2.2. Реакторы для вентильного электропривода

В вентильном электроприводе реакторы выполняют следующие функции:

ограничивают скорость нарастания и величину аварийного тока через тиристор;

уменьшают зону прерывистых токов;

сглаживают пульсации выпрямленного тока.

В реверсивном вентильном электроприводе на реакторы может возлагаться функция ограничения уравнительных токов при совместном управлении вентильными группами.

Кроме того, в вентильном электроприводе реакторы могут выполнять дополнительные функции:

ограничение скорости нарастания аварийного тока при открывании инвертора;

ограничение тока через вентили в первый полупериод питающего напряжения при коротком замыкании на стороне выпрямленного тока.

Индуктивность реактора зависит от его назначения, силовой схемы преобразователя и расположения реакторов в схеме.

Выбор анодных реакторов. При бестрансформаторном исполнении преобразователя на стороне переменного тока включают реакторы, предназначенные для ограничения скорости нарастания и величины аварийного тока через тиристоры. Реакторы не должны уменьшать свою индуктивность при токах короткого замыкания [6], поэтому они выполняются воздушными без железного сердечника.

Величину индуктивности токоограничивающего реактора можно приближенно определить из выражения

, (2.23)

где – коэффициент запаса превышения допустимого ударного тока; – допустимый ударный ток тиристора согласно справочных данных, А.

Реактор выбирают на напряжение питающей сети и рассчитанный ток вторичной цепи по формуле (2.12):

. (2.24)

Расчет и выбор уравнительных реакторов. Уравнительные реакторы применяются только для реверсивных схем тиристорных преобразователей при совместном способе управления выпрямительной и инверторной группами вентилей для ограничения значения уравнительного тока. Подробное описание схем, режимов работы реверсивных тиристорных преобразователей и способов управления изложено в [1, 2, 4-6].

При совместном согласованном управлении вентильными комплектами требуемую индуктивность уравнительного контура определяют исходя из ограничения действующего значения уравнительного тока I_ур до 5–10 % от I_дв.ном, т. е.

, (2.25)

где – амплитудное значение фазного напряжения вторичной обмотки силового трансформатора для нулевых схем выпрямления; – амплитудное значение линейного напряжения вторичных обмоток силового трансформатора для мостовых схем; – угловая частота питающей сети; – принятое минимальное значение уравнительного тока; – коэффициент, характеризующий действующее значение уравнительного тока (определяется в зависимости от угла управления и схемы реверсивного выпрямителя, при согласованном управлении наибольшего значения достигает при и составляет для трехфазной нулевой и трехфазной мостовой встречно-параллельной схемы ; для трехфазной мостовой перекрестной и шестифазной нулевой ) [5].

Индуктивность уравнительных реакторов, необходимая для ограничения уравнительного тока на заданном уровне:

. (2.26)

Токоограничивающие реакторы включают в контр уравнительного тока по одному или по два на группу (рис. 2.2). Уравнительные реакторы могут выполняться ненасыщающимися (с воздушным зазором) насыщающимися и частично насыщающимися.

При использовании ненасыщающихся уравнительных реакторов в схемах выпрямителей (рис. 2.2, а, б) устанавливают два одинаковых уравнительных реактора (по одному на каждое направление тока двигателя), индуктивность каждого из которых выбирают равной

. (2.27)

С целью уменьшения габаритов уравнительных реакторов их выполняют частично либо полностью насыщающимися. Индуктивность каждого полностью насыщающегося уравнительного реактора, по которому течет рабочий ток реактора, равна практически нулю (уравнительный реактор в режиме насыщения), а все напряжение прикладывается ко второму уравнительному реактору (рис. 2.2, в), следовательно, ограничение будет осуществляться вторым уравнительным реактором:

. (2.28)

Для частично насыщающихся уравнительных реакторов индуктивность каждого выбирают равной

. (2.29)

Для снижения габаритов уравнительных реакторов можно использовать два способа:

применять несогласованное управление группами вентилей преобразователя;

увеличивать принимаемое значение уравнительного тока до 0,2I_d в случае достаточного запаса по току тиристоров.

При раздельном управлении комплектами вентилей преобразователя уравнительный реактор не используется.

Ток, протекающий через уравнительный реактор, равен сумме токов нагрузки и уравнительного тока

. (2.30)

Уравнительные реакторы выбирают по требуемым значениям индуктивности и тока:

, (2.31)

где и – номинальные индуктивность и ток реактора.

Реактор для ограничения зоны прерывистых токов. Для получения гранично-непрерывного режима при заданном максимальном значении угла регулирования в цепь выпрямленного тока необходимо включить индуктивность , значение которой можно определить исходя из требуемой индуктивности

, (2.32)

где – требуемый непрерывный минимальный ток двигателя, обычно I_d гр=0,1I_d ном.; – число пульсаций выпрямленного напряжения за период напряжения питающей сети.

Максимальное значение угла управления исходя из требований обеспечения минимальной угловой скорости:

. (2.33)

Минимальное значение ЭДС преобразователя, соответствующее значению при :

, (2.34)

где – минимальная угловая скорость двигателя, с^–1; Д – диапазон регулирования угловой скорости двигателя; _. – активное сопротивление шунта и его коэффициент передачи ( ), Ом; – падение напряжения на шунте при токе _., обычно ; I_ш.ном – номинальный ток шунта, А; – активное сопротивление реакторов в якорной цепи, Ом. Если реактор еще не выбран, то его активное сопротивление можно определить приближенно по формуле

. (2.35)

После выбора реактора из ряда стандартных следует уточнить его активное сопротивление и пересчитать угол управления .

Необходимая индуктивность ограничивающего реактора, Гн:

. (2.36)

При бестрансформаторном преобразователе вместо индуктивности силового трансформатора , приведенной к цепи выпрямленного тока, используется индуктивность анодного реактора _. Индуктивность уравнительного реактора – учитывается только в реверсивных схемах с совместным управлением группами тиристоров. Если , то реактор в системе электропривода не нужен.

Реактор, ограничивающий зону прерывистых токов, выбирают по требуемым значениям:

. (2.37)

Расчет индуктивности и выбор сглаживающего реактора. Пульсации выпрямленного напряжения приводят к пульсациям выпрямленного тока, которые ухудшают коммутацию двигателя и увеличивают его нагрев. Величина пульсации тока зависит от схемы выпрямления, угла управления и индуктивности контура нагрузки. Амплитудные значения гармонических составляющих выпрямленной ЭДС связаны с его средним значением и углом регулирования преобразователя следующим выражением:

, (2.38)

где – число пульсаций выпрямленной ЭДС для первой гармоники за период напряжения питающей сети (для трехфазной нулевой схемы , для трехфазной мостовой схемы ); – кратность гармоники.

Амплитуды гармоник более высокой кратности значительно меньше, а действие реактора на них эффективнее, поэтому расчет индуктивности дросселя ведется только по основной гармонике. Относительная величина действующего значения первой гармоники согласно формуле (2.38):

, (2.39)

где – максимальный угол управления преобразователя, рассчитанный для минимальной угловой частоты вращения двигателя.

Действующее значение основной гармоники должно быть [6] в пределах 2–15 % номинального тока в зависимости от мощности, диапазона регулирования угловой частоты вращения двигателя и допустимого снижения зоны темной коммутации. Обычно для компенсированных электродвигателей допустимый уровень пульсации тока якоря i_п составляет 2 % от номинального, для некомпенсированных – 5–7 %, для машин малой мощности – до 15 %.

При известном амплитудном значении основной гармоники и допустимому действующему значению основной гармоники тока необходимая индуктивность цепи выпрямленного тока может быть определена по формуле, Гн:

. (2.40)

Требуемая индуктивность сглаживающего реактора, Гн:

, (2.41)

где – индуктивность уравнительного реактора, учитывается только для реверсивных схем преобразователя с совместным управлением группами тиристоров.

Если , то сглаживающий реактор не нужен.

Сглаживающий реактор выбирают по требуемым значениям индуктивности и тока:

. (2.42)

Окончательный выбор реакторов на стороне выпрямленного тока производят по максимальной величине или .