книги из ГПНТБ / Глазенко Т.А. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока

и параметров системы. Возможен переходный процесс, при котором фазовая траектория располагается целиком в линейной области, ограниченной осью ординат и прямыми х = yMaKC/v = const к у = / с = const (рис. 4-39, б). В этом

л

1 W

Если в процессе движения изображающая точка попадает на ось ординат, например в точку А' (рис. 4-39, б), то цепь якоря оказывается разомкнутой, дальнейшее движение системы происходит согласно уравнению (4-117) и изобра­ жающая точка скачком перемещается в точку В с координатами х = 0, у = /с. Начинается торможение, в процессе которого отклонение скорости от заданной изменяется по закону:

с осью ординат (точка А) вновь произойдет разрыв цепи якоря и изображающая точка скачком переместится в точку В. Далее движение характеризуется замкну­ тым циклом ABDA, т. е. в системе существуют автоколебания.

Таким образом, рассмотрение процессов на фазовой плоскости показывает, что в замкнутой по скорости системе «ШИП—двигатель» с разрывом тока в цепи

возможны автоколебания, увеличивается с ростом момента статического сопро­ тивления Мс (7С ). Для расширения диапазона плавных скоростей в системе и

колебания в системе отсутствуют при любых значениях / с , v и <в3.

Второй тип автоколебаний связан с невозможностью изменения знака тока в цепи якоря без изменения знака А© и с малой жесткостью механических характеристик в зоне прерывистых токов. Автоколеба­ ния могут возникнуть в замкнутой по скорости системе «ШИП—дви­ гатель» при появлении положительных (ускоряющих) моментов на­ грузки Мс на валу машины. Движение тахопривода по-прежнему характеризуется уравнением (4-115) при Аю ф 0 и уравнением (4-117) при А со = 0, однако ток / с в них имеет отрицательный знак.

Изменение знака входного сигнала приводит к включению тиристоров вто­ рой диагонали моста, что вызывает в системе торможение противовключением. Если конечное отклонение скорости Дсйуст = (!ш"з—/с)/(1 + v ) < 0> т о фокус Oj фазовой траектории, характеризующий движение в линейной зоне, рас­ положен в правой фазовой полуплоскости. При этом в системе возможно уста­

могут быть устранены в системе электропривода без изменения структуры вы­ ходного каскада ШИП и способа управления силовыми тиристорами. Умень­ шить амплитуду таких автоколебаний можно, применив метод введения произ­ водной от ошибки или метод вибрационного сглаживания. Таким образом, применение простейшего способа коммутации двух тиристоров в работающей диа­ гонали моста накладывает определенные ограничения на быстродействие и диа­ пазон регулирования скорости вращения в системе электропривода. Можно улучшить динамические качества системы, применив управление тиристорами широкими импульсами и изменив закон переключения тиристоров моста (см. § 4-8).

Рис. 4-40

Автоколебания, связанные со способом управления силовыми ти­ ристорами [86]. В большинстве тиристорных систем электропривода управление силовыми тиристорами преобразователя осуществляется короткими импульсами длительностью 4 (рис. 4-40). При этом воз­ никает опасность запирания тиристора по окончании действия вклю­ чающего импульса в том случае, если за время tB ток в открывшемся тиристоре не успеет нарасти до значения тока удержания / у д . Таким образом, нормальное включение тиристоров преобразователя воз­ можно при выполнении условия (рис. 4-40, а):

•Законы изменения тока в тиристоре различны для режимов преры­ вистого и непрерывного тока в цепи нагрузки.

В режиме прерывистого тока условие включения тиристора находится из соотношений (4-123):

Последнее неравенство показывает, что нормальное включение тиристоров

зон прерывистого и непрерывного тока в якоре. Граница между зонами сог р =

На основании уравнений (4-128), (4-129) можно заключить, что в зоне пре­ рывистых токов критическая скорость вращения сок р . п не зависит от относитель­ ной продолжительности включения, а средний критический ток Гкр. „ убывает

суменьшением у (рис. 4-40, а).

Врежиме непрерывных токов (рис. 4-40, б) условие включений тиристора имеет вид:

Отсюда может быть найдено критическое значение относительной угловой ско­ рости вращения в зоне непрерывных токов, при которой тиристор перестает включаться:

Критическое значение среднего относительного тока якоря в зоне непрерыв­ ных токов

цикл автоколебаний на плоскости механических характеристик изображается

саций скорости вращения при изменении / с остается прежним, сок р , н — сок р . п .

Заметим, что в некоторых случаях автоколебания в системе возникают при положении точки статического-равновесия в зоне непрерывных токов и при

у > у к р (рис. 4-41). Это возможно в электроприводах с малым моментом инерции вращающихся частей, когда Тм < 4ТЯ. При этом переходный процесс становится колебательным и возможно перемещение рабочей точки системы в процессе ко­

вующее точке пересечения механической характеристики в зоне непрерывных

ер — 1

Вэлектроприводах с высокой частотой коммутации условие (4-138) зача­ стую выполнено быть не может. В этом случае следует перейти на управление импульсами, ширина которых равна длительности проводящего состояния ти­ ристора. В электроприводах малой мощности для устранения автоколебаний можно шунтировать якорь машины резистором.

4-11. ШИП с многофазным управлением и последовательной коммутацией

Улучшить качество регулирования в системе «ШИП—двигатель» и повысить ее энергетические показатели можно увеличением частоты переключения силовых тиристоров. Повышение частоты коммутации

позволяет уменьшить вес и габариты входных фильтров преобразовав теля, уменьшить амплитуды пульсаций тока в цепи якоря и скоро­ сти вращения, благодаря чему сокращается зона прерывистых токов. Особенно желательно увеличение частоты коммутации до 4—б кгц в системах с малоинерционными двигателями постоянного тока. Для повышения частоты в тиристорных ШИП рационально использовать многофазный принцип управления. Схемы с многофазным управле­ нием и последовательной коммутацией могут быть созданы на базе параллельного, последовательного и параллельно-последовательного соединения силовых тиристоров. В высоковольтных ШИП многофаз­ ное управление целесообразно сочетать с применением секционирован­ ного многоступенчатого источника питания. Это позволяет уменьшить коммутационные потери мощности, так как каждое гасящее устройство рассчитывается на напряжение одной ступени напряжения. В много­ фазных нереверсивных ШИП, рационально объединяя в группы вспо­ могательные тиристоры, можно построить коммутирующее устрой­ ство, не содержащее зарядных дросселей и позволяющее регулировать относительную продолжительность импульсов напряжения на на­ грузке от 0 до 1.

Многофазный ШИП с параллельным соединением силовых тири­ сторов (рис. 4-43, а). Параллельное соединение т силовых тиристо­ ров, коммутируемых с частотой fx = 1/7\ при сдвиге их управляю­ щих импульсов относительно друг друга на временной интервал Т =

от 0 до величины ту1 м а к с і7 = U, а период коммутации выходного на­ пряжения Т = Txlm (рис. 4-43, б).

Для рационального построения коммутирующего устройства си­ ловые тиристоры объединяются в несколько (п2 ) групп." Каждая группа содержит 2пх = mln2 силовых тиристора, запираемых одним комму­ тирующим устройством (рис. 4-43, а). Последнее может быть выпол­ нено симметричным, с питанием от двух вспомогательных источников

ловые тиристоры соответствует их нумерации, то в одну группу объе­ диняются тиристоры с порядковыми номерами k, k + п2, k + Зя2 , . . . , где k — 1, 2, 3, . . . , пг. Каждая подгруппа, имеющая общий комму­

72,72 ' JJmZ S r

Наиболее неблагоприятными условия коммутации могут оказаться иа первом периоде после ступенчатого изменения величины уг от

Для обеспечения устойчивой коммутации в ШИП при ступенча­ том изменении входного сигнала число групп л2 необходимо выбирать

для сохранения устойчивой коммутации в ШИП (при возможности

Таким образом, для расширения диапазона регулирования и по­ вышения коммутациойной устойчивости многоступенчатого ШИП целесообразно выбирать число тиристорных групп л2 ^ 2.

Многофазный многоступенчатый ШИП с последовательным сое­ динением тиристоров (рис. 4-44, а). Для построения высоковольтных ШИП часто используется секционированный источник питания с m

последовательно друг с другом (на интервале включенного состояния) и с нагрузкой. Применение многофазного принципа управления в мно­ гоступенчатых ШИП не вызывает никаких усложнений в схеме его силовой части и коммутирующего устройства.

Управляющие импульсы на силовых тиристорах m ступеней пре­ образователя, коммутируемых с частотой /х = 1/Т1( сдвинуты во вре­ мени относительно друг друга на интервал Т = TJm. Относительная продолжительность включения тиристора каждой, ступени может из­

пенчатых ШИП должны быть рассчитаны на напряжения одной сту­

пираются тиристоры двух ступеней преобразователя (/гх = 2), кото­ рые включаются через один или несколько периодов Т = TJm, на­ пример тиристоры 77, ТЗ или Т2, Г4 (рис. 4-44, а). Питание всех ком­ мутирующих устройств преобразователя может осуществляться от одного вспомогательного источника питания, имеющего нулевую точку. В этом случае напряжения на конденсаторах С1, С2, . . . из­ меняются по симметричному относительно оси абсцисс закону с пе­ риодом Тс = T J n c = Т1 /п1 = ТгІ2 (пс — число конденсаторов и коммутирующих устройств) (рис. 4-44, б).