17.Реверсивный вентильный электропривод. Способы реверсирования. Классификация реверсивных вентильных электроприводов.

Способы реверса вентильных электроприводов.

Односторонняя проводимость вентилей затрудняет реверс эл.привода. В противопол-ть сист. Г- Д, где непрерывным и плавным ↓ возбужд-я Г можно сначала затормозить привод, переводя его в режим рекуперативного торможения, а затем, изменив полярность напряж. Г разогнать Д в противополож. направл., в вентильном приводе такой реверс выполнить сложнее. Проследим, как изменяется направл. потока энергии в сист. Г- Д. В исходном сост., когда осуществляется движ-е эл.привода “вперед”, Г пост. тока явл-ся источником энергии (ЭДС и ток совпадают по направл.), а Д- приемником (ЭДС и ток направл. встречно).При плавном ↓ возбужд-я Г его ЭДС ↓, становится < встречной ЭДС Д и ток якоря при этом изменяет свое направл. на противополож. Сейчас уже бывший Д стал источником энергии, а бывший Г- приемником. Это энергия вращения маховых масс эл.привода и механизма, претерпев ряд превращений из механической- в электрическую и обратно в виде эл.энергии переем. тока отдается в пит. сеть. Ключевой момент в этой цепи превращений энергии- изменение направл. тока якоря. В сист. Г- Д это происходит без затруднений. В системе ТП-Д это сопряжено с трудностями. Поэтому при необходимости осуществлять реверсир-е сх. вентильного эл.привода приходится усложнять. Сх. реверс-го вентильного эл.привода можно разбить на 2 основные группы:

1.Сх. с одним комплектом вентилей и переключениями в цепи якоря или возбуждения;

2.Сх. бесконтактного реверса. Бесконтактный реверс может быть получен за счет использования двухкомплектных вентильных преобразователей, выполненных на вентилях с односторонней проводимостью (тиристорах).

1-я группа сх. реверс. вентильного эл.привода, имея одно «+»- дешевизну, т.к. здесь используется простой и дешевый однокомплектный вентильный преобразователь,но не нашла такого широкого распространения, как 2-я группа схем. Это обусловлено целым рядом существенных «-» реверс-го эл.привода с одним комплектом вентилей. Главные «-» первой группы:

1.Невысокое быстродействие; 2.Броски тока при переключениях; 3.При знакопеременной нагрузке трудности с регулир-ем скоростей привода из-за необходимости частого перекл-я из двигательного в тормозной режимы, и наоборот;

4.Износ реверсивных контакторов при большой частоте включений и отсутствие надежных контакторов на токи более (500  600)А. Реверсоры на большие мощности получаются громоздкими, тяжелыми, дорогими и недостаточно надежными.

В соответствии с отмеченными «+» и «-» схемы с переключениями в цепи возбужд-я и в цепи якоря применяются для эл.приводов небольшой и средней мощ-ти со сравнительно небольшой частотой включений (до нескольких сот в час).

Бесконтактные реверсивные схемы с двухкомплектными ТП.

Когда требуются предельно быстрые реверсы и большая частота последних и нужны плавные и быстрые переходы с высших скоростей на низшие, применяются не схемы с переключениями, а бесконтактные схемы с двумя группами вентилей в цепи якоря, каждая из которых предназначена для питания Д в одном направлении (реверсивные тиристорные преобразователи- РТП).

РТП обеспечивают более плавный переход из двигат. режима в тормоз. Поэтому они примен-ся также и для нереверсивных эл.приводов, если нагрузка имеет знакопеременный хар-р, а производственный механизм требует точного поддержания скорости.

Сх. реверсивных вентильных эл.приводов с двумя комплектами вентилей делятся на два основных класса:1.перекрестные схемы (или восьмерочные);2.встречно- параллельные (противопараллельные).

В перекрестных сх. силовой трансф-р (Тр) имеет две изолированные группы вторич. обмоток, каждая из которых питает свою группу вентилей: ТПВ и ТПН. Для нулевых схем выпрямления (рис 42) группы вентилей ТПВ и ТПН соединены в виде “восьмерки”, а нагрузка включена м/у нулевыми точками втор. обмоток трансф-ра или, что то же самое, м/у катодами групп вентилей (на сх.- м/у внешними зажимами уравнительных дросселей 1ДУ и 2ДУ, которые в др. схемах могут отсутствовать).В преобразователях с мост. сх. выпрямления (рис 43) нагрузка включается м/у общей точкой соед-я уравнительных дросселей 1ДУ и 2ДУ и общей точкой соед-я анодов группы ТПВ и катодов группы ТПН.

Встречно-║ или противо-║ сх. (рис 44, 45) - имеют одну группу втор. обмоток пит. трансф-ра.При нулевых сх. выпрямления к каждой фазе трансф-ра подключено по 2 встречно работающих вентиля, так что катод одного соединен с анодом др. На стороне нагрузки для одного направл-я тока вместе соединены все катоды, а для др. направл-я тока- все аноды. Анодные (ТПН) и катодные (ТПВ) группы вентилей соединены м/у собой ч-з 2 уравнительных дросселя. Нагрузка (т.е. якорь Д) подключена м/у нулевой точкой втор. обмотки трансф-ра и общей точкой уравнительных дросселей. При мост. сх. выпрямления (рис...) якорь Д подключается м/у общими точками соед-я уравнительных дросселей 1ДУ- 4ДУ и 2ДУ- 3ДУ.Сравнивая перекрестные и встречно-║ сх.,можно отметить «+» и«-» каждого из классов.

«-» перекрестных сх. явл-ся необходимость иметь более дорогой и хуже используемый трансф-тор с двумя комплектами втор. обмоток.

«+»- меньшее число уравнительных дросселей в 3-хфазной мост. сх. (наиболее распространенной в вентильном эл.приводе) и меньшая их индуктивность.

Во встречно-║ сх. размер и стоимость трансф-ра< , т.к. требуется только одна втор. обмотка. Более того, при применении противо║ сх. можно вовсе обойтись без трансф-ра, если уровень напряж. сети перем. тока соответствует потребной вел-не выпрямленного напряж. Правда, в этом случае возможно превышение критич. значения нарастания анодного тока в вентилях. Поэтому приходится устанавливать в 2-х фазах воздушные реакторы. Для их изготовления требуется большое кол-во меди, что, в какой-то степени, ↓ преимущество этих схем.

«-» встречно-║ сх. явл-ся большие значения перем. ЭДС в контуре уравнит. тока, из-за чего приходится ↑ индуктивность уравнит. дросселей→ габариты, массу и стоимость.

В сх. с двумя комплектами вентилей при одном направл-и вращения в выпрямительном режиме работает одна группа вентилей, а при противоположном- др. Когда одна группа вентилей работает в выпрямит. режиме, др. подготовлена к режиму инвертирования. Процесс реверса может проходить двумя разными способами:

5. без запирания неработающей группы;

6. с запиранием неработающей группы.

18.Совместное управление комплектами реверсивного ТП.Принцип безлюфтового сопряжения статистических характеристик выпрямительного и инвентарного режимов работы реверсивных ТП. Линейное согласованное управление.

Системы с совместным управлением вентильными группами реверсивного ТП.

При совместном управлении включающие импульсы подаются на управляющие электроды вентилей обеих групп.

Сист. с совместным управлением подразделяются на два типа:

1.Сист. с одноканальным управлением, или сист. с жестким однозначным согласованием углов управления реверсивных групп ₁ и ₂;

2.Сист. с двухканальным управл-ем, или сист. с автоматич. регулир-ем уравнит. тока.

В одноканальных сист. имеется лишь 1 канал управл-я, по которому осуществляется одновременное воздействие на углы управл-я обеих вентильных групп. При этом обеспечивается однозначное жесткое соответствие м/у углами управл-я ₁ и ₂ групп, т.е. каждому значению угла управл-я первой группы ₁ соответствует строго определенное значение угла управл-я др. группы ₂. Соотношение м/у углами ₁ и ₂ определяется принятым законом согласования, хар-ками сист. управл-я и ее настройкой.

В двухканальных сист. имеются 2 отдельных канала управл-я. Один из каналов воздействует на работающую группу вентилей и тем самым определяет основной режим работы эл.привода. Второй канал управл-я воздействует на неработающую группу вентилей и служит для регулир-я вел-ны уравнит. тока. Поэтому двухканальные сист. управл-я называют также сист. с автоматич. регулированием уравнит. тока.

Системы с безлюфтовым сопряжением механических характеристик.

Для обеспечения безлюфтового перехода из двигательного режима в тормозной (генераторный) необходимо, чтобы скорость х.х. двигателя(Д) при подходе к ней со стороны двигательного режима _х.х.дв. равнялась скорости х.х. при подходе к ней со стороны тормозного режима _х.х.т : _х.х.дв = _х.х.т (3- 27)

Т.к. _х.х.дв = U_{d вх.}/ c_e ; _х.х.т = U_{d их.}/ c_e (3- 28)

где: U_{d вх} – напряж. х.х. выпрямительной групп; U_{d их} – напряж. х.х. инверторной группы.

Из соотношений (3- 27) и (3- 28) → что для получения безлюфтового сопряжения хар-тик необходимо, чтобы напряж. х.х. выпрямительной и инверторной групп были = по вел-не. Если не учитывать области прерывистого тока, т.е. считать индуктивность в якорной цепи Д бесконечно большой, то для равенства: U_{d их} = U_{d вх}

должно выполняться условие: E_d0 cos _b - U_в = - E_d0 cos  _и + U_В (3- 29)

(рис.47)

Из этого усл-я находится связь м/у углами управл-я выпрямительной (_В) и инверторной (_и) групп вентилей: cos _В + cos _и = (2U_В / E_d0 ) = 2

или: cos _В = - cos _и + 2 = cos _и + 2 (3- 30)

где  = U_В / E_d0 -относительное падение напряжения на вентиле. (3- 31)

Из соотношения (3- 30) с учетом того, что  =  -  , получается:

cos _В cos _и= cos _и ; или _и > _В (3- 32)

и _В + _и < 180 ; или ₁ + ₂ < 180 (3- 33)

Согласование хар-к выпрямительной и инверторной групп в соответствии с условиями (3-27)  (3-33) называют нелинейным (несимметричным) согласованием без люфта.

В нулевом (начальном) положении командного органа управляющее напряж., подаваемое в СИФУ ТП, =0; U_У0 = 0. В силу симметрии углы управл-я первой _{1 . 0} и второй _{2 . 0} вентильных групп при этом должны быть одинаковыми.

Угол _{1 . 0} = _{2 . 0} =  ₀ (3-34) - называют углом начального согласования хар-к.

Из соотношений (3-33) и (3-34) → что при безлюфтовом согласовании характеристик:  ₀ = _{1 . 0} = _{2 . 0} < 90,т.е. когда Д неподвижен, обе вентильные группы работают в выпрямительном режиме.

Далее, из соотношения (3- 29) и (3- 32) вытекает, что при работе привода:

E_dВ = E_d0 cos _В > E_d0 cos _и = E_dи , (3-35)

т.е. ЭДС выпрямительной группы больше ЭДС инверторной группы.

Т.о., при безлюфтовом согласовании хар-к в уравнительном контуре всегда есть постоянная составляющая выпрямленного напряж., действующая в проводящем направлении вентилей. Эта постоянная составляющая = разности ЭДС выпрямительной и инверторной групп, расходуется на покрытие падения напряж. в вентилях и активном сопротивлении контура уравнит. тока R_{у. экв} . Последнее состоит из актив. сопр-я обмоток трансф-ра R_т , уравнительных дросселей R_{у др} и эквивалентного сопр-я коммутации:

R_{у экв} = R_т + R_{у др} + (x_тр m_n / 2 ) (3- 36)

Т.к. R_{у экв} очень мало, то даже при небольшом отклонении ЭДС от соотношения (3-29) может появиться большая постоянная составляющая уравнит. тока.

Такой режим работы практически может быть устойчивым только в замкнутой сист. управл-я, когда контролируются токи в каждой вентильной группе.

Поэтому в реальных усл-ях в одноканальных сист. управл-я согласование хар-к вентильных групп производится не в соответствии с соотношениями (3- 29), (3- 30), а из усл-я: cos ₁ + cos ₂ < (2 U_В / E_d0 ) (3- 37) которому соответствуют большие значения ЭДС инверторной группы→ меньшие значения уравнит. тока.

Линейное (симметричное) согласование.

На практике довольно часто применяется так называемое линейное или симметричное согласование работы реверсивных групп в соответствии с законом: ₁ + ₂ = 180

или ₁ = ₂ (3-38)

Здесь в соответствии с (3- 22) ЭДС выпрямительной группы=ЭДС инверторной группы: E_{d в} = E_{d и} и пост. составляющая выпрямленного напряж. в уравнительном контуре =0.

Из-за наличия падения напряж. в вентилях напряж. х.х. выпрямителя U_dВ и инвертора U_dИ при данном способе согласования оказываются уже ≠:

U_dВ = E_d0 cos _В - U_В < E_d0 cos  _и + U_В = U_dИ (3- 39)

Вследствие этого скорость идеального х.х. в двигательном режиме _х.х.дв оказывается < скорости идеального х.х. в режиме рекуперативного торможения _х.х.т :

_х.х.дв=U_dВ / c_e = (E_d0 cos _В - U_В )/c_e < (E_d0 cos  _и + U_В )/c_e = U_dИ / c_e=_х.х.т (3- 40)

и мех. хар-ки привода имеют вид, показанный на рис 48:

Из рассмотрения этого рис. и из соотношения (3-40) → что при изменении знака момента нагрузки эл.двигатель начнет развивать тормозной момент лишь после того, как его скорость после предшествующего двигательного режима ↑ на вел-ну :  = _х.х.т - _х.х.дв = 2U_В/ c_e (3- 41)

Т.о., при переходе из двигательного режима в режим рекуперативного торможения будет иметь место скачок скорости, т.е. при линейном согласовании не обеспечивается безлюфтовое сопряжение хар-тик. (рис.48)

Вел-на изменения скорости, определяемая для эл.приводов с разомкнутой сист. управл-я выражением (3-41), прямо пропорциональна вел-не падения напряж. в вентилях.

Для тиристоров это падение напряж. составляет всего 1-2 вольта. Поэтому в реверсивном тиристорном эл.приводе при линейном согласовании хар-к вентильных групп изменения скорости оказываются небольшими.

Т.е. данный способ обеспечивает согласование хар-к, близкое к безлюфтовому.

В реальных установках с конечной вел-ной индуктивности в цепи выпрямленного тока (L_нагр  ) при очень малых моментах на валу благодаря наличию уравнит. токов ч-з якорь Д протекает знакопеременный прерывистый ток, и изменение скорости  происходит не резким скачком, а в некотором конечном интервале изменения момента. Этот интервал соответствует области прерывистого тока якоря. Действительная скорость идеального х.х. _х.х при этом определяется средним значением м/у _{х.х дв} и _{х.х т} .

В эл.приводах с замкнутыми сист. управл-я с обратной отриц. связью по скорости и коэф-том усиления, = “к” изменение скорости при переходе из двигательного режима в тормозной будет в (1+к) раз <, т.е. для эл.привода это изменение скорости будет совершенно незаметно.

Линейное согласование вентильных групп в соответствии с соотношением (3-38) не представляет больших технических трудностей при его практической реализации. Это является одним из его «+».