Преобразовательная техника

ГЛАВА 9. ПРИМЕНЕНИЕ ВЕНТИЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ В ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Совокупность вентильных преобразователей с электрическими машинами позволяет создать машинно-вентильные электромеханические системы, которые особенно широко применяются в электроприво-

дах постоянного и переменного , атока также в системах электроснабжения преимущественно автономных объектов.

Рассмотрим некоторые вопросы преобразователей в таких систе-

мах.

9.1. ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА

определяется целым рядом факторов, но в первую очередь – первичным источником питания.

Если первичным источником питания служит сеть переменного тока, то в качестве вентильного преобразователя в этом случае

напряжения питающей сети.

3.Изменение направления вращения в реверсивных электропри-

водах.

4.Осуществление рекуперативного торможения электродвигате-

лей.

221

При необходимости все перечисленные функции могут быть сосредоточены в одном устройстве.

Если первичный источник питания– сеть переменного тока, то выполнение первых двух пунктов перечисленных функций осуществляется изменением угла управления a вентилей управляемого выпрямителя, а рекуперативное торможение достигается переводом управляемого выпрямителя в режим зависимого инвертора. Реверс

Управление вентильными группами I и II может быть либо совместное, либо раздельное. При раздельном управлении вентильные группыI и II открываются попеременно в зависимости от того, какая из них должна работать в данном режиме. Предположим, что вентильная группаI

Одновременно с этим вентильная группаII включается в режиме зависимого инвертора, и энергия из электрической машины, работающей в генераторном режиме, перекачивается в питающую сеть переменного тока, что вызывает торможение.

Рис. 9.1. Реверсивный вентильный электропривод постоянного тока

222

aI

Id

Рис. 9.2. Перевод вентильной группы из выпрямительного в инверторный режим

Для плавного перехода от выпрямительного режима к инверторному без толчков тока необходимо соблюдение условия aI = bII . После перевода тока на вторую вентильную группу ее угол опереженияbII

223

преобразователя применяют схему реверсивного вентильного привода постоянного тока с одной вентильной группой и тиристорным реверсом Р (рис. 9.3).

T1 T2

T4 T3

Рис. 9.3. Реверсивный вентильный электропривод с тиристорным реверсором

Здесь одновременно с включением управляемого выпрямителя в выпрямительном режиме включаются тиристоры одной из диагоналей моста реверсора (например, T1 и T3 ). Происходит разгон двигателя. Для осуществления рекуперативного торможения управляемый выпрямитель переводится снова в режим зависимого инвертора, и, как только проводившие ток тиристорыT1 и T3 закроются, открываются

224

тиристоры T2 и T4 , обеспечивая перекачку энергии из электрической машины в питающую сеть. После остановки двигателя управляемый выпрямитель переводится снова в выпрямительный режим, а в схеме реверсора открываются тиристоры T2 и T4 , и двигатель разгоняется в обратном направлении.

Если первичный источник питания – сеть постоянного тока, то все отмеченные функции вентильного электропривода выполняются при помощи схем и способов, подробно рассмотренных в гл.6.

9.2. ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

пуск двигателя, регулирование скорости, торможение (динамическое и рекуперативное) и реверс.

9.2.1. Частотное регулирование асинхронных двигателей

Как известно, скорость вращения асинхронного двигателя

n = 60 f1 , p

225

одновременно должно регулироваться и напряжение питанияU1, что предъявляет соответствующие требования и схемек вентильного преобразователя, используемого в качестве источника питания, и к его системе управления.

Для осуществления рекуперативного торможения асинхронного двигателя его необходимо перевести в генераторный режим, условием которого является

где fп – частота вращения ротора. Следовательно, в режиме рекуперативного торможения выходная величина вентильного преобразователя f1 должна по мере торможения двигателя уменьшаться, чтобы все время выполнялось условие (9.3). Реверс двигателя осуществляется по цепи управления за счет изменения чередования импульсов управления в двух фазах вентильного преобразователя.

На рис. 9.4 представлена зависимость между моментом на валу двигателя и скоростью вращения при различных значениях частотыf1

и при выполнении условия U1 = const . f1

Квадрант I соответствует разгону двигателя при увеличении частоты f1 , квадрант II соответствует рекуперативному торможению двигателя при том же направлении вращения, квадранте III имеет место разгон двигателя в обратном направлении, а в квадранте IV – рекуперативное торможение в обратном направлении.

Для вентильного электропривода переменного тока могут быть использованы все типы инверторов и преобразователей частоты. Выбор типа преобразователя зависит от многих факторов, среди которых необходимо отметить режим работы электропривода, частоту на выходе преобразователя, диапазон ее изменения и характер нагрузки. При использовании в качестве первичного источника питания промышлен-

226

больших значениях коммутирующих или компенсирующих емкостей, связанных с нагрузкой, могут возникать автоколебания. Причина этого явления заключается в том, что асинхронная машина может самовозбуждаться при помощи конденсаторов инвертора и переходить в генераторный режим работы с частотой, отличной от выходной частоты инвертора. В результате наложения рабочей частоты инвертора и частоты

227

Для устранения автоколебаний применяются следующие способы:

1.Включение параллельно входу инвертора цепочки, состоящей из последовательно соединенных емкости и сопротивления, которые

поглощают энергию асинхронной машины в генераторном режиме и таким образом демпфируют колебания.

2.Подключение к выходу инвертора параллельно нагрузке регулируемой индуктивности, компенсирующей действие конденсатора.

3.Применение быстродействующего регулятора напряжения питания инвертора с целью поддержания постоянного входного тока инвертора при возникновении колебаний, что стабилизирует работу инвертора.

9.3. АСИНХРОННЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ КАСКАД

Как известно из теории асинхронной электрической машины, скорость вращения асинхронных двигателей с фазным ротором можно регулировать путем введения в цепь ротора добавочной ЭДС.

Одним из вариантов источника этой ЭДС может быть вентильный преобразователь. Таким образом, появляется возможность регулировать скорость вращения асинхронного двигателя при помощи вентильного

преобразующем не всю энергию, необходимую для питания двигателя, а только энергию скольжения. Этот принцип регулирования и лежит в основе асинхронно-вентильного каскада и он особенно целесообразен для мощных электроприводов. Основная схема асинхронного вентильного каскада представлена на рис. 9.5. Она состоит из асинхронного

двигателя с фазным ротором и включенных в его роторную цепь двух управляемых вентильных группI и II, связанных через согласующий трансформатор с питающей сетью. Если группой I управлять в выпрямительном режиме с углом управленияaI , а группой II – в режиме зависимого инвертора с углом опереженияbII , то энергия скольжения ротора после выпрямления группой I будет инвертирована в питающую сеть группой II, т. е. группа II будет создавать для тока ротора противоЭДС Eдоб .

228

напряжение на выходе группы I

Uda = kсх вE2 cos aI ,

где kсх в – коэффициент схемы выпрямления; E2 – фазное напряжение обмотки ротора.

Для осуществления двухзонного регулирования скорости, т. е. для получения скорости двигателя не только ниже, но и выше синхронной, необходимо вентильную группуI перевести в инверторный режим, а группу II – в выпрямительный. Тогда вентильная группа II будет вводить в цепь ротора не противоЭДС, а согласно включенную с E2 добавочную ЭДС, под действием которой возрастает ток ротора, увеличивая электромагнитный момент машины, и скорость двигателя превысит синхронную.

229

определяющего работу вентильного преобразователя. Кроме того, сюда входит система управления вентильным преобразователем, устройство режимной автоматики, защиты и сигнализации. Вентильный двигатель в определенном смысле аналогичен коллекторной машине постоянного тока: в обоих случаях при подключении машины к источнику питания по ее обмоткам протекает ток, оторый, взаимодействуя с потоком возбуждения, обусловливает появление электромагнитного момента, приводящего к повороту ротора двигателя. При этом дальнейшее

переключение ветвей обмотки в коллекторном двигателе происходит при помощи щеточно-коллекторного узла, а в вентильном двигателе– при помощи вентильного преобразователя, результате чего обеспечивается непрерывное вращение ротора с определенным средним моментом. При выборе типа вентильного преобразователя для вентильного двигателя принимают во внимание ряд факторов: тип и параметры первичного источника питания; тип и параметры электрической машины, мощность и характер нагрузки; диапазон регулирования скорости и т. д.

Для обеспечения коммутации тока в цепях вентильного двигателя необходима определенная реактивная мощность. Источником этой мощности может быть либо сама синхронная машина, либо питающая сеть переменного тока, либо накопители энергии, входящие в состав вентильного преобразователя. Различают вентильные преобразователи для вентильного двигателя, работающие в режиме источника тока или источника напряжения.

устанавливаются со сдвигом на угол β по отношению к основной гармонике напряжения машины. Регулирование скорости такого вен-

(рис. 9.6), либо управляемый выпрямитель с зависимым инвертором, работающие в режиме источника тока (рис. 9.7).

230