3.4.3 Механические характеристики вентильного электропривода в двигательном режиме работы и диапазон регулирования скорости

Механические характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, питающегося от УВП, определяются при потоке двигателяФ_Д=const напряжением, приложенным к якорю и изменением этого напряжения при изменении нагрузки.

Определим среднее выпрямленное напряжение U_В.СР на выходе m-фазного УВП на примере преобразователя при т=3 (см. рис. 13.19). U_В.СР m-фазного УВП – это отношение интеграла, вычисленного для кривой выпрямленного напряжения за время протекания тока через анод, к промежутку времени (время включения анода при естественной коммутации). Мгновенное значение анодного напряжения, если за начало отсчета времени принять момент, соответствующий началу синусоиды (то есть момент прохождения синусоиды через ноль).

Для удобства вычисления интеграла (заштрихованной на рисунке 13.19 площади) примем за начало отсчета времени момент прохождения напряжения U₂ через максимум. При этом мгновенное значение анодного напряжения будет равно

. (13.20)

Среднее значение выпрямленного напряжения будет равно:

;

, (13.21)

гдеU_В.0 – максимальное значение выпрямленного напряжения, то есть выпрямленное напряжение при естественном угле открывания вентиля α=0,

. (13.22)

Величина U_В.СР=f(α) изменяется по косинусоидальному закону, как это показано на рисунке 13.20. В отдельные моменты времени U_В.СР при определенном значении угла α отличается (становится больше или меньше) от мгновенных значений u₂ (рис. 13.21). Напряжение на щетках двигателя будет меньше U_В.СР на величину падения напряжения в обмотках анодного трансформатора, в активном сопротивлении реактора (если он есть в цепи нагрузки УВП), в вентиле (ΔU_В), а также на величину падения напряжения, обусловленного перекрытием анодных токов.

С учетом сказанного напряжение на двигателе равно:

, (13.23)

где - падение напряжения, обусловленное перекрытием анодных токов;

и - соответственно активные сопротивления трансформатора и реактора в катодной цепи;

- падение напряжения в вентиле;

- полное индуктивное сопротивление трансформатора, приведенное к его вторичной обмотке;

- среднее значение выпрямленного тока.

Явление перекрытия анодных токов состоит в следующем. Так как реальное индуктивное сопротивление рассеяния обмоток анодного трансформатора не равно нулю (трансформатор не идеальный), то токи в фазах вторичной обмотки трансформатора не возникают и не исчезают мгновенно. Когда ток начинает проходить через очередной анод (следующую фазу), то ток в предыдущем аноде еще не успевает угаснуть, в результате чего некоторое время ток протекает одновременно в двух анодах (двух фазах) (рис. 13.22), что и обуславливает дополнительное падение напряжения.

Мгновенное значение выпрямленного напряжения в период перекрытия анодов равно полусумме мгновенных значений соответствующих фазных напряжений (рис. 13.23). С учетом явления перекрытия анодов кривая напряжения будет иметь вид, обведенный на рисунке 13.23 жирной линией. Среднее выпрямленное напряжение уменьшается на величину площади, показанной на рисунке 13.23 штриховкой. Это в определенном масштабе и есть .

Таким образом, U_В.СР на двигателе, питающемся от УВП, то есть внешняя характеристика УВП запишется следующим образом:

. (13.24)

Так как скорость двигателя постоянного тока [4]:

, (13.25)

то, подставляя (13.24) в (13.25), получим выражение для электромеханической характеристики двигателя, получающего питание цепи якоря от УВП:

.(13.26)

В (13.26) величина R_Я включает сопротивления всех обмоток в якорной цепи двигателя и сопротивление щеток.

Механическая характеристика вентильного электропривода с учетом (13.26) будет описываться соотношением:

, (13.27)

где - скорость идеального холостого хода;

- падение скорости при действии статической нагрузки.

ВеличинаΔω определяет жесткость механической характеристики ВЭП. Внешняя характеристика УВП и механические характеристики ВЭП показаны на рисунке 13.24 и 13.25.

В своей линейной части механические характеристики ВЭП аналогичны характеристикам системы Г-Д. Отличие лишь в меньшей жесткости этих механических характеристик ВЭП по сравнению с характеристиками системы Г-Д, так как у ВЭП имеется дополнительное (по сравнению с системой Г-Д) падение напряжения из-за перекрытия анодов. В общем, сумма падений напряжения в якорной цепи ВЭП больше, чем в якорной цепи системы Г-Д.

При малых нагрузках резко увеличивается скорость двигателя из-за прерывистого характера анодных токов в так называемой зоне, или области прерывистых токов, причем, чем больше угол открывания вентиля α, тем шире область прерывистых токов. Пояснить появление области прерывистых токов можно следующим образом.

Вцепи УВП-Д действует выпрямленное напряжениеU_В.0 (будем считать для простоты преобразователь с естественным углом открывания, то есть α=0) и ЭДС якоря Е_Я. Уравнение электрического равновесия цепи якоря при отсутствии перекрытия анодов (это второе допущение) запишется так:

, (13.28)

где ,- активные сопротивления и индуктивности в цепях ВЭП.

ВеличинаU_В.0 меняется по синусоидальному закону (огибающая в многофазной системе), как это показано на рисунке 13.26, а ЭДС в якорной цепи Е_Я из-за инерции движущихся масс привода за время практически не меняется. Поэтому разностьU_В.0-Е_Я, стоящая в левой части уравнения (13.28) в некоторые моменты времени может быть отрицательной. При больших токах в индуктивности запасается достаточно электромагнитной энергии для поддержания тока прежнего направления (то есть непрерывного тока) даже в моменты, когда . При этом ток якоря, протекающий через вентиль, поддерживается за счет ЭДС самоиндукции.

При том же угле отпирания α, но при малой нагрузке I энергии, запасаемой индуктивностями катодной нагрузки, окажется недостаточно для поддержания тока до момента открытия очередного вентиля (в соседней фазе). В этом случае ток упадет до нуля и прервется. Кстати, отсюда следует преимущество 6-ти фазной схемы или 3-х фазной мостовой с шестифазными пульсациями с точки зрения уменьшения зоны прерывистых токов.

При токе, уменьшающемся до нуля, уменьшается и падение напряжения, возрастает выпрямленное напряжение на двигателе и скорость двигателя. Этим объясняется резкое уменьшение жесткости механической характеристики ВЭП на участке прерывистого тока, что является недостатком такого типа электропривода. Кроме того, при работе с прерывистыми токами появляются высшие гармоники, вызывающие дополнительный нагрев двигателя и трансформатора, а также отрицательно сказывающиеся на так называемое «засорение» питающей сети.

Возвращаясь снова к уравнению (13.27) механической характеристики двигателя в системе ВП-Д, отметим, что при данных параметрах УВП и двигателя и при данной нагрузке скорость двигателя определяется величиной U_В.СР, то есть углом открывания вентилей α.

Рассмотрим несколько диаграмм напряжений при различных углах α на примере трехфазного УВП, работающего в выпрямительном режиме (рис. 13.27).

При α=0° (естественное открывание вентиля) будет максимальное значение U_В.СР (заштрихованная площадка S₁).

При α=60° протекание тока в тиристорах в отрицательный полупериод под действием катодной ЭДС будет на протяжении некоторого времени благодаря запасу энергии в индуктивностях (особенно если есть катодный реактор). На рисунке 13.27 это заштрихованная площадь S₂.

U_В.СР будет пропорционально разности S₁-S₂. При чисто активной нагрузке (то есть при L=0, что можно рассматривать как чисто теоретическую абстракцию, так как в цепи якоря всегда есть L_Я) площадь S₂=0. Реально, если нет катодного реактора, то L_Я очень мало и общая индуктивность L≈0. Чем больше индуктивность L, тем больше S₂ и тем меньше U_В.СР. При прочих равных условиях S₂ увеличивается с ростом α.

При α=90° и бесконечно большой индуктивности в цепи нагрузки S₂=S₁ (см. рис. 13.27), то есть U_В.СР=0. Этот же результат следует из соотношения (приα=90°, ).

Диапазон регулирования скорости в вентильном электроприводе также, как и в системе Г-Д, определяется диапазонами Д₁ в первой зоне (при Ф_ДВ=const и U_Я=var) и Д₂ во второй зоне (при U_Я=const и Ф_ДВ=var).

Диапазон регулирования . Он значительно больше, чем аналогичный диапазон регулирования в системе Г-Д (). Увеличение диапазона регулирования в системе УВП-Д объясняется отсутствием реакции якоря генератора, отсутствием петли гистерезиса и остаточным намагничиванием. Минимальная скорость двигателя в системе УВП-Д определяется лишь устойчивостью работы электропривода. При низких скоростях теряется непрерывность вращения якоря.

Диапазон регулирования скорости вверх ослаблением магнитного потока двигателя так же, как и в системе Г-Д, составляет и также ограничивается коммутационной способностью двигателя, ухудшающейся с повышением скорости.

Таким образом, общий диапазон регулирования скорости в системе УВП-Д составляет

.

13.4.4 Механические характеристики вентильного электропривода в генераторных режимах работы

Ранее уже указывалось, что генераторные режимы работы двигателя, включенного в цепь катодной нагрузки УВП, могут быть получены тогда, когда вентильный преобразователь работает в инверторном режиме, то есть когда катодная ЭДС (ЭДС двигателя) направлена согласно с проводимостью вентиля и сама может вызвать протекание тока в нем, обеспечивая положительный потенциал на аноде.

Тип генераторного режима (рекуперация, динамическое торможение или противовключение) зависит от величины угла открывания α в инверторном режиме УВП. Например, для получения генераторного режима вентильного электропривода с рекуперацией энергии в сеть переменного тока необходимо:

– обеспечить изменение полярности ЭДС двигателя по отношению к направлению проводимости вентиля (включить их согласно);

– открывать тиристор при отрицательной полуволне анодного напряжения U₂ вторичной обмотки трансформатора. Для этого надо обеспечить угол открывания α>90°.

Рассмотрим диаграммы напряжений в трехфазном УВП при инверторном режиме и различных углах регулирования α.

При рассмотрении инверторных режимов работы УВП принято (исключительно ради удобства) оперировать не углом регулирования α (угол опаздывания по отношению к естественному открыванию вентиля), а так называемым углом опережения открывания (β), который равен: β=π-α, то есть β<90°.

Величину β в инверторном режиме подбирают таким образом, чтобы U_В.СР УВП было бы меньше Е_ДВ.. Если не выполнять условия U_В.СР≤Е_ДВ,, то не будет положительного потенциала на аноде вентиля, то есть не будет инвертирования. Разность между Е_ДВ и U_В.СР уравновешивается падениям напряжения на вентиле и сопротивлениях цепи нагрузки.

Рассмотрим диаграммы напряжения при инвертировании при различных углах β (рис. 13.28).

В точке «а» открывается вентиль 1 (при отрицательной полуволне U₂). Этот вентиль будет открыт до точки «б», в которой открывается вентиль 2 и т.д.

При β≤30° вентили открыты только при отрицательной полуволне U₂.

При увеличении угла β более 30° вентили открываются раньше и какую то часть времени работают при положительной полуволне U₂. Поэтому с увеличением β происходит уменьшение U_В.СР, как это показано, например на рисунке 13.28 при β=60°.

При β=90° продолжительность работы вентиля при +U₂ и при -U₂ одинаковы (по 60°). Поэтому при β=90° U_В.СР=0, то есть инверторный режим становится уже невозможен. В этом случае вся Э.Д.С. двигателя компенсируется падениями напряжения на сопротивлениях цепи нагрузки и в самом вентиле. Энергия через трансформатор в сеть не попадает. Это режим динамического торможения.

На всех рисунках графиков напряжений при различных β (рис.3.28) штриховкой показаны мгновенные значения анодного напряжения (разность между Е_ДВ-U₂).

При β≤30° это напряжение всегда положительно. На рисунке 13.28 оно для удобства показано ниже оси абсцисс (не надо забывать, что в инверторном режиме Е_ДВ положительно, а U₂ отрицательно). Величина Е₂ отложена ниже оси абсцисс лишь для наглядности рисунка.

Инверторный режим работы УВП отличается от выпрямительного режима еще и тем, что инвертирование может происходить лишь при принудительном открывании вентилей, а не при естественном.

Если принудительного открывания последующего вентиля не будет (например, за счет пропуска в подаче импульса на открывание вентиля), то ток в работающем (предыдущем) вентиле не прекратится, так как напряжение на его аноде будет возрастать за счет уменьшения мгновенного значения напряжения отрицательной полуволны U₂. Это очень наглядно видно на рисунке 13.28 для β=30°. Таким образом, протекание тока через предыдущий вентиль не прекратиться, он будет продолжать работать и при положительной полуволне U₂, что приведет к чрезмерному увеличению анодного тока – к опрокидыванию инвертора.

С точки зрения предотвращения опрокидывания инвертора нельзя устанавливать угол β=0°, так как открывание вентиля должно быть начато до установления равенства фазных напряжений на запираемом и открываемом вентилях. Кроме того, необходимо учесть явление перекрытия анодов и необходимость в определенном минимальном времени для восстановления запирающих свойств p-n перехода в тиристоре после прекращения протекания тока через вентиль. Поэтому для нормальной работы инвертора необходимо, чтобы:

β≥ν+ψ+δ,

где ν – угол перекрытия анодов (угол коммутации вентиля, равный 7-8 град. эл.);

ψ – угол восстановления запирающих свойств p-n перехода (≈3-5 град.эл.);

δ – некоторый угол запаса для учета возможной несимметрии анодных напряжений и отпирающих импульсов СИФУ.

Обычно сумма этих углов, то есть град.эл.

Процесс торможения двигателя в вентильном электроприводе при инверторном режиме работы УВП производится следующим образом:

1. в начальный момент торможения с помощью СИФУ устанавливается минимальный угол β≈20°, который обеспечит режим торможения с рекуперацией энергии в сеть. Ток торможения, определяемый разностью между Е_ДВ и U_В.СР не должен превосходить допустимой величины.

2. в процессе торможения снижается скорость двигателя и его ЭДС Следовательно, при снижении Е_ДВ уменьшается тормозной ток и тормозной момент. Для того, чтобы уменьшить время торможения, надо вести процесс торможения, поддерживая ток на максимально допустимом уровне (I_{МАКС.ДОП.}). Поэтому в процессе торможения надо непрерывно увеличивать угол β по мере снижения ω и Е_ДВ. При этом разность Е_ДВ-U_В.СР должна оставаться постоянной, обеспечивая I_{МАКС.ДОП}. В современных схемах автоматического управления процесс поддержания допустимого уровня тормозного тока (момента) обеспечивается специальными регуляторами тока.

3. при β=90° U_В.СР=0, и двигатель остановится. Если теперь продолжать дальнейшее увеличение β (то есть уменьшение угла α от 90° к 0°), то УВП начнет работать в выпрямительном режиме, а двигатель начнет разгоняться в противоположном направлении, начнется реверсирование электропривода. При этом за счет интенсивности изменения α можно обеспечить разгон двигателя при I_ПУС=const (величина I_ПУС=const определяется коммутацией или допустимым током якоря с точки зрения нагрева).

В инверторном режиме Е_ДВ уравновешивается суммой встречно-направленных U_В.СР преобразователя и падениями напряжений в вентиле и сопротивлениях нагрузки, а также за счет дополнительного падения напряжения при перекрытии анодов.

Уравнение электрического равновесия ВЭП для инверторного режима работы УВП запишется следующим образом:

. (13.29)

Знак «-» перед Е_ДВ берется потому, для инверторного режима работы УВП надо, чтобы Е_ДВ была бы с обратным знаком (то есть согласно с проводимостью вентиля).

Для получения уравнения механической характеристики ВЭП в инверторном режиме преобразуем уравнение (13.29), заменив в нем α через β:

, или, учтя, что и,

. (13.30)

Из соотношения (13.30) получаем уравнение электромеханической и механической характеристик:

; (13.31)

. (13.32)

Так же, как и для двигательного режима ВЭП с выпрямительным режимом работы УВП, имеет место область прерывистых токов. Причина образования прерывистых токов в инверторном режиме УВП та же, что и в выпрямительном режиме работы его.

Характеристики ВЭП, соответствующие соотношениям (13.31) и (13.32) будут иметь вид, показанный на рисунке 13.29.

Здесь (-I) – это ток, отрицательный лишь для двигателя. В преобразователе направление тока в выпрямительном и в инверторном режиме не меняется.

Так же, как и для выпрямительного режима, при инвертировании имеет место зона прерывистых токов при малых нагрузках. И в этой зоне – резкая нелинейность характеристик.

Итак, все электромеханические (механические) характеристики ВЭП могут быть представлены в координатах ω-i(M) при различных углах α открывания тиристоров (напомним, что β=π-α). Для большей наглядности и для аналогии с электроприводом системы Г-Д характеристики ВЭП представляют так (см. рис. 13.30).

Таким образом, ВЭП может работать как в двигательном, так и в 3-х генераторных режимах, плавно переходя из одного в другой при изменении угла регулирования α при помощи СИФУ.

Очень важным является вопрос сопряжения механических характеристик ВЭП в двигательном и генераторных режимах работы (при переходе из одного режима в другой не должно быть больших толчков тока).

При правильном сопряжении характеристика инверторного режима (см. рис. 13.31) должна быть продолжением характеристики двигательного режима (без учета области прерывистых токов). Это будет при следующем соотношении углов α и β, вытекающем из уравнений внешних характеристик УВП.

Для выпрямительного режима – соотношение (13.26):

.

Для инверторного режима – соотношение (13.31):

.

При правильном сопряжении характеристик при условии, что среднее значение прерывистого тока І=0, из приведенных соотношений (13.26) и (13.31) следует:

, откуда

. (13.33)

Связь между углами α и β должна удовлетворять (13.33), иллюстрирующему соотношение углов для так называемого линейного согласования при раздельном управлении вентильными группами.

При нелинейном согласовании характеристик при так называемом совместном управлении вентилями (см. рис. 13.32) будут большие броски тока в момент перехода от выпрямительного режима к инверторному. Вопрос согласования характеристик вентильных групп в реверсивном УВП подробно рассматривается в курсе «Элементы автоматизированного электропривода».

13.4.5 Основные схемы главных цепей ВЭП, их регулировочные свойства и области применения

Классификация основных схем главных цепей ВЭП приведена на рисунке 13.33.

Рассмотрим их принцип действия и области рационального применения, указав на принципиальных схемах лишь основные элементы, необходимые для понимания принципа действия ВЭП.

Схема главных цепей нереверсивного ВЭП приведена на рисунке 13.34. Эта схема ВЭП применяется для механизмов либо совсем не требующих реверса, либо реверс которых производится очень редко (не для технологического процесса, а для настроечных работ). В таких случаях реверс электропривода производится за счет изменения полярности магнитного потока в обмотке возбуждения двигателя (на схеме рис. 13.34 реверс Ф_ДВ не показан).

Перед началом торможения вентили выпрямителя В запираются, линейный контактор КЛ отключается, а контактор КТ включает контур динамического торможения с добавочным сопротивлением r_Т.

Для сглаживания выпрямленного тока в цепи якоря в двигательном режиме используется сглаживающий дроссель СД. Диапазон регулирования скорости в этой схеме ВЭП за счет изменения U_В.СР - (здесь и далее на схемах силовых цепей ВЭП не показаны СИФУ для управления вентилями УВП).

Схема главных цепей реверсивного ВЭП без рекуперации энергии в сеть показана на рисунке 13.35

Переключение контакторов для реверса полярности напряжения на якоре двигателя осуществляется при отсутствии якорного тока, то есть при закрытых вентилях В. Это позволяет применить контакторы меньшего габарита на меньший номинальный ток.

Как и в предыдущей схеме на рисунке 13.34 диапазон регулирования скорости в рассматриваемой схеме ВЭП .

Достоинство схемы – ее простота. Однако она неэкономична из-за отсутствия режима рекуперации энергии в сеть. ВЭП по схеме рисунка 13.35 не допускает большого числа включений (реверсов) в час, величина которых лимитируется числом включений реверсивных контакторов КВ и КН.

Схема применяется в электроприводах малой и средней мощности, для которых.

Схемы главных цепей реверсивных ВЭП с рекуперацией энергии в сеть.

Рекуперация энергии в сеть переменного тока получается при инверторном режиме работы УВП, который получается при изменении полярности Э.Д.С. двигателя. Изменение полярности Э.Д.С. двигателя в ВЭП может быть осуществлено с помощью переключателей (контакторов) в главной цепи – цепи якоря двигателя, либо путем применения одной из схем с двойным комплектом вентильных преобразователей (так называемые бесконтактные схемы реверса ВЭП). Рассмотрим подробнее эти схемы.

Схема с одним комплектом вентилей и переключателями в главной цепи.

Такая схема ВЭП показана на рисунке 13.36. Работа двигателя здесь осуществляется следующим образом:

Пуск. Включаются контакты КВ (или КН) при закрытых вентилях В (α=90°). Затем угол регулирования (открывания) плавно уменьшается до нуля. При этом растет U_В.СР выпрямителя и растет скорость двигателя.

Торможение. Перед началом торможения вентили быстро запираются (α увеличивается до 150°-160°, то есть β=20°-30°), при быстром изменении α скорость двигателя практически не меняется. Затем переключаются контакты КВ (или КН), меняя знак ЭДС двигателя по отношению к U_В.СР. Начинается инверторный режим УВП и генераторное (в режиме рекуперации) торможение двигателя. По мере уменьшения скорости уменьшается и ЭДС двигателя. Поэтому в процессе торможения надо плавно увеличивать угол β, чтобы поддерживать постоянный тормозной ток. К концу торможения β=α=90°, U_В.СР=0, двигатель останавливается, контакты КВ (или КН) надо отключить.

Реверс. То же, что и при торможении, но после остановки двигателя надо не отключить, а переключить реверсивные контакты и продолжить уменьшение угла α от 90° к нулю. Произойдет разгон двигателя в обратном направлении.

Наличие контактных переключателей в главных цепях снижает надежность такого ВЭП. Схема управления им получается сложной, так как СИФУ необходимо блокировать с положением контактов переключателя.

Для этой схемы очень важно правильное сопряжение механических характеристик двигателя в генераторном и двигательном режимах, показанное в разделе 13.4.4.

Схемы с переключателем в якорной цепи двигателя уменьшают время реверса электропривода, минимальная величина которого составляет порядка 0,1 с. Это обусловлено необходимостью выполнения определенной последовательности операций по изменению угла α и переключению реверсирующих якорь двигателя контактов.

Для уменьшения времени реверса применяют рассматриваемые далее бесконтактные схемы ВЭП с двумя комплектами вентилей.

Схема с двумя комплектами перекрестно-включенных вентилей в главных цепях двигателя.

Схемы с перекрестно-включенными вентильными группами называются также «восьмерочными схемами». В этих вентильных электроприводах каждый комплект вентилей, включенных по нулевой (рис. 13.37) или мостовой (рис. 13.38) схеме, получает питание от изолированных друг от друга вторичных обмоток трансформаторов. Возможно применение специального 3-х обмоточного трансформатора или двух отдельных трансформаторов. В последние годы наибольшее применение (из перекрестных схем) получили схемы ВЭП с 3-х обмоточными трансформаторами, так как в этих схемах лучше используются вторичные обмотки трансформатора, уменьшается типовая мощность (суммарная мощность обмоток трансформатора) по сравнению с вариантом перекрестной схемы, в которой каждая вентильная группа питается от вторичной обмотки отдельного трансформатора.

На рисунке 13.37 показана перекрестная схема реверсивного ВЭП с трехфазными УВП, собранными по нулевой схеме, а на рисунке 13.38 - с трехфазными УВП, собранными по мостовой схеме.

Рассмотрим подробнее работу ВЭП с перекрестными включением вентильных групп В1 и В2 в УВП.

Особенность схем рисунков 13.37 и 13.38 состоит в том, что напряжения на В1 и В2 находятся в фазе, и это создает определенные особенности в управлении режимами работы ВЭП.

Перед пуском обе вентильные группы В1 и В2 закрыты, то есть α₁=α₂=90° (см. рис. 13.39). Для пуска «вперед» надо открыть вентили группы В1, то есть уменьшить α₁ от 90° до 0°. При этом вентили групп В1 работают в выпрямительном режиме, двигатель разгоняется, получая энергию из сети через вентили В1.

Темп измененияα₁ должен быть таким, чтобы поддерживать пусковой ток на максимально-допустимом уровне.

Одновременно с уменьшением α₁ производится увеличение α₂ сверх 90°, что подготавливает группу вентилей В2 к инверторному режиму. Анодного тока в В2 не будет. Увеличение α₂ должно быть таким, чтобы U_В.СР вентилей группы В2 было больше ЭДС двигателя. Тогда аноды вентилей В2 будут отрицательны за счет потенциала ЭДС двигателя.

Для пуска «назад» изменение α₁ и α₂ производится в обратном порядке, то есть α₂ уменьшается от 90° до 0°, а α₁ увеличивается сверх 90°. При этом группы вентилей В2 работают в выпрямительном режиме, обеспечивая разгон в обратном направлении, а вентили В1 подготавливаются к инверторному режиму.

Торможение и реверс двигателя (при работе его, например, в направлении «вперед») производится одновременным изменением углов α₁ и α₂, причем α₁ надо увеличивать до 90°, а α₂ – уменьшать до 90°. При этом изменение углов α₁ и α₂ надо производить так быстро, чтобы U_В.СР вентилей В1 было бы все время меньше Э.Д.С. двигателя. Тогда двигатель на будет получать энергии из сети через вентили В1 и начнет тормозиться (с рекуперацией энергии в сеть через В2), если Э.Д.С. двигателя в процессе торможения все время будет больше U_В.СР вентилей В2, которые работают в инверторном режиме.

Недостаток рассмотренных схем ВЭП – двойная установленная мощность трансформаторов, вентилей и уравнительных реакторов (УР1, УР2). Благодаря наличию двух комплектов вентилей, мгновенные значения выпрямленных напряжений которых могут быть не равны (что чаще всего и бывает), – в перекрестной схеме возникают уравнительные токи, величина которых зависит от соотношения углов α₁ и α₂ в группах вентилей В1 и В2.

Разность мгновенных напряжений в вентильных группах В1 и В2 имеет место даже и в том случае, когда U_В.СР одинаковы на двух группах вентилей (то есть когда α₁=α₂). Контур уравнительного тока показан на рисунке 13.37 и 13.38 пунктиром. Это ток протекает мимо двигателя и сглаживающего дросселя СД между двумя группами вентилей. Уравнительный ток может быть непрерывным и прерывистым. Уравнительные реакторы УР (их еще называют катодными реакторами) влияют лишь на уменьшение прерывистого тока, не влияя на непрерывный уравнительный ток. Наличие того или иного тока определяется величиной углов α и β. Непрерывный уравнительный ток не будет появляться тогда, когда . Наличие уравнительных токов – существенный недостаток перекрестных схем ВЭП.

Область рационального применения этих схем – системы вентильного электропривода УВП-Д мощностью более 500 кВт, когда увеличение стоимости двух комплектов оборудования окупается быстродействием, обеспечиваемым в таких электроприводах.

Схема с двумя комплектами параллельно-встречно включенных вентильных групп.

Эти схемы также схемами с противопараллельным включением вентилей. В этих схемах оба комплекта вентилей получают питание от одной группы вторичных обмоток одного питающего трансформатора. Принципиальные схемы таких ВЭП показаны на рисунке 13.40 (для нулевой схемы включения вентилей) и на рисунке 13.41 (для мостовой схемы).

Кроме этих схем используется схема питания вентильных групп от 3-х обмоточного трансформатора с двумя вторичными обмотками, как это в однолинейном изображении показано на рисунке 13.42.

Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения используется включение вторичных обмоток трансформаторов по схемам «звезда»/«звезда – зигзаг» или «звезда»/«две обратные звезды», как это показано на рисунке 13.43.

Применение схем с встречно-параллельными вентилями позволяет подавать питание на оба комплекта вентилей (В1 и В2) от одной группы вторичных обмоток трансформатора. В этих схемах лучше используются трансформаторы, и это позволяет снизить их габариты и мощность примерно на 20-25% за счет уменьшения числа обмоток (по сравнению с перекрестными схемами).

В рассматриваемых ВЭП с УВП различают так называемую анодную группу вентилей (В1) и катодную группу (В2).

Принципиальное отличие схем с встречно-параллельным включением вентилей состоит в том, что напряжения катодной и анодной групп вентилей находятся впротивофазе (см. рис. 13.44). Второе отличие – уравнительные реакторы (УР) включаются не между нулевыми точками трансформаторов (как это видно на рисунке 13.37 для перекрестной схемы), а между общими точками вентилей соответственно в катодной и анодной группах вентилей.

Процесс управления двигателем при встречно-параллельной схеме включения вентильных групп производится аналогично управлению при перекрестной схеме включения, то есть изменением α₁ и α₂ для вентильный групп В1 и В2, поочередно работающих в выпрямительном и инверторном режимах.

Углыα₁ и α₂ для двух вентильный групп меняются одновременно, будучи между собой в определенном согласовании, которое определяется способом управления комплектами вентилей (вентильными группами):

1) При так называемом совместном управлении управляющие сигналы от СИФУ подаются на оба комплекта вентилей, но так чтобы соблюдалось соотношение: U_ВИ≥U_ВВ, где U_ВИ – выпрямленное напряжение инверторной группы вентилей, а U_ВВ – выпрямленное напряжение вентильной группы, работающей в выпрямительном режиме. Этот способ управления обеспечивает большее быстродействие ВЭП. При совместном согласованном способе управления всегда возникает уравнительный ток, протекающий между группами вентилей, то есть всегда необходимы уравнительные реакторы.

2) Прираздельном управлении вентильными группами управляющие сигналы подаются на тот комплект вентилей, который в данный момент должен работать (в выпрямительном или инверторном режиме), а второй комплект вентилей закрыт. При этом способе управления нет уравнительных токов и, следовательно, нет необходимости в уравнительных реакторах. Для изменения режима работы УВП (для переключения вентильных групп) используется специальное переключающее устройство, которое контролирует наличие тока в УВП. При I=0 снимаются управляющие импульсы с ранее работавшего УВП и после небольшой паузы (5-10 мс) управляющие импульсы подаются на второй комплект вентилей. Таким образом, при раздельном управлении всегда есть небольшая пауза при переключении вентильных групп, что снижает быстродействие ВЭП.

Недостаток ВЭП с раздельным управлением вентилями (кроме паузы при переключениях) – необходимость в очень высокой надежности работы схемы переключения.

В современных ВЭП наибольшее применение все же получили системы раздельного управления как более простые.

Кроме рассмотренных схем питания якорных цепей от УВП, имеются схемы ВЭП, в которых от УВП питаются обмотки возбуждения электрических машин (так называемые системы вентильного возбуждения), а также ВЭП, у которых от УВП питаются как главные цепи, так и цепи возбуждения.

Схемы питания обмоток возбуждения двигателей от УВП строятся по тем же принципам, что и схемы питания якорных цепей (то есть перекрестные и встречно-параллельные схемы).

ВЭП с регулированием скорости только вверх за счет ослабления магнитного потока в обмотках возбуждения, питающихся от УВП, имеют высокий cos φ. Однако эти ВЭП более инерционны по сравнению с ВЭП, у которых регулируется напряжение якоря двигателя.

Как уже указывалось ранее, общий диапазон регулирования скорости в ВЭП составляет .

152