книги из ГПНТБ / Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие

можно записать:

где wu w2, w3 — числа витков соответствующих обмоток возбуждения;

/Ji и й а — сопротивления цепей соответственно

ОВГ1 и ОВГ2.

Отсюда

ствующее перемещению рабочей точки по ветви аЬ кривой намагничивания, приводит к незначительному снижению э. д. с. генератора. При перемещении же рабочей точки по ветви Оа кривой намагничивания незначительное из­ менение тока якоря 1Я вызывает резкое снижение Ег. При 1Я == q-JJneJq^ как следует из (5-31), Ег — 0. Зави­ симость Ег (1Я) показана на рис. 5-22. Там же приведена

250

и механическая характеристика двигателя, построенная по выражению

Вмеханической характеристике системы ТГ—Д, как

ив характеристике системы Г—Д с отсечкой по току, можно выделить два участ­ ка: а'Ъ' и Ь'с', жесткость которых резко отличается по величине. При относи­ тельно небольших токах и соответственно моментах модуль жесткости харак­ теристики значительно больше, чем при токах 7Я,

намагничивания генератора, не имеющей резких изгиоов. Из приведенного следует, что задержанная обратная связь по току якоря в данном случае обусловлена малым наклоном участка насыщения кривой намагничивания. Такой же эффект может быть получен, если обмотка возбуждения генератора, получает питание от усилителя, характеристика которого имеет такой же вид, что и кри­ вая намагничивания, т. е. содержит участок насыщения.

5-3. РЕГУЛИРОВАНИЕ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬДВИГАТЕЛЬ (УВП—Д)

Электрическая энергия генерируется и распределяется главным образом в виде переменного тока промышленной частоты. Для питания электродвигателей постоянного тока от сетей переменного тока необходимы преобразова­ тельные устройства. В современной технике широкое применение получили управляемые вентильные преоб­ разователи, с помощью которых осуществляется преоб­ разование энергии переменного тока в энергию постоян­ ного тока и обратное преобразование.

Независимо от типа управляемых вентилей — тира­ тронов, ртутных выпрямителей (экситронов или игии-

251

тронов), тиристоров — принцип действия преобразова­ теля заключается в том, что вентили выполняют роль электрических ключей, пропускающих ток при малом па­ дении напряжения в проводящую часть периода и запи­ рающих цепи в непроводящую часть периода. Регулиро­ вание напряжения осуществляется путем изменения дли­ тельности работы вентиля в проводящую часть периода. На практике в вентильных преобразователях используются вентнлытые приборы с ограниченным управлением, т. е. такие, в которых можно задержать начало пропускания тока в проводящую часть периода, но нельзя прекратить пропускание тока до его естественного перехода через нуль. В связи с этим регулирование напряжения вентиль­ ного преобразователя осуществляется путем задержки момента открывания вентилей в проводящую часть пе­ риода. Сокращение длительности открытого состояния вентилей в проводящую часть периода характеризуется углом запаздывания открывания ос, отсчитываемым от точки естественного открывания, как показано на рис. 5-23, в и 5-24, б.

При указанных условиях графики изменения во вре­ мени напряжения и тока преобразователя имеют вид сложных кривых, содержащих постоянные и переменные составляющие. С целью уменьшения переменной состав­ ляющей тока, оказывающей неблагоприятное влияние на процесс нагрева и коммутации электрической машины, в цепь якоря, являющуюся цепью нагрузки преобразо­ вателя, как правило, включается сглаживающий реактор (Р — см. рис. 5-23, а н 5-24, а), обладающий определен­ ной индуктивностью. Для анализа работы двигателя постоянного тока, получающего питание от вентильного преобразователя, пеобходимо найти постоянные соста­ вляющие напряжения и тока преобразователя, опреде­ ляемые как средние значения соответственно напряжения и тока за период изменения напряжения питающей сети переменного тока. Указанные постоянные составляю­ щие напряжения и тока часто называются соответственно выпрямленным напряжением и выпрямленным током.

Средние значения напряжения и тока вентильного преобразователя определяются его параметрами и схемой соединения. На практике используется большое число различных схем вептильпых преобразователей. Однако по припципам действия и построения все разнообразные схемы могут быть разделены на два класса: схемы с нуле-

252

вым выводом (рис. 5-23, а), в которых используется лишь одна полуволна системы переменного тока, и мостовые схемы (рис. 5-24, а), в которых используются обе полу­ волны системы переменного тока. На рис. 5-23,' б—д и

Рис. 5-23. Принципиальная (а) и эквивалент­ ная (б) схемы трехфазного вентильного преоб­ разователя с нулевым выводом и диаграммы ■ изменения фазных э. д. с. (в), токов в венти­ лях (г), э. д. с. и напряжения (д) преобразова­

теля.

5-24, б—д представлены эквивалентные схемы вентильных преобразователей обоих классов и диаграммы изменения э. д. с., токов и напряжений. На рисунках приняты сле­ дующие обозначения:

ега, e2bi е2с мгновенные значения э. д. с., наводимых во вторичных обмотках каждой фазы трансформатора;

ij — мгновенное значение тока в /-м вентиле;

253

ud ri id — мгновенные значения напряжения и тока на выходе преобразователя;

jf?T — активное сопротивление фазы трансфор­ матора;

хт— индуктивное сопротивление фазы тран­ сформатора, обусловленное полями рас­ сеяния.

В свою очередь

где i?!, i?2 -- активные сопротивления соответственно пер­ вичной и вторичной обмоток фазы трансфор­ матора;

-индуктивные сопротивлении рассеяния тех же обмоток;

Юг , Юл -- числа витков тех же обмоток.

В эквивалентных схемах на рис. 5-23, б н 5-24, б каж­ дая фаза трансформатора представлепа в виде источника э. д. с. и сопротивлений R Tп хг, что позволяет и весь вен­ тильный преобразователь представить как источник э. д. с. ed (см. диаграммы на рис. 5-23, д и 5-24, д) с эквивалент­ ным сопротивлением. Среднее значение выпрямленной э. д. с. Ed в режиме непрерывных токов определяется следующим образом:

Ed = Em cosa, ■ (5-32)

где Edм максимальная величина выпрямленнойэ. д. с., соответствующая отсутствию запаздывания от­ крывания вентилей, равная

является то, что, за исключением периода коммутации вентилей у, т. е. периода, когда прекращается работа одного вентиля и вступает в работу очередной вентиль, ток нагрузки id равен току одного работающего вентиля.

254

Следовательно, ток в цепи нагрузки определяется э. д. с. работающей фазы трансформатора, а падение-напряжения в преобразователе — падением напряжения в этой фазе.

схеме, и диаграммы изменения фазных э. д. с. (в), токоп в вентилях (г), э. д. с. п напряжения (3) преобразователя.

При этих условиях для трюхфазной однополупериодной схемы {т = 3)

Е(Ш1 = Щ ^ Е 2ф = 1,П Е 2ф.

Падение напряжения в преобразователе определяется падением напряжения на самом вентиле в проводящий период (Af/B), падением напряжения на активном сопро­ тивлении (AUr), а также падением напряжения, обуслов­ ленным процессом коммутации вентилей (AUx). Падение

255

напряжения на вентиле в проводящий период практически не зависит от тока и равно: для ртутных вентилей AUB =

д г % = Д т ( 1 - ^ ) / *

где 1Л— среднее значение тока нагрузки преобразова­ теля. Угол коммутации у при заданном значении а в свою очередь определяется выпрямленным током Id

Снижение напряжения на выходе преобразователя, обусловленное процессом коммутации вентилей, опреде­ ляется следующим образом:

ЛС/-'-1= ^ / - = 0 ,4 7 8 * ^ .

С учетом сказанного среднее значение напряжения однополупериодного преобразователя представляется в виде

Udi — Ediaxcos а — AUBi — (RT+ 0,478a:T) I d. (5-35)

Выражение, стоящее в скобках, может трактоваться как эквивалентное сопротивление вентильного преобра­ зователя

/?Э1 = 7?т + 0,478 хг.

Тогда

В мостовых схемах одновременно работают два вентиля, за исключением периода их коммутации. При этом ток нагрузки проходит последовательно через два вентиля и две фазы трансформатора под действием разности соответ­ ствующих фазных э. д. с., т. е. под действием линейных э. д. с. На рис. 5-24, б источники линейных э. д. с. пока­ заны пунктиром. За полный период изменения перемен­ ного. напряжения работают все шесть вентилей преобра­

256

зователя (см. рис. 5-24, г). При этих условиях для трехфазиой мостовой схемы (т = 6):

Яй.п = ~ -^ бЯ/6д »Л= 1 ’35£гл = 2-34£2ф; ■

AC/dIi = 2AZ7b;

At//jn = 2

АС/ап = 2 ^ = °,955хт,

где 2?.,л — действующее значение линейной э. д. с. вторич­

ной обмотки трансформатора (Е2Л -= |/ оЕ„ф)', AC/D— падение напряжения в проводящий период на

вентиле одного плеча моста.

С учетом сказанного для двухполупериодного преоб­ разователя можно записать:

U(1= Ес1мц cos а —АС/вп — (2/?т+ 0,955а:т) / г(. (5-36)

Аналогично (5-35а) справедливы соотношения:

Ran = 2RT-f 0,955zT = 2 (i?T+ 0,478zT) = 2Raj

Сопоставление (5-35a) и (5-36a) показывает их полную идентичность. Это позволяет сделать вывод о том, что

цепи, содержащей вентильный преобразователь. На рис. 5-25 показана также и цепь нагрузки вентильного преобразователя для случая, когда от него получает пи­ тание якорь двигателя постоянного тока. В соответствии со вторым законом Кирхгофа для приведенной эквива­ лентной схемы может быть записано уравнение

Е (1— A U в —Е = (R.j Пр + -^р + Я я) /я -

Отсюда уравнение скоростной характеристики электро­

где 7?я v — Еа.пр Н Ер !~ 7?п>

Rp — сопротивление обмотки сглаживающего реактора. Значения £,;м, 7?опр, А(7„ определяются схемой пре­

образователя по приведенным выше выражениям.

Из полученных уравнений следует, что при работе преобразователя в режиме непрерывных токов скорост­ ные н механические характеристики электропривода в системе УВП—Д продстаплиют собой прямые липни, наклон которых определяется величиной R„s- Следует отметить, что модуль жесткости механических характе­ ристик электропривода с вентильным преобразовате­ лем, как правило, меньше модуля жесткости механи­ ческих характеристик в системе Г—JJ, при одной и топ же мощности двигателя. Это объясняется прежде всего относительно большой величиной составляющей сопро­ тивления преобразователя, обусловленной снижением напряжения в процессе коммутации вентилей 7?э комм = = avn/Зл, так как обычпо с целью ограничения токов короткого замыкания выбирается трансформатор с по­

чаях, когда преобразователь получает питание от сети переменного тока без трансформатора, как, например, для двигателей с номинальным напряжением 440 В при питании от сетп 1/л = 380 В п мостовом трехфазном вы­ прямителе, в цепь переменного тока последовательно

258

с преобразователем включается токоограничивающий ре­ актор, сопротивления хр и Rv которого близки по вели­ чине к сопротивлениям трансформатора.

Регулирование скорости в рассматриваемой системе электропривода осуществляется путем изменения угла

что механические и скоростные характеристики электро­ привода в этом случае будут представлять собой семей­ ства параллельных друг другу прямых, показанных на рис. 5-26. Указанные прямые отсекают на оси ординат

зователя, показанная па рис. 5-25, н уравнения ско­ ростной (5-37) и механической (5-38) характеристик дви­ гателя соответствуют работе преобразователя в режиме непрерывных токов. При снижении же тока нагрузки до малых значений, когда Id — 0, наступает режим пре­ рывистых токов, при котором угловая длительность

кривая тока нагрузки содержит интервалы нулевого тока. Для такого режима полученные ранее соотношения ока­ зываются недействительными.

Переходу от режима непрерывного тока к режиму пре­ рывистого тока соответствует режим начально-непрерыв­ ного тока, являющийся граничным между двумя указан­