
277
276
1. В контуре коммутации присутствует значительная индуктив-
ность, благодаря чему скорость нарастания коммутационного тока
невелика (например, для синхронной машины мощностью 50 кВт с
напряжением 0,4 кВ скорость нарастания составляет около
cA
6
103,0
), она на 2
3 порядка меньше, чем при конденсаторной
коммутации (
cA
87
10105
) [104].
2. Скорость нарастания прямого напряжения после окончания
коммутации также сравнительно ограничена. Для машин,
работающих на частоте 50 Гц при напряжении 0,4 кВ, она примерно
на два порядка меньше допустимой для тиристоров "инверторного"
типа (30-50 В/мкс).
3. При данном замедленном характере коммутации обратный
ток невелик и выключение фазы статора двигателя происходит при
весьма малом обратном токе, практически при нулевом. Поэтому
коммутационные перенапряжения, обусловленные резким
спаданием обратного тока, будут незначительными. Возможные
перенапряжения на вентилях, вызванные также коммутационными
операциями в силовой цепи (например, пуск, отключение),
ослабляются применением защитных цепочек типа R-C,
шунтирующих каждый вентиль.
Принципиально, как уже упоминалось выше, рассматриваемая
схема инвертора не отличается от обычной мостовой управляемой
схемы, работающей в инверторном режиме на сеть. Под сетью в
данном случае понимается автономная синхронная машина вместе
с промежуточным трансформатором, если он имеется. Как
известно, промышленные образцы таких преобразователей,
выполненные на тиристорах, транзисторах, или элементах
современной силовой электроники, таких как IGBT, MOSFET и др.,
имеют достаточную надёжность при значительных мощностях.
Для обеспечения естественной коммутации вентилей
преобразователя необходимо иметь в обмотке якоря, включённой
на этот преобразователь, достаточную ЭДС. Поэтому при скоростях
вращения ротора, близких к нулю, обычная синхронная машина,
возбуждаемая постоянным током, не может коммутировать вентили
инвертора. Естественную коммутацию в этом режиме удаётся
сохранять при использовании специальной синхронной машины,
Выражение (6.23) указывает на аналогию способов управления
скоростью вращения вентильных и щёточных двигателей постоянного
тока. Надо заметить, что возможности регулирования данного
бесколлекторного двигателя шире, чем в известных схемах с
двигателями постоянного тока. Как известно, механический коллектор
ограничивает верхний уровень напряжения якоря величиной, близкой
к его номинальному значению. Поэтому регулирование скорости
вращения двигателя постоянного тока напряжением - по существу
регулирование "вниз". Рассматриваемая же система свободна от
этого недостатка, и её верхний предел регулирования скорости
вращения напряжением ограничивается главным образом
механической прочностью вращающихся частей ротора.
Как видно из уравнения (6.23), изменение угла отпирания
вентилей преобразователя
даёт ещё одну возможность
управления скоростью вращения. У щёточных же машин этот
способ (сдвиг щёток) не может быть реализован по условиям
безопасности коммутации.
Однако по величине нижнего предела регулирования
рассматриваемая вентильно-машинная система уступает
двигателям постоянного тока, так как естественная коммутация
вентилей преобразователя осуществляется за счёт ЭДС вращения
синхронного двигателя. При заданном магнитном потоке (допустим,
по условиям насыщения магнитной цепи) эта ЭДС пропорциональна
скорости вращения ротора. При низком значении последней
величина указанной ЭДС будет недостаточной, чтобы развить
коммутационный ток короткого замыкания, способный переключить
вентили. Максимум коммутационного тока на низких частотах
ограничивается прежде всего активным сопротивлением обмотки
статора и зависит поэтому от мощности машины. По данным
проведенных исследований, а также известных источников [17]
нижний предел cкорости, при которой обеспечивается устойчивая
коммутация с достаточной токовой перегрузкой, составляет
порядка 10% от синхронной (для машин мощностью 30 кВт и выше),
а для маломощных машин (порядка нескольких кВт) - 15-20%.
В рассматриваемой схеме преобразования постоянного тока
в переменный коммутация вентилей естественная, поэтому режим
вентилей существенно облегчён по приведенным ниже причинам.