книги из ГПНТБ / Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие

ссмпп = Рмин) т. е. максимальная э. д. с. реверсивного вен­ тильного преобразователя

Ed р.макс — Ed м COS Рмин-

С целью уменьшения уравнительных токов в ряде случаев используется так называемое нелинейное или неполное согласование, когда

При этом нарушается линейность регулировочных и механических характеристик (рис. 5-35). В этом случае

Рлс. 5-34. Регулировочная (а) п скоростные (б) характеристики реверсивного электропривода с вентильными преобразователями при совместном управлении комплектами вентилей п линейном согласовании.

переходу от двигательного к тормозному режиму соответ­ ствует заметное увеличение скорости. Кроме того, в этом случае значительно ухудшается использование трансфор­ матора и ограничивается изменение углов управления. Поэтому этот способ согласования в таком простейшем виде не находит широкого применения. На практике используются системы, в которых значение £ изменяется автоматически в функции какого-либо параметра. В част­ ности, возможно автоматическое поддержание заданного уровня уравнительного тока, что позволяет снизить ин­ дуктивность реакторов при удовлетворительных характе­ ристиках электропривода.

Для полного исключения уравнительных токов ис­ пользуется раздельное управление комплектами вен­ тильных преобразователей. Раздельное управление зак­ лючается в том, что управляющие сигналы (импульсы)

270

подаются только .на тот комплект, который в данный момент должен работать. На вентили неработающего комплекта управляющие импульсы не подаются, и он «закрыт». Для изменения режима работы преобразователя используется специальное переключающее устройство,' которое при равенстве нулю тока преобразователя сначала снимает управляющие импульсы с ранее работавшего комплекта, а затем после небольшой паузы (5—10 мс) подает управляющие импульсы на другой комплект. При указанной последовательности переходу электропривода

от двигательного режима к тормозному и обратно соот­ ветствует режим прерывистых токов преобразователя.

Скоростные н механические характеристики реверсив­ ного вентильного электропривода с раздельным управле­ нием комплектами существенно зависят от способа согла­ сования углов управления. В частности, при линейном сог­ ласовании они будут иметь вид, показанный на рис. 5-36.

При раздельном управлении нет необходимости вклю­ чения реакторов в цепи отдельных комплектов, возможно

полное использование трансформатора (£^рыакс — ■^зм)> снижается вероятность опрокидывания инвертора вслед­ ствие уменьшения времени работы вентильного преобра­ зователя в инвертном режиме, уменьшаются потери энергии и соответственно увеличивается к. п. д. электро­

271

привода из-за отсутствия уравнительных токов. Вместе с тем следует иметь в виду, что при раздельном управле­ нии предъявляются высокие требования в отношении надежности устройства, переключающего управляющие импульсы с одного комплекта вентилей на другой. Кроме того, перевод вентильного преобразователя из режима выпрямления в режим инвертирования сопровождается паузой, что увеличивает длительность переходных про­ цессов. Следует также отметить, что раздельное управле­ ние не может использоваться для электроприводов, кото­ рые могут работать в режиме идеального холостого хода или близком к нему, например приводы лифтов, так как малым нагрузкам двигателя соответствует режим преры­ вистого тока вентильного преобразователя.

Совместное же управление при линейном согласовании позволяет получить нанлучшие динамические показатели п однозначные статические характеристики. В этом слу­ чае обеспечивается простой переход из одного режима в другой. Преимущества этого способа управления ре­ версивным вентильным преобразователем оказываются более существенными, чем его недостатки. Поэтому он находит более широкое применение на практике.

Ранее указывалось, что модуль жесткости механиче­ ских характеристик электропривода с вентильным пре­ образователем относительно мал. В связи с этим с целью расширения диапазона регулирования скорости в систе­ мах вентильного электропривода постоянного тока могут использоваться те же обратные связи, что и в системе Г—Д, а именно положительная по току якоря либо отри­ цательные по скорости и по напряжению. С целью огра­ ничения тока в вентильном преобразователе п якоре дви­ гателя может использоваться задержанная отрицательная обратная связь по току (токовая отсечка). В этом случае электропривод имеет экскаваторную характеристику, по­ казанную на рис. 5-17. Следует отметить, что вентильный преобразователь обладает большим коэффициентом уси­ ления, в связи с чем указанные обратные связи,в ряде случаев могут быть реализованы без промежуточных уси­ лителей.

Для оценки энергетических показателей регулируе­ мого электропривода постоянного тока с вептильпым пре­ образователем рассмотрим зависимости к. п. д. н коэф­ фициента мощпости установки от скорости. Коэффициент полезного действия системы управляемый вентильный

272

преобразователь -- двигатель (УВГ1—Д) может быть оп­ ределен как отношение электромагнитной мощности дви­ гателя Ра = £д/„ = ыМ к мощности, потребляемой пре­ образователем из сети Рс. В соответствии с (2-2) и (5-37) при работе преобразователя в режиме непрерывного тока можно записать:

— (Ed EUл — Rn'zln) In-

Мощность, потребляемая преобразователем из сети, может быть выражена в виде

Тогда

Учитывая, что числитель полученного выражения про­ порционален угловой скорости двигателя, можно записать:

Переходя к относительным единицам аналогично тому, как это было сделано при анализе к. п. д. системы Г—Д, можно найти:

где Д<вв* — Д£/п//сФнсо0 — относительное значение паде­ ния скорости, обусловленного падением напряжения на вен­ тилях ДUB;

Анализ полученных выражений показывает, что зна­ чение к. и. д. системы У'ПВ—Д зависит как от нагрузки на валу двигателя, так и от скорости при регулировании. В случае постоянного момента на валу со снижением ско­ рости будет иметь место уменьшение значения к. п. д. Следует также отметить, что заметное влияние на величину к. п. д. установки может оказать мощность потерь в управ­ ляемых вентилях, равная ДРв — Л/Ув/„. В случае исполь­ зования тиристорных преобразователей относительное падение напряжения на вентилях составляет доли процента

273

На рис. 5-37 показаны зависимости к. и. д. системы УВП—Д от скорости при номинальной нагрузке на валу двигателя для случаев, когда преобразователь выполнен на базе тиристоров (т)т) и ионных вентилей (т]11Д1). Там же для сравнения представлена зависимость Цэ г_д для системы Г—Д. Сравнение кривых на рис. 5-37 показы­ вает, что к. п. д. электропривода, выполненного по сис­ теме УВП—Д, заметно выше, чем к. п. д. в системе Г—Д.

Коэффициент мощности % системы УВП—Д опреде­ ляется двумя факторами: углом сдвига первой гармони­ ческой составляющей тока, потребляемого вентильным преобразователем из сети, относительно, напряжения сети и коэффициентом искажеиия v того же тока

I— действующее значение тока, потребляемого пре­ образователем из сети;

1\ — действующее значение первой гармонической составляющей того же тока.

274

Из приведенных выражений следует, что коэффициент мощности электропривода, выполненного по системе УВП—Д, зависит от скорости при регулировании и от нагрузки на валу. Снижение скорости и соответственно увеличение угла регулирования а, а также увеличение тока нагрузки, связанное с ростом у, приводит к умень­ шению коэффициента мощности установки. На рис. 5-38 приведена зависимость коэффициента мощпости системы УВП—Д от скорости при поминальной нагрузке на валу двигателя. Там же пунктирной линией показана зависи­ мость коэффициента мощности системы Г—Д (cos сра.д) от скорости. Сопоставление указанных зависимостей пока­ зывает, что по коэффициенту мощности система электро­ привода УВП—Д уступает системе Г—Д. С целью повы­ шения значения % применяются методы искусственной коммутации вентилей и специальные фильтры высших гармонических составляющих, что увеличивает значения cos cpt и v.

5-4. РЕГУЛИРОВАНИЕ В СИСТЕМЕ МАГНИТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ — ДВИГАТЕЛЬ (МУ—Д)

Магтштпые усилители широко используются в технике в ка­ честве регуляторов тока и напряжения. В частпостп, они паходят применение и для регулирования напряжения на зажимах якорей двигателей постоянного тока. В этом случае, как правило, исполь­ зуются усилители с самоподмагничнваннем, в цепи рабочих обмоток которых включены неуправляемые вентили, как показано па рис. 5-39. В отличие от обычпых дроссольпых усилителей без внутренней обратпой связи усилители с самоподмагпнчиванпем характеризуются большим коэффициентом усиления, мепыпей массой и при одинако­ вом коэффициенте усплепня меньшей инерционностью.

Основным регулирующим элементом магнитного усилителя является дроссель насыщения с подмагничпваппем. Рабочая обмотка дросселя, включаемая последовательно с диодом, наматывается на сердечник, с которым связана также обмотка подмагппчпвання. Рабочие цепи дросселей, содержащие рабочие обмотки вместе с диодами, могут включаться по схемам, аналогичным схемам вклю­ чения управляемых вентильных преобразователей (ср. рис. 5-39, а

и 5-23, а; 5-39, б и 5-24, а).

Регулирование выпрямленного напряжения на выходе магнит­ ного усилителя осуществляется путем измепспия тока его обмотки управления, которая может охватывать одновременно все сердечники дросселей усилителя, как это показано па рис. 5-39. Изменение тока управления / у в соответствии с графиком па рис. 5-40, а при­ водит к изменению индукции сердечников Ду в конце управляющего полупернода (к пачалу рабочего полуперпода), что в свою очередь определяет угол насыщения a s сердечника, показанный па рис. 5-40, б. Для идеализированного магнитного усилителя, кривая намагничивания которого приведена иа рис. 5-40, а, ток намагнп-

275

б)

Рис. 5-30. Принципиальные схемы включения трехфазных магнитных усилителей с самоподмагнпчнвапнем, применяемые для питания электро­ двигателей постоянного тока.

а — с нулевым выводом; 6 — мостовая.

чпванпя, сопротивление рабочих обмоток и падение напряжения на вентилях в проводящем направлении пренебрежимо малы. При этих условиях среднее значение выпрямленной э. д. с. определяется выраженном

Эго соответствует изменению выпрямленной э. д. с. от 0 до mUM/л, т. е .Ему не может быть отрицательной, а значит, в рассматриваемой системе привода невозможен режим рекуперативного торможения двигателя.

На рпс. 5-41 показана эквивалентная схема системы электро­ привода МУ — Д. Здесь Лму — сопротивление рабочих обмоток

276

Рис.. 5-40. К принципу регулирования напряже­ ния иа выходе магнитного усилителя.

а —идеализированная кривая намагничивания; б — диа­ грамма изменения напряжения.

дросселей и трансформатора, если магнитный усилитель подключен к сети через согласующий трансформатор; Д Z7„ — падение напряже­ ния на неуправляемых вентилях в проводящем направлении. В соответствии с приведенной схемой уравнения скоростной и механической характеристик системы МУ — Д могут быть записаны в виде

Так же, как и для системы УВП — Д, полученные уравиепия справедливы лишь прп работе МУ в режиме непрерывного тока.

Регулирование скорости осуществляется путем изменения 7?му, а последняя — изменением By. Значение индукцип определяется током в обмотке управления МУ. Со снижением тока в обмотке управления скорость двигателя уменьшается. Жесткость механичес­ ких характеристик определяется суммарным эквивалентным сопро­ тивлением цепи якоря. Практически жесткость относительно мала. Для увеличения модуля жесткости механических характеристик

277

ir соответственно расширения диапазона регулирования скорости электропривода в системе МУ — Д используются обратные связи,

иМу= Ел-\-И„./я= А-фмо)-j- RnIn.

При пспользоваппп последнего выражения возможен следую­ щий способ построения скоростных характеристик: на оси ординат

Рпс. 5-43. Внешние характеристики магнитных усилителей серии УМЗП (а) и методика построения скоростной характеристики системы электропривода МУ — Д при Fy = const (б).

278

откладывается ряд значении э. д. с. двигателя Ег, Ег ..., соответ­

Рис. 5-45. Схема реверсивной системы электропривода МУ—Д

сдвухтактным магнитным усилителем.

Всвязи с этим реверсирование двигателя в системе МУ — Д осу­ ществляется переключением зажимов якоря (рис. 5-44, о) или изме­ нением направления тока в обмотке возбуждения (рис. 5-44, б).

279