Библиотека / Красовский основы электропривода

292 Глава 5. Силовые электрические преобразователи...

пульсаций мгновенного значения напряжения на нагрузке и полу­

чения максимально возможной амплитуды гладкой составляющей выходного напряжения НПЧ в электроприводе обычно выполняют

на базе многофазных (чаще трехфазных) схем реверсивных управ­

ляемых выпрямителей.

Функциональная схема трехфазного НПЧ показана на рис. 5.51 . Она содержит три идентичных силовых канала с выходными

напряжениями ИdA, ИdВ, Иdс, образованных тремя реверсивными

выпрямителями РВГ1 - РВГЗ, которые выполнены по одной из

рассмотренных ранее схем, как правило, при раздельном управле­

нии группами вентилей. Совместное управление группами обычно не используют из-за необходимости применять уравнительные ре­ акторы значительных габаритов для ограничения уравнительного

тока. Заметим также, что при использовании реверсивных мостовых

схем в каждой фазе (см. рис. 5.28, б) для исключения контуров ко­

роткого замыкания требуется потенциальное разделение фаз нагрузки, т. е. они не должны иметь электрического контакта. На

каждый из выпрямителей РВГ1 - РВГЗ управляющие импульсы

формируются отдельными СИФУ! - СИФУЗ. Синхронизацию работы всех СИФУ обеспечивает общее задающее устройство,

формирующее управляющие сигналы Иул, Иув, Иус•

При изменении по синусоидальному закону с взаимным фазо­ вым сдвигом в 120° управляющих напряжений Uул, Uув, Иус, пода­ ваемых на каждую СИФУ, на выходе преобразователя формирует­ ся трехфазное пульсирующее напряжение. В этом напряжении гладкие составляющие ИdA, Иdв, Иdс изменяются по синусоидаль­ ному закону с теми же частотой и взаимным фазовым сдвигом, что

и напряжения Иул, Иув, Иус• Необходимый для этого закон измене­

ния углов управления ал, ав, ас, формируемых каждой из СИФУ, определяется следующим образом. С одной стороны, в режиме

непрерывного тока управляемого выпрямителя среднее значение

его выходного напряжения является косинусоидальной функцией

угла управления. В частности, для фазы А можно записать

(5 .12)

С другой стороны, среднее значение выпрямленного напряже­

ния на выходе каждой из фаз IПIЧ должно изменяться по синусои­

дальному закону с некоторыми амплитудой Ип.м и частотой ffiп, т. е.

(5 .13)

Объединяя соотношения (5.12) и (5.13), получаем закон изме­

нения угла управления вентильной группы фазы А:

Углы управления двух других фаз ав и ас связаны с углом ал

следующим образом:

21t

ас =ал --.

3

При активной нагрузке каждой фазы НПЧ, выполненной, например, по реверсивной мостовой схеме (см. рис. 5.28, 6), поло­

жительная и отрицательная полуволны гладкой составляющей вы­

ходного напряжения формировались бы при поочередной работе

групп В и Н в выпрямительном режиме. Однако при активно­

индуктивной нагрузке, что обычно и характерно для электропри­

вода, между гладкими составляющими выходных напряжения Ud и

тока Id каждой фазы появляется фазовый сдвиг (рис. 5.52). Вслед­

ствие этого появляются временные интервалы, в пределах которых

напряжение Ud и ток Id имеют противоположные знаки. В этих ин­

тервалах соответствующие тиристорные группы работают в ин­

верторном режиме.

294 Глава 5. Силовые электрические преобразователи...

rot

Инвертор Выпрямитель Инвертор Выпрямитель

Рис. 5.52. Изменение напряжения и тока на выходе трехфазного НПЧ

при активно-индуктивной нагрузке

Особенностью НПЧ является то, что с увеличением частоты гладкой составляющей выходного напряжения возрастает искаже­

ние ее формы. Поэтому предельное ее значение обычно не превы­

шает половины от значения частоты питающей сети. Для расши­

рения диапазона регулирования частоты выходного напряжения

НПЧ подключают к источнику питания повышенной частоты, например, 400 Гц.

5.8.2. Преобразователи переменного напряжения

Простейший однофазный преобразователь переменного напряжения (ПН) может быть выполнен, как показано на рис. 5.53.

Он состоит из двух встречно-параллельно включенных тиристоров

(либо из одного симистора), соединенных последовательно с нагрузкой. В таком ПН реализуется фазовый способ регулирова­

ния выходного напряжения, при котором поочередно изменяется длительность открытого состояния одного из тиристоров в зави­

симости от полярности прикладываемого к ним переменного

напряжения. Наиболее просто осуществляется регулирование

с отстающим углом управления а.

296 Глава 5. Силовые электрические преобразователи...

и нагрузку продолжает протекать в течение некоторого интервала

времени после перехода сетевого напряжения через нуль по анало­

гии с управляемыми выпрямителями при работе на активно­ индуктивную нагрузку. В кривой напряжения Иd появляются до­

полнительные участки, которых не было при активной нагрузке (сравните кривые ud на рис. 5.53, бив), а интервал нулевой паузы в кривых напряжения и тока сокращается на угловой интервал р. При этом действующее значение выходного IПI

(5.14)

Примерный вид кривой тока нагрузки id показан в нижней ча­

сти рис. 5.53, в. Аналитическое выражение для него может быть

найдено известными методами в результате анализа переходного

процесса в цепи нагрузки, возникающего при отпирании каждого

тиристора.

Особенностью рассматриваемого ПН является то, что при ма­

лых значениях угла управления момент запирания одного тири­

стора совпадает с моментом отпирания другого тиристора, в ре­

зультате чего проводящее состояние каждого тиристора может

простираться до момента открывания следующего тиристора. При

этом имеет место равенство углов а = р, в кривых напряжения ud и

тока id исчезают нулевые паузы, и эти напряжения имеют синусо­

идальную форму. Максимальное значение угла управления а, при котором наступает такой эффект, называют критическим значени­

ем угла управления ¾· На практике это явление определяет не­

управляемую зону работы рассматриваемого ПН, поскольку при

изменении угла управления от О до акр напряжение на его выходе

неизменно и равно входному напряжению (в данном случае Ис).

Трехфазные IПI могут быть построены аналогичным образом. Из всего многообразия различных схем силовой части трехфазных ПН наиболее часто используют схемы, состоящие из трех пар

встречно-параллельно соединенных тиристоров. На рис. 5.54, а

показана нереверсивная схема преобразователя, а на рис. 5.54, 6 -

реверсивная схема, построенная по такому же принципу и позво­

ляющая реализовать как двигательный режим работы асинхронно-

298 Глава 5. Силовые электрические преобразователи...

регулирование скорости, как реализуется реверс и тормозные режимы

работы.

3. Изобразите идеальные и реальные вольт-амперные характеристики

диода и тиристора, в чем принципиальное отличие этих элементов и в

каких устройствах они применяются. Приведите примеры.

4. Какие типы силовых транзисторов Вам известны, в чем их досто­

инства и недостатки?

5. Изобразите схемы силовой части нереверсивного и реверсивного трехфазного тиристорного преобразователя, поясните их работу.

6. Какие функции в составе тиристорного преобразователя выполняет СИФУ? Изобразите функциональную схему СИФУ с «вертикальным» управлением и поясните ее работу.

7. В чем проявляются особенности работы тиристорного преобразо­ вателя на разные виды нагрузки?

8. Поясните различия между вьmрямительным и инверторным режи­

мами работы тиристорного преобразователя. Для чего используют инвер­ торный режим работы тиристорного преобразователя в электроприводе?

9. В чем состоят негативные проявления режима прерьmистого тока ти­

ристорного преобразователя и какие меры по их ограничению Вы знаете?

10. В чем причина появления уравнительных токов в реверсивных

тиристорных преобразователях и какие меры для их снижения Вам из­

вестны?

11. Поясните, каким образом обеспечивается регулирование выход­

ного напряжения в импульсных DС-DС-преобразователях. Какие спосо­ бы модуляции выходного напряжения Вам известны, в чем их отличие?

12. Изобразите схемы нереверсивного и реверсивного мостового им­ пульсного DС-DС-преобразователей. Какую функцию в них выполняют

диоды?

13. Как реализуются симметричный и несимметричный алгоритмы коммутации в мостовом DС-DС-преобразователе, в чем их достоинства и

недостатки?

14. С какой целью в импульсных преобразователях используют до­ полнительные цепи для сброса энергии?

15. Поясните разницу между зависимым и независимым инвертора­ ми. С какой целью они используются в электроприводе?

16. Поясните разницу между центрированной и векторной ШИМ.

17. Изобразите функциональную схему преобразователя частоты с непосредственной связью и поясните его работу.

18. Изобразите функциональную схему преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока и поясните его работу.

19. Объясните назначение тиристорного преобразователя в электро­ приводе и поясните работу тиристорного преобразователя переменного

напряжения.

Глава 6

Переходные процессы в электроприводах

6.1. Общие сведения

Процесс перехода электропривода от одного установившегося

состояния к другому назьmают переходным или динамическим ре­

жимом его работы. Такие режимы возникают при пуске, торможе­ нии, изменении нагрузки на валу. Они связаны с изменением как

электромагнитных величин (токи, ЭДС, потоки и т. п.), так и меха­ нических (скорость, ускорение, момент и т. п.), характеризующих

работу электропривода. Поскольку все элементы, входящие в состав электропривода, в той или иной степени обладают инерционностью,

т. е. способны запасать энергию, этот процесс принципиально не

может происходить мгновенно, поэтому он протекает за конечное

время, зависящее от скорости изменения этой энергии.

Важность изучения переходных процессов в электроприводе

обусловливается следующими причинами. Во-первых, в переход­

ных процессах скорость, токи, моменты и т. п. могут многократно

превышать установившиеся значения, поэтому их реальные значе­

ния должны адекватно учитываться при выборе соответствующих

элементов электропривода. Во-вторых, многие современные тех­ нологические процессы протекают на фоне переходных процессов

(например, при механической обработке различных материалов, прокатке металла) и поэтому их производительность и качество

готовой продукции существенно зависят от длительности и харак­

тера изменения во времени скорости, момента в переходном про­

цессе. В этих случаях становятся особенно актуальными задачи формирования требуемого характера изменения во времени этих величин, что является важнейшей составляющей общей задачи

синтеза электропривода с заданными свойствами.

Современный электропривод, как правило, представляет собой сложную многокомпонентную систему. Степень влияния любого