Основные показатели схем выпрямления

Схема						m
Однофазная мостовая	0,9	1,57	1,0	1,11	1	2
Трехфазная мостовая	1,35	1,045	0,815	1,045	2	6

I₁ – ток в линии на стороне переменного тока;

S_т – мощность трансформатора, Вт;

U_вмакс – максимальное напряжение, прикладываемое к тиристорам;

R_m – сопротивление вторичной обмотки трансформатора (или реактора).

Таким образом, среднее значение напряжения преобразователя в режиме непрерывного тока (внешняя характеристика преобразователя, как источника напряжения) будет:

. (6.16)

Выпрямленный ток имеет непрерывный характер, если индуктивность в цепи выпрямленного тока достаточно велика .

Индуктивность якорной цепи двигателя постоянного тока независимого возбуждения может быть определена по формуле:

,

где: к_L – конструктивный коэффициент; для компенсированных машин принимается (0,1÷0,25), для некомпенсированных (0,5÷0,6);

U_н, I_н, ω_н – номинальные напряжение, ток якоря и угловая скорость двигателя;

р_п – число пар полюсов.

При конечных значениях индуктивности в цепи выпрямленного тока на условие непрерывности тока оказывают также влияние минимальное значение тока и угол регулирования. Граничное (минимальное) значение тока, при котором ток еще остается непрерывным определяется соотношением [1-6]

. (6.17)

Влияние режима прерывистого тока проявляется в увеличении среднего значения выпрямленного напряжения в зоне прерывистого тока.

Наиболее применяемые силовые схемы тиристорного электропривода постоянного тока (ТП-Д) показаны на рис.6.10. Схемы 6.10а и 6.10б относятся к нереверсивным электроприводам. В этих схемах изменение полярности питающего напряжения и направления тока в якорной цепи невозможно. Механические характеристики нереверсивного привода ТП-Д показаны на рис.6.13.

Если полагать, что привод работает в режиме непрерывного тока (при ), то механические характеристики будут иметь вид наклонных прямых параллельных друг другу, причем ω₀ уменьшается по мере уменьшения выпрямленного напряжения (увеличения угла α).

Механические характеристики описываются в этом случае следующей формулой, полученной на основе (6.4), (6.16).

(6.18)

П

Рис.6.13. Механические характеристики нереверсивного привода ТП-Д

ри конечных значе-ниях индуктивности якор-ной цепиL_d в области малых значений момента (тока якоря) – левее граничной линии I_гр – механические характерис-тики теряют линейность и загибаются вверх. Это является следствием пере-хода в зону прерывистых токов. В этой зоне среднее значение выпрямленного напряжения преобразователя возрастает по сравнению с режимом непрерывного тока. Линия, определяющая границу непрерывного тока, определяется уравнением (6.17).

При желании уменьшить зону прерывистых токов последовательно с якорем двигателя включают сглаживающий дроссель, величина индуктивности которого может быть определена по формуле:

,

где I_dг – требуемое значение граничного тока при ω=0.

Заметим, что механические характеристики нереверсивного привода ТП-Д не переходят ось ординат, т.к. изменение направления тока в нереверсивных схемах невозможно. Следовательно, отсутствует режим рекуперативного торможения. В случае необходимости изменения направления вращения приводного двигателя в нереверсивных приводах по системе ТП-Д изменяют направление тока в обмотке возбуждения двигателя.

Рекуперация энергии торможения в нереверсивных приводах

ТП-Д возможна при работе привода вIV квадранте в режиме протягивающего груза (см.§2.5). Это своеобразный режим противовключения, который возникает тогда, когда привод включают в направлении «вверх», а под действием активного статического момента (спуск груза) привод будет вращаться в обратном направлении. При этом э.д.с. двигателя Е_я изменит свой знак. Если при этом нере-версивный преобразователь перевести в инверторный режим, установив углы управления тиристорами , то под дей-ствием э.д.с. якоря ток бу-дет протекать против сред-ней э.д.с. преобразователя, и энергия торможения бу-дет отдаваться в питающую сеть. Механические харак-теристики, соответствую-щие этому режиму, показаны на рис.6.14.

Для того, чтобы получить электропривод, работающий во всех четырех квадрантах поля М-ω, необходимо использование реверсивного тиристорного преобразователя, обеспечивающего протекание тока якоря в обоих направлениях. Реверсивные тиристорные преобразователи содержат две группы тиристоров, включенные встречно-параллельно друг другу.

Наиболее распространенная схема реверсивного тиристорного электропривода показана на рис.6.10в. В этой схеме два тиристорных преобразователя UZ(B) и UZ(H), собранные каждый по трехфазной мостовой схеме, включены параллельно друг другу с противоположной полярностью на стороне выпрямленного тока. Подавать опирающие импульсы одновременно на обе группы тиристоров нельзя, т.к. произойдет короткое замыкание. Поэтому в данной схеме может работать только одна группа тиристоров UZ(B) или UZ(H); другая группа должна быть закрыта (отпирающие импульсы сняты). Такая реверсивная схема называется схемой с раздельным управлением группами тиристоров.

При раздельном управлении включается только та группа тиристоров, которая в данный момент должна проводить ток. Выбор этой группы зависит от направления движения привода («вперед» или «назад») и от режима работы: двигательный режим или рекуперативного торможения. В соответствии с этим выбор нужной группы вентилей можно представить в виде таблицы.

Таблица 6.2.

Режим работы Направление движения	Двигательный	Тормозной
Вперед	UZ(B)	UZ(H)
Назад	UZ(H)	UZ(B)

В системах управления выбор и включение нужной группы тиристоров производится автоматически посредством логического переключающего устройства ЛПУ, принцип построения которого показан на рис.6.15.

Примем направление тока якоря при работе «вперед» в двигательном режиме за положительное. При положительном сигнале задания скорости ω_зад, соответствующем движению вперед, и сигнале ошибки по скорости, которая в двигательном режиме также будет , сигнал, поступающий на ЛПУ от регулятора тока, будет иметь знак (+). В соответствии с этим ЛПУ включит электронный ключ К(В), который подает отпирающие импульсы на тиристорную группуUZ(B). Угол управления α_В устанавливается системой автоматического регулирования в соответствии с сигналом выхода регулятора тока РТ. Обе СИФУ (В) и (Н) работают согласованно – так, что сумма углов

. (6.19)

Таким образом, на тиристорную группу, работающую в выпрямительном режиме, подаются отпирающие импульсы с углом . При этом СИФУ(Н) вырабатывает импульсы управления с углом(с запасом по углу в диапазоне), т.е. углом управления, соответствующем инверторному режиму работы преобразователяUZ(H). Однако, поскольку электронный ключ К(Н) разомкнут, импульсы управления на тиристоры группы UZ(H) не поступают. Преобразователь UZ(H) закрыт, но подготовлен к работе в инверторном режиме.

Такой принцип согласованного управления, определяемый (6.19) позволяет согласовать механические характеристики привода в двигательном и в тормозном режимах, что показано на рис.6.16.

При необхо-димости торможе-ния привода уме-ньшается сигнал за-дания скорости ω_зад. Ошибка по скорости меняет знак (ω_зад-ω)<0, и на входе ЛПУ знак сигнала изменяется с (+) на (-), в соответствии с чем отключается контакт К(В) и вклю-чается контакт К(Н). Однако вклю-чение контакта К(Н) происходит не сразу, а с некоторой выдержкой времени, которая необходима, чтобы ток якоря уменьшился до нуля и тиристоры UZ(B) восстановили запирающие свойства. Спадание тока до нуля контролируется датчиком тока ДТ и нуль-органом НО (в других схемах для этой цели используются датчики проводимости вентилей ДПВ).

Когда ток спадет до нуля и по прошествии некоторой выдержки времени, включается ключ К(Н) и вступает в работу преобразователь UZ(H), уже подготовленный к работе в инверторном режиме. Привод переходит в режим рекуперативного торможения. Общее время переключения тиристорных групп составляет 5-10 миллисекунд, что является в большинстве случаев допустимым для обеспечения высокого качества управления.

При работе в двигательном режиме в направлении «назад» знак задания скорости отрицателен, а абсолютное значение ошибки по скорости положительно, поэтому на вход ЛПУ поступает отрицательный сигнал, и включается ключ К(Н). Работает преобразовательUZ(H) в выпрямительном режиме. Логические правила работы ЛПУ иллюстрируются следующей таблицей.

Таблица 6.3.

Знак ωзад	Знак	Знак на входе ЛПУ	Включен ключ	Работает преобразователь	Режим работы привода
+	+	+	К(В)	UZ(B)	Двигательный
+	-	-	К(Н)	UZ(H)	Тормозной
-	+	-	К(Н)	UZ(H)	Двигательный
-	-	+	К(В)	UZ(B)	Тормозной

Находят применение также и другие схемы ЛПУ [1-6]. Механические характеристики реверсивного привода ТП-Д с раз-дельным управлением показаны на рис.6.16. При непрерывном токе якоря они описываются уравнением (6.18).

В режиме прерывистых токов в области малых значений момента линейность характеристик нарушается. В современных замкнутых по току и скорости системах регулирования, благодаря применению адаптивных регуляторов, удается линеаризовать механические характеристики и при малых значениях момента.