5 5. Тиристорные преобразователи для

ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА

ГЛАВА

5.1. ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ

5.2. ИНВЕРТОРННЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ УПРАВЛЯЕМОГО

ВЫПРЯМИТЕЛЯ В СИСТЕМЕ УВ - ДПТ

5.3. РЕВЕРС В СИСТЕМЕ УВ – ДПТ

Регулирование скорости двигателей постоянного тока занимает важное место в автоматизированном электроприводе. Применение с этой целью тиристорных преобразователей является одним из самых современных путей создания регулируемого электропривода постоянного тока.

В электроприводе постоянного тока управляемый выпрямитель может работать в выпрямительном и инверторном режимах. Режим работы определяет направление потока энергии. В выпрямительном режиме электрическая энергия, потребляемая из сети переменного тока, передается нагрузке в виде энергии постоянного тока.

Для получения инверторного режима электрическую машину нужно включить таким образом, чтобы направление ее ЭДС совпадало с проводящим направлением тиристоров.

В электроприводах, требующих изменения направления выпрямлен­ного тока, применяют реверсивные тиристорные выпрямители. Так как тиристор имеет униполярную проводимость, то реверсирование тока может быть получено за счет установки двух противоположно вклю­ченных комплектов тиристоров, каждый из которых проводит ток в одном из направлений, благодаря чему сохраняется эффект двухсто­ронней проводимости всего выпрямителя в целом.

При совместном управления каждый тиристорный комплект снабжа­ется собственной системой импульсно-фазового управления. Импуль­сы управления подаются постоянно на оба комплекта тиристоров, но с разными углами направления, так что один комплект работает в выпрямительном режиме, а второй - в инверторном и наоборот - в зависимости от полярности управляющего сигнала и выпрямленного направления.

Цель главы – ознакомиться с общей структурой построения систем управления управляемыми вентильными выпрямителями переменного тока в постоянный ток;изучить основные режимы работы СИФУ выпрямителей при различных схемах силовой части.

ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ГЛАВЫ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ

• Назначение основных элементов системы импульсно-фазового управления полупроводниковыми выпрямителями.

• Особенности работы выпрямительных комплексов при работе в режимах:

а) двигательном (реверсивный и нереверсивный); б) инверторном

• Принцип работы реверсивных электроприводов при совместном и раздельном способе управления.

• Требования, предъявляемые к электромагнитной совместимости.

• Принципы расчета основных схем управления электроприводами постоянного тока..

• Энергетические показатели.

5. Тиристорные преобразователи для

электропривода постоянного тока

5.1. Двигательный режим

Регулирование скорости двигателей постоянного тока занимает важное место в автоматизированном электроприводе. Применение с этой целью тиристорных преобразователей является одним из самых современных путей создания регулируемого электропривода постоянного тока.

Управление скоростью двигателя постоянного тока осуществимо тремя способами:

1) изменением тока в якоре при неизменном магнитном потоке;

2) изменение магнитного потока при неизменном токе якоря;

3) комбинированное.

Управление по обмотке возбуждения из-за большой постоянной времени ее приводит к худшим динамическим свойствам, чем при управлении по якорю.

Эффективным средством уменьшения диапазона действия режима прерывистых токов является увеличение фазности и тактности схемы управляемого выпрямителя. Это уменьшает длительность работы каждого вентиля в многофазных преобразователях до , гдеm– число фаз иq– тактность схемы (для мостовых схемq= 2)

Среднее значение выпрямленной ЭДС управляемого выпрямителя

, (5.1)

где – действующее значение фазной ЭДС вторичной обмотки трансформатора приq= 1 и линейной ЭДС приq= 2.

Суммарное падение напряжения при протекании тока нагрузки в якорной цепи в системе УВ–Д определяется падением напряжения, обусловленным процессом коммутации вентилей , на вентилях в открытом состоянии (включая падение на щетках двигателя), на активных сопротивлениях трансформатора, на активных сопротивлениях реактора, и якоря двигателя.

Определение этих падений напряжений, вследствие многих факторов, представляет собой сложную задачу. Однако благодаря принятым допущениям, которые не вносят существенных погрешностей в расчеты, ее можно упростить.

С учетом изложенного найдем параметры системы УВ-Д (рис. 5.1)

Рис. 5.1 – Эквивалентная электрическая схема системы УВ–Д.

Падение напряжения определяется падением напряжения на вентилях и напряжением щеточного контакта между коллектором и щетками.

(5.2)

Падение напряжения при однотактной схеме выпрямления определяется выражением

,

где ;

Угол коммутации при заданном значении α

; (5.3)

E_dmax– максимальное значение выпрямленного напряжения.

Коммутационное падение напряжения

, (5.4) где

Таким образом, для среднего выпрямленного напряжения U_d, используя выражение (5.2) –(5.4) и эквивалентную схему, получаем

, (5.5)

где

В соответствии с эквивалентной схемой на рис. 5.1 и уравнениями (5.1)-(5.5) можно записать для установившегося режима работы системы следующее уравнение напряжений в ее силовой цепи

. (5.6)

Отсюда получим уравнение электромеханической характеристики, принимая I_d=I_я

, (5.7)

где - суммарное активное сопротивление в якорной цепи системы привода; величиныR_эиопределяются с учетом фазностиmи тактностиqвыпрямителя.

Уравнение механической характеристики:

. (5.8)

Из (5.8) следует, что в режиме непрерывного тока характеристики систем УВ-Д представляют собой прямые, жесткость этих характеристик несколько ниже жесткости механической характеристики двигателя независимого возбуждения.

Регулирование скорости системы УВ-Д достигается изменением угла управления α.

Полученные механические характеристики представляют собой семейство параллельных прямых, проходящих через точки идеального холостого хода (рис.5.2) и определяемых следующим соотношением:

. (5.9)

В действительности из-за наличия области прерывистых токов при малых нагрузках вид реальных характеристик будет другим и изменится реальное значение скорости холостого хода ωо

Переход от режима непрерывных токов характеризуется граничным режимом начально- непрерывных токов.

Рис. 5.2. Механические характеристики двигательного режима в системе УВ-Д

Значение среднего выпрямленного тока в этом режиме можно найти по соотношению

, (5.10)

где ω_c– частота переменного тока сети;

L_Н =L_Р +L_Я– индуктивность цепи нагрузки.

в процентном отношении к номинальной нагрузке для преобразователей средней и большой мощности, поэтому можно принять, что в граничном режиме

. 5.11)

Таким образом, в соответствии с выражениями (5.9),(5.11) граничные значения токов Idгр лежат на дуге эллипса, смещенного по оси ординат на величину(рис.5.2). Формальное значение , при котором мгновенное значение фазного напряжения на вентиле, вступающем в работу, равно ЭДС двигателя Е. Механические характеристики в режиме прерывистых токов не могут быть выражены аналитически, поскольку их координаты зависят от угла проводимости тока λ. При гранично-непрпрерывном токе эти характеристики имеют изломы вследствие различия сопротивления в якорной цепи двигателя, работающего при непрерывном и прерывистом токах.

Зона прерывистых токов может быть уменьшена по (5.10) за счет увеличения L_d, в результате чего общая индуктивностьL_н в цепи якоря возрастает

L_н =L_р+L_я(5.12)

Во избежание режима прерывистых токов необходимо, чтобы новое значение I_dгрс увеличениемLр было бы меньше минимального значения тока нагрузки двигателяI_яmin

I_яmin>I_dгр