включается сглаживающий дроссель, поглощающий энергию цепи в момент ее максимального значения и отдающий энергию в цепь в период ее наименьшего значения (тем самым ограничивается зона прерывистых токов).

Трехфазные тиристорные преобразователи применяются для реверсивных и нереверсивных ЭП в том случае, когда требуется получить большой диапазон регулирования скорости и обеспечить высокое качество протекания динамических режимов ЭП.

10.3 Принципы построения схем преобразователей для управления приводом переменного тока

Использование асинхронных двигателей в регулируемых электроприводах считается приоритетным направлением этой области электроэнергетики.

На судах применяются следующие способы управления асинхронным элек­троприводом:

1. параметрическое регулирование в цепи статора;

2. широтно-импульсное регулирование в цепи ротора;

3. регулирование путем введения в цепь ротора двигателя добавочной ЭДС;

4. частотное управление.

На рис. 10.2 показана схема, с помощью которой можно реализовать первые два способа управления. Параметрическое регулирование частоты вращения двига­теля осуществляется с помощью тиристорных коммутаторов VS1-VS10 путем изменения подводимого к статору напряжения. Схема позволяет производить пуск, торможение и реверс двигателя. Выбор вентилей при длительном режиме работы производится по номинальному току двигателя и проверяется по его пусковому току. В приведенной на рис. 10.2 схеме линейное напряжение прикладывается к двум последовательно включенным тиристорам и делится пропорционально их обратным сопротивлениям. При учете 50% разброса обратного тока тиристоров следует выбирать вентили не ниже 4-го класса. Данный способ необеспечивает регулирование частоты вращения в широких пределах, что снижает его эффективность.

Широтно-импульсное регулирование осуществляется с помощью устройства, включающего диоды VD1-VD6, тиристор VS11, сопротивление R и индуктивность L_d. Путем периодического включения тиристора VS11 формируются импульсы выпрямленного тока моста на диодах VD1-VD6. Изменение среднего тока в цепи ро­тора эквивалентно изменению сопротивления цепи ротора и приводит к изменению скольжения и частоты вращения двигателя. Выбор вентилей производится исходя из максимальной величины ЭДС фазы ротора Е₂ (в каталогах для двигателей с фазным ротором приводится значение напряжения U₂ при заторможенном роторе машины) и величины сопротивления R.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя, работающего в каскадной схеме, основано на введении в цепь ротора двигателя добавочной ЭДС. Схема асинхронно-вентильного каскада приведена на рис. 10.3. Выпрямитель, со­бранный на вентилях VS1-VS6, и инвертор на тиристорах VS7-VS12 образуют преоб­разователь частоты ведомый сетью, через который обмотка ротора двигателя связа­на с источником питания. В цепи выпрямленного тока действуют два напряжения: выпрямленное напряжение ротора и противоположное ему по знаку выпрямленное напряжение сети.

Регулирование частоты вращения двигателя можно осуществлять путем изменения угла управления одного из преобразователей. Целесообразно регулировать частоту вра­щения двигателя путем воздействия на ин-верторную группу. Приведенная схема поз­воляет осуществлять как понижение часто­ты, так и ее повышение выше синхронной, при этом инверторная группа переходит в выпрямительный режим, а выпрямительная в инверторный.

Вентили роторной и инверторной групп выбираются по среднему току через вентиль и максимальному обратному напряжению:

Трансформатор инвертора выбирается по току и напряжению вторичных об­моток. Напряжение вторичной обмотки трансформатора зависит от глубины регули­рования скорости вращения двигателя, т.е. от S_max.

Ток вторичной обмотки трансформатора I_2m выбирается по величине вы­прямленного тока ротора I_d, соответствующего длительной и среднеквадратичной нагрузке двигателя:

Недостатком схемы считается низкое значение коэффициента мощности и КПД, а также очевидная громоздкость оборудования.

Рассмотренные способы регулирования асинхронного электропривода имеют ряд недостатков, которые практически отсутствуют при частотном регулировании. Указанный способ управления в настоящее время является приоритетным и един­ственно верным решением при разработке систем автоматизированного электропри­вода.

При частотном управлении асинхронным двигателем для обеспечения его нормальной работы с изменением частоты необходимо регулировать напряжение, подводимое к статору. Применение такого способа управления позволяет повысить КПД и коэффициент мощности двигателя. Развитие теории векторного управления двигателем и применение ее на практике позволяет полностью подчинить привод поставленной задаче и усложнить алгоритмы работы. Реализация векторного управ­ления возможна только с применением современных преобразователей частоты.

Для построения систем частотного управления используются непосредствен­ные преобразователи частоты или преобразователи частоты со звеном постоянного тока.32эм,22.10.14г.