ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Тверской государственный технический университет

Кафедра электроснабжения и электротехники

ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ СО СТАТИЧЕСКИМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

Конспект лекций по курсу «Электропривод» для студентов

специальности 140210 «электроснабжение»

Тверь 2010

УДК 621 313.33

ББК 31. 261.63

ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ СО СТАТИЧЕСКИМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

Конспект лекций по курсу «Электропривод» для студентов специальности 140210 «электроснабжение»

В пособии рассмотрены следующие системы: тиристорный привод постоянного тока, привод постоянного тока с импульсными преобразователями, асинхронный частотно-регулируемый привод.

Рассмотрены электромагнитные процессы в преобразователях и электромеханические характеристики двигателей при питании от этих преобразователей.

Конспект рассмотрен и обсуждён на заседании кафедры электроснабжения и рекомендован к печати (протокол №3 от 30октября 2009 г. )

ВВЕДЕНИЕ

Интенсификация технологических процессов современного про­изводства и необходимость их автоматизaции обуславливают вcё более широкое использование регулируемого электропривода машин и механизмов. Существует значительное число систем регулируемого электропривода, но сегодня наиболее широко используется регулируемый электропривод на основе двигателей постоянного или переменного тока, получающих питание от статических преобразователей. Ниже рассматриваются наиболее часто применяемые системы.

1 ТИРИСТОРНЫЙ ПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА

1.1 Структура тиристорного привода

Регулирование скорости вращения двигателя в этой системе осуществляется путём изменения напряжения, подводимого к якорю двигателя, с помощью тиристорного преобразователя, преобразующего переменное напряжение сети в регулируемое по величине напряжение постоянного тока. Тиристорный преобразователь содержит силовой трансформатор, вентильный блок и систему управления вентилями.

Трансформатор преобразователя выполняет несколько функций:

а) согласует величину напряжения питающей сети с величиной напряжения якорной цепи двигателя; б) в некоторых случаях выполняет функцию преобразователя числа фаз; в) в однополупериодных схемах выпрямления вторичные обмотки трансформатора непосредственно входят в схему преобразования, а нулевая или средняя точка этих обмоток является одним из полюсов постоянного тока; г) выполняет функцию токоограничения при коротких замыканиях.

Вентильный блок осуществляет непосредственно прео6разование переменного напряже­ния в постоянное и осуществляет регулирование постоянного напря­жения. С помощью системы управления осуществляется переключение вентилей в необходимом порядке и регулирование выходного напряжения

Существует большое число схем преобразования переменного тока в постоянный. Некоторые из них, наиболее часто применяемые в электроприводе, приведены на рис.1.1

Р ис.1.1 Основные схемы преобразователей, применяемые в электроприводе: а) однофазная мостовая б) трехфазная мос- товая; в)трехфазная нулевая.

Однофазная (1.1 а ) и трёхфазная ((1.1 б) мостовые схемы относятся к двухтактным cxeмaм, в которых ток в каждой фазе переменного напряжения протекает в оба полупериода. Мостовые схемы могут быть подключены к сети переменного тока без трансформатора. Представленные на рис. 1.1 а и 1.1 б схемы относятся к числу симметричных. В несимметричных мостовых схемах поло­вина вентилей может быть заменена на неynравляемые диоды.

Трехфазная нулевая схема (1.1 в) относится к числу однотактных, поскольку по вторичным обмоткам трансформатора ток протекает только в течение одного полупериода. Представленные на рис 1.1 схемы относятся к числу простых .

Существуют схемы составных преобразователей, состоящих из нескольких простых, соединённых последовательно или параллельно.

2. Принцип работы и внешняя характеристика неуправляемого

выпрямителя

Принцип работы неуправляемого выпрямителя рассмотрим на примере трехфазной нулевой схемы выпрямления (рис.1. 2), предполагая, что вместо тиристоров использованы неуправляемые диоды. Вначале рассмотрим идеальный npеобразователь, в котоpoм обмотки транс­форматора и вентили не обладают сопротивлениями

Предполагается, что первичная обмотка трансформатора подключена к сети с трехфазной симметричной системой напряжений, в результате чего во вторичных обмотках также будет наводиться трехфазное напряжение, диаграмма которого приведена на рис.1.26. На диаграммах за положительное направление для напряжений и то­ков принято направление проводимости тока через вентиль. Вентили открываются тогда, когда напряжение в соответствую­щей обмотке трансформатора имеет положительное направление. На интервалах, где напряжения двух фаз положительны, например на интервале а-b (рис.12.б), проводит ток тот вентиль, в цепи которого большее напряжение .В момент равенства фазных напряжений ( точки К на рис.1.2.б) происходит переключение вентилей. Эти точки называются точками естественной коммутации вентилей

Когда какой –либо вентиль открыт, к нагрузке приложено напряжение соответствующей обмотки трансформатора, изменяющееся по синусоидальному закону. При переключении вентилей к нагрузке будет приложено напря­жение другой фазы, но с прежней полярностью. Таким образом, вып­рямленное напряжение представляет собой однополярное периодичес­ки повторяющееся напряжение, образуемое кусочками синусоид про­должительностью λ градусов, При переключении вентилей к нагрузке будет приложено напря­жение другой фазы, но с прежней полярностью. Таким образом, вып­рямленное напряжение представляет собой однополярное периодичес­ки повторяющееся напряжение, образуемое кусочками синусоид про­должительностью λ градусов, λ=2π/m – эта величина называется углом пульсаций. m –число пульсаций выпрямленного напряжения за период частоты сети.

Рис.1.2 Принципиальная схема(а) и диаграммы напряжения

и тока трехфазного нулевого преобразователя:

б) и в)– при мгновенной коммутации;

г) и д) – при учёте индуктивности обмоток

и перекрытия вентилей.

Вели­чина выпрямленного напряжения определяется постоянной его сос­тавляющей, численно равной среднему значению. Перенеся на рис.1.2.б начало отсчета в т.О, получим:

( 1.1 )

где: U_2m–амплитудное значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора; U_2ф –действующее значение фазного напряжения этой

обмотки.

Определим величину выпрямленного напряжения для некоторых частных

случаев:

а) однофазная мостовая схема m=2 U_d0 = 0,9U ;

б) трехфазная нулевая схема m=3 U_d0 =1,17U_2ф ;

в) трехфазная мостовая схема m=6 U_d0 =2,34U_2ф =1,35U_2л

Рассмотрим изменение тока в обмотках трансформатора. Пос­кольку якорная цепь двигателя представляет для выпрямителя ак­тивно-индуктивную нагрузку, будем для простоты полагать, что Lя = ∞, то есть ток нагрузки идеально сглажен. При таком допущении токи в обмотках идеального трансформатора будут иметь форму прямоугольных импульсов, длительностью λ=2π/m (рис.1.2.в). В реальном трансформаторе обмотки обладают индуктивностью, и по законам коммутации токи в них мгновенно изменяться не могут. Поэ­тому переключение вентилей происходит не мгновенно, а в течение некоторого интервала, называемого углом перекрытия γ (рис.1.2.г).

В этом интервале в выключаемом вентиле ток будет уменьшаться от значения I_Н до 0, а в вентиле, вступающем в работу, он будет увеличиваться от 0 до I_Н В течение интервала перекрытия будут одновременно открыты два вентиля, в результате чего к нагрузке будут подключены параллельно две фазы трансформатора с разными напряжениями, вследствие чего напряжение на нагрузке в интервале перекрытия будет равно полусумме напряжений этих фаз (рис.1.2.д). Сравнение диаграмм рис.1.2б и 1.2д показывает, что вследствие перекрытия венти­лей напряжение на нагрузке уменьшается. Величина этого уменьшения равна ∆U_Я =(m/2π)∙* I_Н * X_ТР , где X_ТР– ин­дуктивное сопротивление рассеяния трансформатора.

Активное сопротивление обмоток трансформатора также будет вызы­вать падение напряжения, В результате напря­жение на нагрузке будет равно:

U_d =U_d0 - I_Н X_ТР m/2π - I_Н R_ТР = U_d0 – I_Н (X_ТР m/2π +R_ТР) , (1.2 )

где: X_ТР , R_ТР - индуктивное и активное сопротивления

трансформатора, приведённые к вторичной обмотке.

Это уравнение определяет внешнюю характеристику выпрямителя при условии, что γ < 2π/m.