книги из ГПНТБ / Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие

как показано иа рис. 5-27, б. Величина граничного тока зависит от угла регулирования и параметров схемы. Она выражается формулой

Рис. 5-27. Диаграммы э. д. с. и токов веитильиого преобразователя, работающего в режиме прерывистого (а) и началвио-иеирсрывиого (б)

тока.

Из (5-37) и (5-40) следует, что граничные точкп скоро­ стных характеристик лежат на дуге эллипса, смещенного по осп ординат на величину Д£/в//сФп. На рис. 5-26 пунк­ тирной линией обозначено геометрическое место точек указанных граничных режимов.

Механические и скоростные характеристики электро­

2(30

прохождения тока А <с 2л/т и соответственно находят:

АФнО) = Е : Дгф.м s m ^ + a - ~ j

—Д£7н — (i?T+ -Яр + Д „)/я;

э. д. с. двигателя, а следовательно, и его скорости, наи­ большие для заданного угла регулирования преобразо­ вателя а. Из (5-41) при А — 0 следует

В этом случае изменение а в пределах от 0 до п/т не приводит к изменению Еы, которое определяется лишь амплитудой фазной э. д. с. источника, питающего пре­ образователь, т. е.

Отсюда

Д‘2ф.м —&Ub

Завпсидюсть со„ (а) показана на рис. 5-28. Там же пока­ зана зависимость ©о (а), построенная в соответствии с

(5-39).

При работе вентильного преобразователя в режиме непрерывного тока изменение угла запаздывания откры­ вания вентилей, как уже указывалось выше, приводит в соответствии с (5-39) к изменению расчетной скорости

случае имеет .место режим динамического торможения двигателя. При а > зх/2, как следует из (5-39), cdJ < О,

261

т. е. система электропривода работает в режиме рекупе­ ративного торможения, когда генерируемая электриче­ ской машиной энергия постоянного тока преобразуется

Последнее обусловливает верхний предел изменения угла запаздывания открывания вентиля. Действительно,

ного тока. При этом происходит так называемое «опроки­ дывание инвертора», когда значения токов в цепях венти­ лей в несколько раз превышают значения токов в рабочем режиме, так как в последнем случае напряжение па вен­

262

тиле определяется арифметической разпостыо указанных э. д. с. Большие броски токов могут привести к выходу из строя вентильного преобразователя и в первую очередь самих вентилей, в связи с чем опрокидывание инвертора является аварийным режимом.

С целью исключения возможности возникновения та­ кого режима необходимо прежде всего ограничить угол запаздывания открывания вентилей. Для того чтобы при длительности протекания тока %= 2я/т + у его значе­ ние упало до нуля при соt < 0Х, необходимо

Ицщкс 01 — Я.= Я — у.

Приведенное соотношение не является достаточным для обеспечения надежного инвертирования, так как после прекращения тока в вентиле необходимо время для вос­ становления его запирающих свойств, характеризующееся углом б. Поэтому

Прп частоте сети 50 Гц угол восстановления запираю­ щих свойств ионных вентилей составляет примерно 12°. Для тиристоров время восстановления запирающих свойств не превышает 150 мкс, соответственно б ж 3°.

Часто при анализе работы преобразователя в режиме инвертпрования пользуются понятием угла опережения открывания вентилей, равного

Р = я — а.

Рассмотренное выше ограничение угла регулирования по отношению к углу опережения открывания может быть записано в виде

Ограничение угла управления вентильным преобра­ зователем приводит, естественно, и к ограничению пре­ дельной э. д. с. электрической машины, работающей в ге­ нераторном режиме, и ее угловой скорости в режиме идеального холостого хода. В соответствии с (5-32)

£макс == (АФн) ш 0 г.макс = и.макс = м COS &макс<

где 2?Jn.MaKc — наибольшее допустимое значение э. д. с. вентильного преобразователя в режиме инвертирования.

263

Угол коммутации у, как указывалось выше, зависит от тока и растет с увеличением последнего. Из (5-44) следует:

cos (aMaIiC + у) = — cos б,

а из (5-34)

cos (амакс+ у) = cos а макс — —ут- ■.

Следовательно,

Edи.маис — E(i м C O S CtM a u 0 = — E d м C O S б -j----- * - .

Отсюда наибольшее значение скорости привода, соот­ ветствующее надежному процессу инвертирования, сог­

Соответствующая зависимость показана штрих-пунк­ тирной линией в нижней части рис. 5-26.

Обычно при расчетах систем вентильного электропри­ вода принимают У м ан с = 15 -5- 18°, что соответствует пре­ дельно допустимым значениям тока якоря и реальным параметрам трансформаторов. Тогда для указанных выше максимальных значений б для преобразователей с ионными вентилями а маКс| ~ 150° или (5М1Ш1 ^ 30°, соответственно

Из приведенного выше анализа следует, что в системе электропривода, в которой двигатель постоянного тока независимого возбуждения получает питание от вентиль­ ного преобразователя, двигатель может работать как в дви­ гательном режиме (зона, ограниченная па рис. 5-26 осями координат и характеристикой при а = 0), так и в тормоз­ ных режимах: противовключения (зона, отмеченная на рис. 5-26 наклонной штриховкой), рекуперации (зона, отмеченная вертикальной штриховкой) и динамического торможения (характеристика, соответствующая а = а0 —

= я/2).

Односторонняя проводимость вентильного преобра­ зователя затрудняет осуществление реверса в таких* си­ стемах. На практике применяются три способа измене­ ния направления момента двигателя:

264

переключателя (реверсора) (рис. 5-30, б); в) изменением полярности на зажимах якоря с помощью двух групп вентильного преобразователя (рис. 5-30, в).

При реализации первых двух способов двигатель может получать питание от одиокомплектного вентильного пре­ образователя. Однако в этом случае затруднителен пере­ ход от двигательного режима в тормозному при одном

Рис. 5-30. К принципу реверсирования электродвш'ателя, получающего питание от управляе­ мого вентильного преобразователя.

итом же направлении вращения. Наиболее дешевой и простой является первая схема. Ее существенный недо­ статок заключается в большой продолжительности реверса порядка 0,5—2,5 с, что обусловлено прежде всего отно­ сительно большой постоянной времени обмотки возбуж­ дения двигателя. Схема с реверсором в цепи якоря позво­ ляет более быстро осуществить процесс реверса. Однако

ив этом случае время реверса, как правило, составляет не менее 0,1 с. Это определяется необходимостью соблю­ дения определенной последовательности операций в сис­ теме управления приводом в процессе реверса, который начинается увеличением угла управления преобразова­ теля. При увеличении а снижается э. д. с. преобразова­ теля, тогда как угловая скорость двигателя из-за нали­ чия запаса кинетической энергии сразу измениться не

может. При этих условиях оказывается £'дв > Ed и в силу

265

односторонней проводимости вентильного преобразова­ теля Id ->■0. Когда ток в цепи якоря станет близким к нулю, отключается ранее работавший контактор реверсо­ ра, например В, после чего путем дальнейшего увеличения

угла запаздывания открывания при сс > 2 вентильпыы

преобразователь подготавливается к работе в режиме инвертирования. Начальный угол управления устанавли­ вается таким образом, чтобы Edll ~ Ет . При этом условии замыкание ранее не работавшего контактора Н реверсора не приведет к большому броску тока в цепи якоря. Даль­ нейшее снижение а позволяет осуществить торможение двигателя и последующий его разгон до требуемой скорости в противоположном направлении.

Для приводов, где требуется максимальное быстро­ действие при реверсе, а также необходимы двигательный и тормозной режимы при одном и том же направлении вра­ щения, применяются схемы с двумя комплектами (груп­ пами) вентилей, каждый из которых проводит ток в одном из направлений, благодаря чему создается эффект двусто­ ронней проводимости преобразователя в целом. Все мно­ гообразие схем реверсивных вентильных преобразовате­ лей может быть сведено к двум типам схем: перекрестные пли «восьмерочные» схемы, показанные на рнс. 5-31, и встречно-параллельные или протпвопараллельиые схемы, приведенные на рис. 5-32.

В перекрестных схемах каждый из комплектов венти­ лей получает питание от изолированных друг от друга групп вторичных обмоток трансформатора, тогда как во встречно-параллельных схемах оба комплекта вентилей могут получать питание от одной группы вторичных об­ моток трансформатора.

Как и для ранее рассмотренных нереверсивных пре­ образователей, все схемы реверсивных преобразователей могут быть сведены к одной эквивалентной расчетной схеме, изображенной на рис.. 5-33, элементы которой такие же, как и в схеме на рис. 5-25. При работе электро­ привода в двигательном режиме один комплект вентилей реверсивного вентильного преобразователя, например 1В, работает в режиме выпрямления, а другой — 2В закрыт или подготовлен для работы в режиме инвертирования. В последнем случае с целью исключения передачи энер­ гии, преобразованной 1В, в сеть через 2В необходимо, чтобы Ed, ^ E dl. Если же, наоборот, в режиме выпрямле-

266

нпя работает 2В, то 1В закрыт или подготовлен к работе в режиме инвертирования. Соответственно при этом Edi Е(П. Очевидно, что в общем случае

где Eda, Edв — э. д. с. комплектов вентильного преобра­ зователя, работающих в режимах инвер­ тирования и выпрямления.

6)

Рис. 5-31. Перекрестные схемы реверсивного электропривода с трехфазными вентильными преобразователями.

а — с нулевым выводом; б — мостовая.

При работе электропривода в режиме рекуператив­ ного торможения один из комплектов вентилей работает в режиме инвертирования, а второй либо закрыт, либо под-

267

'■ Ч -*

+ 6)

Рис. 5-32. Встречно-параллельные схемы реверсивного электропривода с трохфазпы.мп воптильнымн преобразова­ телями.

а — с нулевым выводом; б — мостовая.

Рис. 5-33. Эквивалентная схема реверсивного вентпльного электропривода с двумя комплекта­ ми вентилей.

268

готовлен к работе в режиме выпрямления. В этом случае по-прежнему должно соблюдаться соотношение (5-45).

Режим работы реверсивного вентильного преобразо­ вателя в значительной мере определяется способом управ­ ления обоими комплектами вентилей. При совместном управлении управляющие сигналы подаются на оба ком­ плекта вентилей таким образом, чтобы соблюдалось (5-45). В этом случае возникает также задача ограничения урав­ нительных токов, протекающих между двумя комплектами вентилей за счет разности мгновенных значений их э. д. с. С этой целью в цепи преобразователей включаются урав­ нительные реакторы PI — Р4, как показано в схемах на рис. 5-31 и 5-32. Вид механических и скоростных характе­ ристик электропривода существенно зависит от способа согласования углов управления обоими комплектами вен­ тилей. При линейном согласовании исходят из равенства нулю среднего значения уравнительного напряжения. В этом случае должно соблюдаться соотношение

Ed 1 -\-Ed2 —А£/в х — AUп г= О

плп

В случае использования тиристоров в качестве управ­ ляемых вентилей EU JEdMж 0, поэтому

Соответствующие регулпровочпьге и скоростные харак­ теристики показаны на рис. 5-34. Жесткость механичес­ ких характеристик в этом случае определяется, как п для однокомплектного преобразователя. Очевидно, что при согласовании углов управления комплектами вентилей в соответствии с (5-46а) характеристики реверсивного вентильного электропривода будут аналогичны характе­ ристикам системы Г—Д.

Недостатком схемы с линейным согласованием яв­ ляется наличие уравнительных токов, дополнительно нагружающих вентили и трансформаторы, необходимость введения в связи с этим уравнительных реакторов, что несколько снижает быстродействие системы электропри­ вода, а также неполное использование трансформаторов, так как в этом случае в соответствии с (5-44а) и (5-46а)

269