Онищенко Г.Б. и др. Автоматизированный электропривод промышленных установок

Подождите немного. Документ загружается.

площадью на рис.611а), будет максимальным и

где Uj - линейное напряжение на стороне переменного тока:

- коэффициент схемы выпрямления, который равен: для

мостовой схемы - 0,9; для трехфазной мостовой схе-

трехфазной нулевой схемы - 0,675.

б) а=я/4

J.6.11. Эпюры напряжения однофазного мостового тиристорного преобразователи при

различных углах управления a

Если отпирающие импульсы на тиристоры будут подаваться

запаздыванием огносителыю момента естественного открыва-

ия на угол а (угол управления тиристорами), то среднее вы-

ямленное напряжение преобразователя будет уменьшаться, как

показано на рис.6.116. При этом тиристоры VS1 и VS2 будут

ток до rex пор, пока не откроются тиристоры VS3 и

т.е. и в то время, когда напряжение катод-анод будет отри-

объясняется тем, что в цепи выпрямленного тока

имеется достаточно большая индуктивность обмотки якоря дви-

1теля L, . и ток будет протекать под действием э.д.с самоиндук-

ции. Если же в цепи выпрямленного тока не было бы индуктив-

ности (чисто активная на|-рузка), то ток прекратился бы при пе-

реходе анодного напряжения через нуль; ток в этом случае был

бы прерывистым При большом значении индуктивности

соот-

ношение между средним выпрямленным напряжением преобра-

зователя и углом а будет:

cosa (6.13)

Среднее выпрямленное напряжение определяется разносило

заштрихованных плошадей. При значении угла регулирования

а -я/у среднее выпрямленное напряжение (см.рис.6.11в) будет

равно нулю.

Тирнсторный преобразователь может работать в выпрями-

тельном и в инверторном режимах. Выпрямительный режим име-

ет место при углах регулирования а = При этом среднее

выпрямленное напряжение должно быть больше эде в цепи вы-

прямленного тока (противоэде якоря двигателя) Ej>E

. На-

правление выпрямленного тока совпадает со знаком выпрямлен-

ного напряжения преобразователя

Если угол « увеличить сверх (в = +' У^

то ,шо

щадь отрицательной полуволны, при которой открыты тиристо-

ры, будет больше площади положительной полуволны

(см.рис.6.11г) и, следовательно, среднее выпрямленное напряже-

ние преобразователя будет отрицательным, что следует также из

формулы (6.13).

Под действием отрицательного напряжения преобразователя

ток пойти не может из-за односторонней проводимости

иристо-

ров. Поэтому инверторный режим преобразователя возможен при

соблюдении трех условий:

1. В цепи выпрямленного тока должен быть источник э.д.с.,

величина которой превосходит среднее значение выпрямленной

противоэде инвертора; в схемах тиристорного привода постоян-

ного тока - э.д.с. якоря двигателя должна быть больше Ej инвер-

тора Е

>|£,,|.

2. Источник эде (якорь двигателя) должен быть так подклю-

чен к преобразователю, чтобы было возможно протекание тока

под действием э.д.с. якоря.

3. Угол управления тиристорами должен быть больше

А«>«/

При соблюдении этих условий двигатель постоянного тока

будет работать в генераторном режиме, вырабатывал энерг ию

ниного тока, которая преобразуется тиристорным преобра-

лем в энергию переменного тока и отдается в питаюшую

ь. Инверторный режим преобразователей используется в при-

зах для осуществления рекуперативного торможения двигаre-

It. Схемы тиристорного привода, позволяющие осуществлять

tor режим, рассмотрены в следующем параграфе.

' Как источник напряжения постоянного тока тиристорный

"разователь характеризуется э.д.с. Ej. регулируемой посред-

м угла управления а, и внутренним сопротивлением /?„, со-

ящим из двух слагаемых

(6.14)

Rs - активное сопротивление источника питания на сгороне

менного тока (сетевого реактора или трансформатора);

R, - условное сопротивление, связанное с падением напря-

^ния в процессе коммутации тиристоров.

Преобразователи подсоединяюгея к питающей сети или че-

трансформатор, служащий для согласования напряжения пи-

годей сети н двигателя, или через сетевой реактор.

Сетевые реакторы в бестрансформаторных схемах питания

Исполняют две фуикции. ограничивают ток короткого замыкания

преобразователе и уменьшают негативное влияние преобразо-

ля на питающую сеть. И трансформаторы, и реакторы обла-

активным и индуктивным сопротивлением.

Активное сопротивление фазы трансформатора, приведенное

вторичной обмотке, может быть определено по паспортным

Ш др

^ным трансформатора R

=—

где: !

гф

- номинальный фазный ток вторичной обмотки

(сформатора;

ДРп - потери короткого замыкания трансформатора.

Процесс коммутации тирис-

торов поясняется рис. 6

Вернемся к рассмотрению

схемы рис.6.10а. Пусть пре-

образователь работает с уг-

лом а. До момента /| ток про-

водят тиристоры VS1 и VS4.

В момент времени /| подают-

ся отпирающие импульсы на

тиристоры VS3 и VS2. По-

следние отпираются. Однако

133

Рис 6.12. Коммутация тока межлу ти-

ристорами н олиофазном мостовом

преобразователе

из-за наличия индуктивности на стороне сети ток черед тиристо-

ры VS1 и VS4 не может мгновенно упасть до нуля, и некоторое

время, измеряемое углом коммутации у. одновременно будут от-

крыты все четыре вентиля, которые шунтируют цепь нагрузки. В

результате среднее выпрямленное напряжение снижается на ве-

личину, пропорциональную заштрихованной площади. Это паде-

ние напряжения зависит от величины выпрямленного тока /,/ и

будет равно:

Условно величину — X можно принять за некоторое со-

2п

противление /?,, вызывающее паление напряжения в преобразова-

теле

lit

X,,

(6.! 5)

где: т - число коммутаций за период;

- индуктивное сопротивление на стороне переменного тока:

V" ~ *

' ' ~ 100/

здесь С/зф - фазное напряжение вторичной обмотки транс-

форматора:

- напряжение короткого замыкания

рансформатора, %.

Следует иметь в виду.

гто падение напряжения на сопротив-

лении R, не связано с потерями мощности в нем, поскольку оно

вызвано индуктивным сопротивлением на стороне переменного

тока; оно ухудшает коэффициент мощности преобразователя.

Таблица 6.1

Схема

V -

«люкс*

т J Схема

" - £/,

^</01 itu

т J

Однофаз-

ная мос-

товая

0,9

1.57

1.0

Трехфаз-

ная мос-

товая

1,35

1,045

0,815 1.045 2

••

I, - ток в линии на стороне переменного тока;

- мощность трансформатора, Вт.

—

максимальное напряжение, прикладываемое к тири-

рам;

R„, - сопротивление вторичной обмотки трансформатора

|пи реактора).

Таким образом, среднее значение напряжения преобразова-

ли в режиме непрерывною тока (внешняя характеристика пре-

зователя, как источника напряжения) будет:

и^Е^соьа-1^. (6.16)

Выпрямленный ток имеет непрерывный характер, если ин-

виость в цепи выпрямленною тока достаточно велика

30.

Индуктивность якорной цепи двигателя постоянного тока

висимого возбуждения может быть определена по формуле:

где: Kl - конструктивный коэффициент; для компенсировап-

; машин принимается (0,1-0,25), для некомпенсированных

",5+0.6):

Ц» 1

> оу

- номинальные напряжение, ток якоря и угловая

!Юрость двиг ателя;

р„ - число пар полюсов.

При конечных значениях индуктивности в цени выпрямлен-

ного тока на условие непрерывности тока оказывают также влия-

ние минимальное значение тока и угол регулирования. Граничное

(минимальное) значение тока, при котором ток еще остается не-

прерывным определяется соотношением [1-6]

314а. т т

(6.17)

Влияние режима прерывистого тока проявляется в увеличе-

нии среднего значения выпрямленною напряжения в зоне преры-

гстого тока.

Наиболее применяемые силовые схемы тиристорного элек-

лпрнвода постоянного тока (ТП-Д) показаны на рис.6.10. Схе-

[мы 6.10а и 6 106 относятся к нереверсивным ?лектроприводам. В

их схемах изменение полярности питающею напряжения и на-

правления тока в якорной цепи невозможно. Механические ха-

актеристнки нереверсивною привода ТП-Д показаны на

[рис.6.13.

Если полагать, что привод работает в режиме непрерывного

тока (при L

—»

а:). то механические характеристики будут иметь

вид наклонных прямых параллельных друг другу, причем со.,

уменьшается по мере уменьшения выпрямленного напряжения

(увеличения угла а).

Механические характеристики описываются в этом случае

следующей формулой, полученной на основе (6.4), (6 16).

со =

Еуо

cos а (Л, + R„)

кф~

Л/

(6.18)

Рис.6.13. Механические характеристики

иереиерешшок» привода ТГ1-Д

При конечных значе-

ниях индуктивности якор-

ной цепи La в области

малых значений момента

(тока якоря) — левее

граничной линии I,

—

механические характерис-

тики теряют линейность и

загибаются вверх. Это

является следствием пере-

хода в зону прерывистых

токов. В этой зоне среднее

значение выпрямленного

напряжения преобразова-

теля возрастает по сравне-

нию с режимом непрерыв-

граннцу непрерывного тока.

лого тока. Линия, определяющая

определяется уравнением (6.17).

При желании уменьшить зону прерывистых токов последо-

вательно с якорем двигателя включают сглаживающий дроссель,

величина индуктивности которого может быть определена по

формуле:

314 т т

где /,д. - требуемое значение граничного тока при

со-^0.

Заметим, что механические характеристики нереверсивною

привода ТГ1-Д не переходят ось ординат, т.к. изменение направ-

ления тока в нереверсивных схемах невозможно. Следовательно,

отсутствует режим рекуперативного торможения. В случае необ-

ходимости изменения направления вращения приводною двига-

теля в нереверсивных приводах по системе "ГП-Д изменяют на-

правление тока в обмотке возбуждения двигателя.

Рекуперация энергии торможения в нереверсивных приводах

F=1

l/12it

-Д возможна при работе привода в IV квадранте в режиме

гивающего груза (см§2.5). Это своеобразный режим протн-

ночения, который возникает тогда, когда привод включают в

Давлении «вверх», а под действием активного статического

нта (спуск груза) привод будет вращаться в обратном на-

ении. При /том э.д.с.

}|гателя Е

изменит свой

Если при этом нере-

нвный преобразователь

-тести в инвергорный

;им. установив углы

пения тиристорами

л II

го иод деи-

2 12

~ем э.д.с. якоря ток бу-

протекать против сред-

э.д.с. преобразователя,

тергия торможения бу-

„

отдаваться в питающую

Механические харак-

"етикн. соответствую-

этому режиму, пока-

jj.i на рис.6.14.

Для тою, чтобы получить электропривод, работающий во

четырех квадрантах поля необходимо использование

сивного тиристорного преобразователя, обеспечивающего

екание тока якоря в обоих направлениях. Реверсивные тирн-

*ые преобразователи содержат две группы тиристоров,

эченные встречно-параллельно друг

другу.

Наиболее распространенная схема реверсивного тиристорно-

яектропривода показана на рис.6.10в. В этой схеме два тири-

рных преобразователя U/.(B) и UZ(H), собранные каждый по

^фазной мостовой схеме, включены параллельно друг другу с

ивоположной полярностью на стороне выпрямленного тока

авать опирающие импульсы одновременно на обе группы ти-

эров нельзя, т.к. произойдет короткое замыкание. Поэтому в

«ой схеме может работать только одна ipynna тиристоров

или UZ(H); друтая группа должна быть закрыта (отпи-

вшие импульсы сняты). Такая реверсивная схема называется

£смой с раздельным управле1шем группами тиристоров.

При раздельном управлении включается только та группа

сторов, которая в данный момент должна проводить ток.

Рис.6 14. Механические характеристики

неренеренвиого приэода ГП-Д в

двигательном режиме и режиме

протягивающего грузи

Выбор этой группы зависит от направления движения привода

(«вперед» или «назад») и от режима работы; двигательный режим

ИЛИ рекуперативного торможения. В соответствии с этим выбор

нужной группы вентилей можно представить в виде таблицы.

Таб. 1 и на 6.2

-——работы

Направление

движения

Двигательный Тормозной

Вперед UZ< В)

UZ(H)

11азад

UZ(H)

UZ(B)

В системах управления выбор и включение нужной группы

тиристоров производится автоматически посредством логическо-

го переключающего устройства ЛПУ. принцип построения кото-

рого показан на рис.6.15.

Примем направление тока якоря при работе «вперед» в дви-

гательном режиме за положительное. При положительном сигна-

ле задания скорости соответствующем движению вперед, и

сигнале ошибки по скорости, которая в двигательном режиме

также будет (м^, - го) > 0. сигнап. поступающий на ЛПУ от ре-

гулятора тока, будет иметь знак (+). В соответствии с этим ЛПУ

включит электронный ключ К(В), который подает отпирающие

импульсы на тнристорную группу UZ(B). Угол управления а*

устанавливается системой автоматического регулирования в со-

ответствии с сигналом выхода регулятора тока РТ Обе СИФУ

(В) и (Н) работают согласованно -

так,

что сумма углов

(6.19)

UZ( В)

К(В)

йг

UZ(H)

.©л

Ом

(И)

СИФУ-В

Sign Шз

АЛ

ЛПУ

№4

НО

СИФУ-Н

-<-> -I

<—

РТ

от PC

sign ((Озлл-w)

Рис 6.15. Принцип рабош логического переключающего устройства ДПУ

Таким образом, на тиристорную группу, работающую в вы-

прямительном режиме, подаются отпирающие импульсы с углом

а=л/12

+ При этом СИФУ(Н) вырабатывает импульсы

«правления с углом а

-гс -а

(с запасом по углу в диапазоне

= —,7 ~

—

), т.е. УГЛОМ управления, соответствующем инвёр-

Ш 12

•ррному режиму работы преобразователя l.Z(H). Однако, по-

Кольку электронный ключ К(Н) разомкнут, импульсы управле-

ния на тиристоры группы UZ(I1) не поступают. Преобразователь

№(Н) закрыт, но подготовлен к работе в инверторном режиме.

Такой принцип согласованного управления, определяемый

№.19) позволяет согласовать механические характеристики при-

вода в двигательном и в тормозном режимах, что показано на

"&.6.16. .....

ri £

а=1!я/12 to

При необхо-

димости торможе*

piя привода уме-

Ьшается сигнал за-

|Шя скорости

Ошибка по

JkopocTH меняет

1мак (со^-(о)<0, и

пв входе ЛГГУ знак

«"нала изменяется

Щ (+) на (-), в со-

Ьгветствии с чем

Включается кон-

такт К(В) и вклю-

•я контакт

]Н). Однако вклю-

^ние контакта

К(Н) происходит не

К*зу, а с некоторой выдержкой времени, которая необходима.

эбы ток якоря уменьшился до нуля и тиристоры UZ(B) восста-

новили запирающие свойства. Спадание тока до нуля контроли-

ется датчиком тока Д'Г и нуль-органом ПО (в других схемах

я этой цели используются датчики проводимости вентилей

В).

Когда ток спадет до нуля и по прошествии некоторой вы-

держки времени, включается ключ К(Н) и вступает в работу' пре-

образователь UZ(H), уже подготовленный к работе в инвертор-

ом режиме. Привод переходит в режим рекуперативного тормо-

жения. Общее время переключения тиристорных групп составля-

Рнс.бЛб Механические характеристики реверсивного

-рииолб ТП-Д

раздельным согласованным управлением

cr 5-10 миллисекунд, что является в большинстве случаев допус-

тимым для обеспечения высокого качества управления.

При работе в двигательном режиме в направлении «назад»

знак задания скорости отрицателен, а абсолютное значение

ошибки по скорости jй)^ положительно, поэтому на вход

ЛПУ поступает отрицательный сигнал, и включается ключ К(Н).

Работает преобразователь UZ(H) в выпрямительном режиме. Ло-

гические правила работы ЛПУ иллюстрируются следующей

таблицей.

Таблица 6.3.

Знак

ЩлгЩ

Знак на

входе

ЛПУ

Вклю-

чен

ключ

Работает

преобра-

зователь

Режим

работы

привода

К(В) UZ(B) Двига-

тельный

• ~

•

К(Н)

UZ(II)

Тормоз-

ной

•

К(Н) UZ(H) Двига-

тельный

•f

К(В) UZ(B)

Тормоз-

ной

Находят применение также и другие схемы ЛПУ [1-6] Ме-

ханические характеристики реверсивного привода Т11-Д с раз-

дельным управлением показаны на рнс.6.16. При непрерывном

токе якоря они описываются уравнением (6.18).

В режиме прерывистых токов в области малых значений мо-

мента линейность характеристик нарушается. В современных

замкнутых по току и скорости системах регулирования, благода-

ря применению адаптивных регуляторов, удается линеаризовать

механические характеристики и при малых значениях момента.

Энергетические показатели привода ТП~Д

Тиристорные преобразователи в приводе ТП-Д получаю» пи-

тание либо от трансформаторов, согласующих напряжение пи-

тающей сети с номинальным напряжением двигателя постоянно-

го тока, либо, если такое согласование не требуется, от однофаз-

ной или трехфазной сети 380/220В. В последнем случае на входе

преобразователя используются реакторы (см.рис.6.10).

Мощность трансформатора при грехфазной мостовой схемё

преобразователя определяется выражением