3577

Рис. 5.1. Эквивалентная электрическая схема системы УВ–Д

Падение напряжения U в определяется падением напряжения на вентилях и напряжением щеточного контакта между коллектором и щетками.

Edмакс – максимальное значение выпрямленного напряжения. Коммутационное падение напряжения U X

Таким образом, для среднего выпрямленного напряжения Ud, используя выражение (5.2) –(5.4) и эквивалентную схему, получаем

В соответствии с эквивалентной схемой на рис. 3.7 и уравнениями (5.1)-(5.5) можно записать для установившегося режима работы системы следующее уравнение напряжений в ее силовой цепи

Отсюда получим уравнение элекромеханической характеристики, принимая Id = IЯ

где R Rэкв RP RЯ - суммарное активное сопротивление в якорной

цепи системы привода; величины RЭ и сти m и тактности q выпрямителя.

Уравнение механической характеристики

Из (5.8) следует, что в режиме непрерывного тока характеристики систем УВ-Д представляют собой прямые линии, жесткость этих характеристик несколько ниже жесткости механической характеристики двигателя независимого возбуждения. Регулирование скорости системы УВ-Д достигается изменением угла управления

Полученные механические характеристики представляют собой семейство параллельных прямых проходящих через точки идеального холостого хода 0 (рис.5.2) и определяемых соотношением

В действительности из-за наличия области прерывистых токов при малых нагрузках вид реальных характеристик будет другим и изменяется реальное значение скорости холостого хода .

Переход от режима непрерывных токов характеризуется граничным режимом начально-непрерывных токов.

Значение среднего выпрямленного тока в этом режиме можно найти по соотношению

где c – частота переменного тока сети;

LН = LР + LЯ – индуктивность цепи нагрузки.

Idгр в процентном отношении к номинальной нагрузке для преобразователей средней и большой мощности, поэтому можно принять, что в граничном режиме

Граница зоны прерывистых токов

’

’03

Рис. 5.2. Механические характеристики двигательного режима в системе УВ-Д

Таким образом, в соответствии с выражениями (5.9), (5.11) граничные значения токов Idгр лежат на дуге эллипса, смещенного по оси ординат

на величину КФU в (рис.5.1). Формальное значение мин, при котором

мгновенное значение фазного напряжения на вентиле, вступающего в работу, равно ЭДС двигателя Е. Механические характеристики в режиме прерывистых токов не могут быть выражены аналитически, поскольку их координаты зависят от угла проводимости тока При граничнонепрерывном токе эти характеристики имеют изломы вследствие различия сопротивления в якорной цепи двигателя, работающего при непрерывном и прерывистом токах.

Зона прерывистых токов может быть уменьшена по (5.10) за счет увеличения Ld, в результате чего общая индуктивность Lн в цепи якоря возрастает

Во избежание режима прерывистых токов необходимо, чтобы новое значение Idгр с увеличением Lр было бы меньше минимального значения тока нагрузки двигателя Iямин

Iямин > Idгр.

5.2. Инверторный режим работы управляемого выпрямителя в системе УВ-Д

В электроприводе постоянного тока управляемый выпрямитель может работать в выпрямительном и инверторном режимах. Режим работы определяет направление потока энергии. В выпрямительном режиме электрическая энергия, потребляемая из сети переменного тока, передается нагрузке в виде энергии постоянного тока. Например, при работе выпрямителя на якорь электродвигателя выпрямительный режим имеет место, если электродвигатель работает в двигательном режиме или режиме

противовключения. В первом случае электрическая энергия потребляется из сети и преобразуется в двигателе в механическую энергию, часть энергии теряется в виде потерь в электродвигателе и на активных сопротивлениях силовой цепи. Во втором случае электрическая энергия потребляется как от электрической сети, так и от электрической машины, работающей генератором, и вся эта энергия выделяется в виде потерь в электродвигателе и на активных сопротивлениях.

Выпрямительный режим работы управляемого выпрямителя рассмотрен в главе 2. Здесь тиристоры открываются при углах управления

0 2 , при этом большую часть времени они проводят ток в положи-

тельную часть периода ЭДС питающей сети. Ток в вентильных обмотках большую часть времени работы тиристоров совпадает по направлении с их ЭДС. В электрической машине ток течет встречно к ее ЭДС (двигательный режим). Ток в цепи выпрямителя возникает под действием разницы ЭДС фаз вторичной обмотки трансформатора и ЭДС электрической машины (Едв).

льных обмоток трансформатора (Етр). Ток id в цепи инвертора возникает под дейс- р. В электрической машине направление тока совпадает с направлением ЭДС Едв, а в трансформатора большую часть времени протекает навстречу Етр.

В инверторном режиме работы выпрямителя угол управления дол-

ном работающем тиристоре не спадет до нуля и тиристор не будет надежно закрыт, то в последующий момент времени при е > 0 (для фазы а при t > 2 ) напряжение на этом тиристоре будет определяться арифметической суммой ЭДС электрической машины Едв и ЭДС соответствующей фазы источника переменного тока. При этом происходит так называемое "опрокидывание" (прорыв) инвертора, когда значение токов в цепях тиристоров в несколько раз превышает значения токов в рабочем режиме. Большие броски токов могут привести к выходу из строя тиристорного преобразователя и в первую очередь самих тиристоров, поэтому

"опрокидывание" инвертора является аварийным режимом.

С целью исключения возможности возникновения такого режима необходимо прежде всего ограничить угол управления . Для того чтобы

Рис. 5.3. Временные диаграммы управляемого выпрямителя

в инверторном режиме

Но условие (5.13) является недостаточным для обеспечения надежного инвертирования, так как после прекращения тока в тиристоре необходимо время для восстановления его запирающих свойств, для чего максимальный угол max нужно уменьшить на угол запаса 30 . В течение интервала после перехода тока тиристора через нулевое значение между анодом и катодом сохраняется отрицательное напряжение и восстанавливаются запирающие свойства тиристора. Поэтому

При настройке системы импульсно-фазового управления выпрямителем необходимо рассчитать угол коммутации для предельно допус-

Вэтом соотношении угол коммутации определяется при Udmax

иIdmax, а время представляемое для восстановления управляющих свойств тиристора, должно определяться моментом, когда выводимый из работы вентиль будет находиться под отрицательным потенциалом, а вступающий в работу вентиль будет иметь положительный потенциал (см. рис.3.4 или 3.6 глава 3). При нарушении соотношения (5.14), когда

мин произойдет ―опрокидывание инвертора‖ и режим будет аварийным. Это приводит к ограничению максимального значения угла

гателя, работающего в генераторном тормозном режиме, и его угловой скорости в режиме холостого хода.

Следовательно, наибольшее значение скорости привода, соответствующее надежному протеканию процесса инвертирования преобразователя, будет определяться уравнением

Выражение (5.17) позволяет найти граничную прямую

нмакс = f(IЯ).

В инверторном режиме энергия из цепи постоянного тока через выпрямитель передается в сеть переменного тока. Этот режим используется для электрического торможения электродвигателей постоянного тока с отдачей энергии в сеть переменного тока при питании якорной цепи от выпрямителя. При управлении электродвигателем по цепи возбуждения

выпрямитель переводят в инверторный режим для быстрого разряда электромагнитной энергии обмотки возбуждения.

5.3. Реверсивный управляемый выпрямитель в системе УВ-Д

5.3.1. Силовые схемы реверсивных управляемых выпрямителей

В электроприводах, требующих изменения направления выпрямленного тока при реверсе, применяют реверсивные тиристорные выпрямители. Так как тиристор имеет униполярную проводимость, то реверсирование тока может быть получено за счет установки двух противоположно включениях комплектов тиристоров, каждый из которых проводит ток в одном из направлений, благодаря чему сохраняется эффект двухсторонней проводимости всего выпрямителя в целом.

Двухкомплектные реверсивные выпрямители выполняются по перекрестной (рис. 5.4) встречно-параллельной (рис. 5.5, 5.6) схемам и Н-схеме (рис. 5.7).В перекрестной схеме каждый комплект тиристоров питается от отдельной группы вторичных обмоток трансформатора. На рис. 5.4,а комплекты тиристоров В и Н включены по нулевой схеме, а на рис. 5.4,б - по мостовой.

Рис. 5.4. Перекрестные схемы реверсивного выпрямителя

Рис. 5.5. Встречно-параллельные схемы реверсивного

выпрямителя с нулевыми комплектами В реверсивных тиристорных электроприводах наибольшее расп-

ространение получила встречно-параллельная схема соединения вентильных комплектов, так как она имеет ряд преимуществ, а именно:

а) содержит простой двухобмоточный трансформатор, который может быть применен как в реверсивном, так и в нереверсивном электроприводе;

тиристоров в комплектах В и Н по мостовой схеме может питаться непосредственно ез анодные токоограничивающие реакторы (рис. 5.6, 5.7);

в) позволяет унифицировать конструкции реверсивного и нереверсивного электроприводов;

г) упрощает ошиновку.

Перекрестная схема уступает встречно-параллельной по массе, так как она имеет трехобмоточный трансформатор, сложный по конструкции и имеющий большую типовую мощность, чем во встречно-параллельной схеме (1,262 мощности на стороне выпрямленного тока по сравнению с

1,05 у встречно-параллельной схемы).

.5.5,а включены по трехфазной нулевой, на рис.5.5,6 - по шестифазной нулевой, а на й мостовой схемам.

Рис. 5.6. Встречно-параллельная схема реверсивного выпрямителя с мостовыми комплектами

В Н-схеме (рис.5.4) трансформатор выполнен трехобмоточным, выпрямленный ток положительного направления проводят нулевые тиристорные группы (полукомплекты) В1 и В2, подключенные к различным группам вторичных обмоток трансформатора, выпрямленный ток отрицательного направления замыкается через полукомплекты Н1 и Н2.

Двухкомплектные реверсивные управляемые выпрямители по способам управления тиристорными комплектами делятся на два класса: реверсивные управляемые выпрямители с совместным и раздельным управлением.

При совместном управления каждый тиристорный комплект снабжается собственной системой импульсно-фазового управления. Импульсы управления подаются постоянно на оба комплекта тиристоров, но с разными углами направления, так что один комплект работает в выпрямительном режиме, а второй - в инверторном и наоборот - в зависимости от полярности управляющего сигнала и выпрямленного направления. При этом в схему силовой части управляемого выпрямителя приходится до-

полнительно включать так называемые уравнительные реакторы (на рис.5.4 – 5.7 L1 - L4), ограничивающие уравнительные токи между комплектами.

В перекрестных схемах (рис. 5.4) реверсивного управляемого выпрямителя содержится один контур, по которому замыкается уравнительный ток: комплект В - уравнительный реактор L1 - комплект Н - уравнительный реактор L2.

Во встречно-параллельных схемах, в которых комплекты В и Н выполнены по нулевой схеме (рис.5.6, а, б), также содержится только один контур для уравнительного тока: комплект В - уравнительные реакторы L1 и L2-комплект Н. Во встречно-параллельной схеме (рис. 5.6) имеются два контура для протекания уравнительных токов:

а) полукомплект В1 - уравнительные реакторы L1 и L2 и полукомплект H1;

б) полукомплект Н2 - уравнительные реакторы L4 и L3 - полукомплект В2.

В перекрестной и встречно-параллельной схемах в каждом контуре уравнительного тока установлены два уравнительных реактора. По одному из реакторов протекает уравнительный ток, а по второму, кроме уравнительного тока, замыкается ток нагрузки.

Рис. 5.7. Реверсивная Н-схема

Уравнительный реактор с целью уменьшения габаритных размеров и массы рассчитывается таким образом, что при протекании по нему суммы уравнительного тока и тока нагрузки он насыщается. Следова-