10. Обращение потока мощности в электромашинной системе электропривода(система г-д) и в тиристорном нереверсивном электроприводе (система тп-д)

Инвертирование - процесс преобразования электрической энергии постоянного тока в энергию переменного тока. Преобразователь, осуществляющ. процесс передачи энергии от источника постоянного тока в сеть переменного тока(инвертор). Т.к.его электрические параметры на стороне переменного тока (частота переменного тока, действующее значение напряжения) в этом случае полностью определяются параметрами сети, то такой инвертор называют зависимым, или ведомым сетью.

Система Г-Д (Рис 1)

Система использ. на подъемных установках, (шахтных подъемников для операции “перегон порожних подъемных сосудов”.В исходном состоянии правый(П) подъемный сосуд находится в верхнем положении, левый-(Л) в нижнем. Цель “перегона”- поменять подъемные сосуды местами. Вес пустых сосудов одинаков и они уравновешивают друг друга. Но надо учитывать вес каната , т.к. на глубоких шахтах он может иметь большие значения. В начале “перегона” электрическая машина “=М”должна развивать двигательный момент для движения вверх “левого” сосуда вместе с тяжелым подъемным канатом. Когда подъемные сосуды окажутся по середине, Л и П ветви уравновесятся, а при дальнейшем движении П, будет раскручивать шкив “Ш ”, а значит, и якорь машины “=М”, под действием спускаемого подъемного сосуда и более длинной ветви каната. Машина “=М”должна оказывать тормозное воздействие на раскручиваемый грузом шкив. Рассмотрим виды преобразования и направление энергии В начале этой операции электрическая машина “~М”, потребляя из сети переменного тока Эл. эн., т.е. работая в режиме двигателя(Д), преобразует ее в механическую энергию вращающегося вала, который вращает якорь электрической машины постоянного тока G. Эта машина, будучи возбужденной, работая в режиме генератора(Г) постоянного тока, преобразует полученную механич. энергию в Эл. эн. постоянного тока. Эта энергия, в виде тока и напряжения по проводам поступает на якорь машины “=М”, где преобразуется в механическую энергию вращающегося шкива “Ш” и энергию, необходимую для подъема Л подъемного сосуда вместе с канатом.Т.о. Эл. эн. потребляется из сети переменного тока, претерпевает ряд преобразований, и, в конечном счете, используется для выполнения механической работы. Назовем такое направление энергии прямым.

Подробнее режимы работы Эл. машин постоянного тока: “G” и “=М”. Машина “G” работает в режиме Г постоянного тока. Она создает ЭДС E_G, под действием которой создается ток в якорной цепи обеих машин.

В статическом режиме работы ток I_я определяется выражением: I_я = (E_G - E_М )/  R_я.ц.

Такое выражение для тока I_я связано с тем, что ЭДС E_М направлена встречно с ЭДС E_G и величина тока зависит от разности этих ЭДС. Т.к. в начале процесса “перегона” груз оказывает тормозящее действие на якорь машины “=М”, ее ЭДС, зависящая от частоты вращения, меньше, чем ЭДС E_G и направление тока в якорной цепи совпадает с направлением ЭДС E_G.

Эта сонаправленность ЭДС и тока являются признак источника Эл. эн..

Если же направление ЭДС и тока встречное, то это - приемник эл.энергии.

По мере перемещения Л ветви каната, вверх происходит снижение нагрузки на вал двигателя “=М”, частота вращения его ↑, ЭДС E_М ↓, что приводит к ↓I_я . Когда ветви каната уравновесятся, сравняются по величине и встречные ЭДС E_М и E_G.

I_я на какое- то мгновение станет =0, что означает, что в данный момент нет ни приемника, ни источника Эл. эн.. Но как только П ветвь перевешивает Л, спускаемый груз начинает ускорять вращение машины “=М”. Ее ЭДС >E_G, I_я меняет свое направление. Момент смены направления тока- переход приемника энергии “=М” в источник, а машина G- приемник энергии.

С этого момента поток энергии меняет свое направление на обратное. Она вырабатывается в виде механической энергии спускаемого груза и поступает в виде Эл. эн. в питающую сеть. Таким образом в рассмотренной системе Г- Д смена режимов работы Эл-их машин происходит автоматически без каких-либо переключений в схеме.Движение подъемных сосудов происходит приблизительно с постоянной скоростью, а приводной электродвигатель “=М” обеспечивает на первом этапе пути подъемных сосудов вращательный момент, т.е. работает в Д режиме, а на втором, заключительном этапе- тормозной момент, т.е. работает в Г режиме.

Система ТП-Д(Рис.2)

Сложность потому, что не удается изменить направление тока в якорной цепи, вследствие односторонней проводимости вентилей. В работу схемы необходимо вмешательство. Рассмотрим описанный ранее “перегон порожних сосудов”, заменив машины ~М и G на один тиристорный преобразователь (ТП).

При движении Л сосуда вверх до середины, машина “М” работает в Д режиме, а преобразователь- в выпрямительном. Их ЭДС направлены встречно, но т.к. E_d превышает величину E_М , ток I_d совпадает по направлению с ЭДС E_d .

В соответствии с признаками ,ТП является источником, а машина “М”- приемником эн. После перехода положения равновесия сосудов, Л ветвь окажется короче П и машина “М”, раскручиваемая более тяжелой П ветвью, увеличит свои обороты. При этом, ↑ значение ЭДС E_М>E_d , однако I_d изменить свое направление на противоположное не сможет- этому помешает односторонняя проводимость вентилей. Это означает, что машина “М” не становится источником, а ТП- приемником эн. Для этого, не изменяя направление тока в якорной цепи на обратное, необходимо поменять полярность ЭДС ТП и машины “М”. В ТП это достигается изменением величины угла управления  . Его нужно сделать большим, чем 90. Выполняется это воздействуя на систему ТП. Т.е. в силовой цепи преобразователя никаких переключений делать не требуется. Изменить полярность ЭДС машины “М”, можно 3 сп-ми:

4. Изменить направление вращения машины на обратное, что для нас не подходит;

5. Переключить силовые провода (точки 1 и 2) на противопол. щетки якоря машины “М”;

6. Поменяв направление тока обмотки возбуждения на противоположное, изменив, например, полярность напряжения возбуждения U_в.

Выберем 3: при этом, будет обеспечен перевод машины “М” в режим работы источником эн , а ТП- в режим работы приемником эн. На схеме видно, что направление тока I_d не меняется, а направление ЭДС машины “М” и ТП соответствуют пунктирным стрелкам. Среднее значение ЭДС E_М должно превышать E_d . ЭДС E_М “приталкивает” ток I_d в фазы питающего трансформатора, в основном, когда ЭДС этих фаз направлены встречно протекающему току. Диаграммы напряжения и тока при работе ТП в режиме приемника энергии, т.е. в инверторном режиме приведены на рис 3.

Работа ТП в инверторном режиме, возможна при условиях:

4. Нагрузка должна содержать в своем составе источник постоянной ЭДС-E_М ;

5. Схема долж. обеспеч-ть возмож-ть протекания I_d в направлении ЭДС наг-ки, т.е. полярность E_М должна совпадать с проводящем направлением вентилей. Для выполнения этого требования мы изменим полярность ЭДС E_М на E_М;

6. Тиристорный преобразователь должен вырабатывать ЭДС E_d, направленную встречно ЭДС нагрузки и встречно проводящему направлению тиристоров;

7. Среднее значение ЭДС нагрузки должно превышать ср. значение ЭДС ТП.

(Рис 3)

схемамы, изображающие выпрямит. и инверт. режимы работы ТП: зависимость, связывающая управляющий фактор () величиной выпрямленного напряжения (E_d ) справедлива и для режима инвертир-я. При этом  > 90, E_d < 0;