Основы электропривода, автоматизированный электропривод, теория электропривода 310 стр. (Укр)

Подождите немного. Документ загружается.

Як уже зазначалось, широке розповсюдження останнім

часом СПЧ завдячено створенню потужних силових тиристорів

та транзисторів, успіхом мікроелектроніки та мікропроцесорної

техніки. Сучасні СПЧ с мікропроцесорним керуванням, високим

ККД та великою швидкодією – це основні чинники

запровадження силових СПЧ.

СПЧ можна поділити на дві групи:

- перетворювачі з безпосереднім зв’язком мережі

живлення й навантаження;

- перетворювачі з проміжною ланкою постійного струму.

Перетворювачі з безпосереднім зв’язком

Такі СПЧ використовуються для живлення АД на низьких

частотах (10 Гц) та нижче при промисловій частоті 50 Гц.

Спрощена схема такого перетворювача наведена на

рисунку 4.38.

Силова частина перетворювача складається з

узгоджуючого трансформатора

ТН

та двох груп тиристорів на

кожну фазу (

61 VSVS 

на фазу

). Система керування -

ÑK

Розглянемо принцип дії на прикладі фази

. Величина вихідної

напруги

й частота

залежать від режиму роботи двох

груп тиристорів

31 VSVS 

та

61 VSVS 

Частота залежить від часу роботи тиристорних груп

(період коливань цієї частоти



визначається часом роботи

кожного тиристора додатної та від’ємної півхвиль вхідної

напруги

з періодом



), дивись рисунок 4.39.

Час

- пауза проміж вимиканням однієї тиристорної

групи й вмиканням другої. Вона може регулюватися й може

дорівнювати нулю:

t

– дискретне регулювання,

t

– плавне регулювання.

211

Рисунок 4.38 – Спрощена схема перетворювача частоти з

безпосереднім зв’язком мережі живлення й навантаження.

212

Рисунок 4.39 – Отримання вихідної напруги

фази А

при трифазній вхідній напрузі

Величина

фА

регулюється зміною величини кута

керування



Отримання на навантаженні трифазної вихідної напруги

зі зсувом фаз на третину періоду досягається тим, що керуючи

імпульси на тиристорних групах

подаються зі

зсувом на третину періоду вихідної напруги у відповідності з

сигналами керування

êi

, рисунок 4.38.

Певним недоліком схеми є наявність на навантаженні

нульового проводу

, та обмежений діапазон регулювання.

Цих недоліків позбавлені перетворювачі з проміжною

ланкою постійного струму, які знайшли значно ширше

розповсюдження.

Перетворювачі з проміжною ланкою постійного

струму

Силова частина такого перетворювача являє собою

послідовно увімкнені статичний перетворювач змінного струму

у постійний

1П

й статичний перетворювач постійного струму

у змінний

2П

213

Перетворювач

1П

являє собою керований випрямляч

КВ

, величина випрямленої напруги



якого регулюється

шляхом змінювання кута керування  тиристорів випрямляча

КВ

за допомогою системи керування

СККВ

Перетворювач

2П

являє собою керований інвертор

частота вихідної змінної напруги

якого регулюється шляхом

змінювання частоти комутації

тиристорів інвертора

за

допомогою системи керування

СККІ

(рисунок 4.40).

Керуючі сигнали

êâ

ê³

подаються у відповідні

системи керування від задаючого пристрою

ЗП

Таким чином амплітуда напруги ~

регулюється на

КВ

, а частота

– на

Принцип дії

КВ

був розглянутий при вивченні

статичних перетворювачів для живлення ДПС від мережі

змінного струму (пункт 4.3.4).

Рисунок 4.40 – Структурна схема СПЧ з проміжною

ланкою постійного струму.

Принцип одержання регулівної частоти

можна

пояснити на схемі, яка складається з трифазного навантаження

, з’єднаного у зірку, та шести тиристорів

61 VSVS 

з’єднаних у мостову схему, фрагмент а рисунка 4.41.

За допомогою системи керування інверторами

СККІ

ці

тиристори можуть відкриватися у необхідній послідовності й на

будь-який відрізок часу.

214

При інвертуванні найчастіше використовують тривалість

відкритого стану тиристора



на половину (

рег





), або на

третину (

рег





) періоду

рег

регулівної частоти

фрагмент б рисунка 4.41.

а – схема;

б – часові струмові діаграми.

Рисунок 4.41 – До пояснень принципу одержання

регулівної частоти інвертора.

У наведеному фрагменті

рег





Зсув моменту відкриття тиристорів VS1 – VS6 складає

шосту частину періоду регулівної частоти

регVIVІVІІІІІІ

Tіііііі 

тобто інтервал між моментами відкриття тиристорів складає

рег

і 

215

Часові струмові діаграми роботи тиристорів (рисунок 4.41

б) наведені для трьох фаз навантаження. Тут струми фаз

, які проходять через непарні тиристори

1VS

3VS

5VS

відкладені у додатньому напрямку, а через парні тиристори

2VS

4VS

6VS

– у від’ємному. Як видно з діаграми, у

кожний момент часу виявляються увімкнені три тиристори з

шести, причому за час періоду

рег

є шість інтервалів (

VIVІVІІІІІІ

іііііі ,,,,,

) різних сполучень відкритих і закритих

станів тиристорів.

У відповідності до цих станів тиристорів, величини й

напрямку постійної напруги



та опору фаз навантаження

на цьому навантаженні буде стандартна система трифазної

напруги змінного струму, але не синусоїдальної форми.

У залежності від способу комутації струмів тиристорів

інвертори поділяються на два типи:

- інвертори ведені мережею;

- автономні інвертори.

В інверторах ведених мережею комутація струму з

вентиля на вентиль забезпечується напругою змінного струму

джерела живлення

(природна комутація).

В автономних інверторах комутація струму з вентиля на

вентиль здійснюється додатковими елементами (конденсаторами

та котушками індуктивності) – примусова (штучна комутація).

У частотному ЕП використовуються автономні інвертори.

Автономні інвертори, у свою чергу, поділяються на:

- автономні інвертори напруги (АІН);

- автономні інвертори струму (АІС).

АІН мають джерело живлення – джерело напруги. Якщо

АІН живиться від

, то на виході випрямляча установлюється

конденсатор великої ємності. У результаті АІН має жорстку

зовнішню характеристику [

 

IfU 

]. У цьому випадку

керуючою дією на АД повинні бути частота і напруга.

АІС мають властивості джерела струму, для чого їх

живлення здійснюється від джерела струму. Якщо АІС живиться

від

, на його виході установлюється дросель з великою

216

індуктивністю. У цьому випадку керуючою дією на АД повинні

бути частота і струм статора.

Частотний електропривод має і АІН, і АІС. Достоїнством

АІН є незалежність вихідної напруги від навантаження. Це

спрощує формування необхідних законів частотного

регулювання (наприклад,

Const



і таке інше).

Якщо ж ЕП працює з частими перехідними процесами,

або коли має місце рекуперативне гальмування, доцільно

використовувати АІС (тут

може переходити у інверторний

режим і при збереженні напрямку випрямленого струму, енергія

рекуперується у мережу.

Розповсюдженою схемою СПЧ з АІН є схема, рисунок

4.42.

Тут тиристори

127 VSVS 

утворюють керований

випрямляч

. На виході

підімкнений реактор

згладжувального фільтра

. на виході

також підімкнений

конденсатор

, який разом з діодами

127 VV 

забезпечують

циркуляцію реактивної потужності.

Призначення тиристорів

61 VSVS 

розглянуто раніш

(дивись коментарії до рисунків 4.13 та 4.31 а) – для інвертування

напруги змінного струму регулівної частоти. Конденсатори

61 CC 

та індуктивності

61 LL 

(комутуючі конденсатори й

індуктивності) разом з

61 VDVD 

утворюють кола штучної

комутації, які забезпечують закриття основних тиристорів

61 VSVS 

в необхідний момент.

Нагадуємо, що амплітуда вихідної напруги

регулюється

змінюванням величини випрямленої напруги



за рахунок

кута керування



тиристорів

127 VSVS 

, а частота

визначається частотою комутації тиристорів

61 VSVS 

Для одержання якісних статичних і динамічних

характеристик АД у системі СПЧ використовуються різні

зворотні зв’язки від двигуна (за швидкістю, магнітним потоком,

струмом і інші).

217

Рисунок 4.42 – Схема статичного перетворювача частоти

з автономним інвертором напруги.

5 ПЕРЕХІДНІ РЕЖИМИ В ЕП

218

5.1 Загальна характеристика

Перехідними (динамічними) режимами ЕП звуться

режими роботи при переході від одного усталеного стану ЕП до

іншого, які відбуваються під час пуску, гальмування,

реверсування, різкого прикладення навантаження на валу. Ці

режими характерні змінюванням ЕРС, кутової або лінійної

швидкостей, момента й струму.

Перехідні режими викликані двома основними

причинами.

По-перше, технологічні чинники. Це змінювання

навантаження обумовленого технологічним процесом, діє на ЕП

при керуванні такими процесами як пуск, гальмування, реверс,

регулювання швидкості.

По-друге, непередбачені чинники, такі як аварія,

порушення умов нормального електропостачання (падіння,

часткове або повне зникнення напруги живлення, змінювання

частоти мережі, поява асиметрії навантаження у симетричних

системах й таке інше).

Вивчення перехідних режимів ЕП має суттєве практичне

значення для правильного вибору електрообладнання

(потужності двигуна, комутаційної та іншої апаратури), для

розрахунку систем керування, витрат енергії на запуск,

гальмування й реверс, для визначення впливу роботи ЕП на

продуктивність і якість роботи виробничих механізмів

(наприклад, скорочення часу на протікання перехідних процесів

подовжує час роботи ЕП в усталених режимах, які визначають

продуктивність праці).

Проте, конструкція й будова виробничого механізму і

особливо технологічні вимоги та вимоги охорони праці

накладають певні обмеження на величину навантаження,

швидкості, прискорення, температури, шумів й таке інше. Збоку

техніки й технології ці обмеження викликані прагненням

запобігання поломки механізмів, виходу із ладу обладнання,

браку продукції. ЕП повинен забезпечити не тільки власне

219

протікання перехідних процесів, але й їх характер. На ці

обмеження впливають також властивості й характеристики

самого електропривода (запобігання перегріву двигуна, його

зупинки, або порушення синхронізації, погіршення комутації

МПС, порушення точності позиціонування та інше).

На характер протікання перехідного режиму впливають

такі чинники:

- властивості виконавчого механізму;

- тип електродвигуна;

- особливості механічної передачі (кінематики);

- принцип дії та властивості апаратури керування;

- режим роботи.

Теоретичний розгляд перехідних режимів з урахуванням

основних їх факторів у багатьох випадках являє великі

складнощі. Вони можуть описуватись диференційними

рівняннями досить високого порядку, часто з нелінійними

залежностями, вирішення яких пов’язано зі значними

математичними утрудненнями.

До цього часу ще не вирішені досить точно такі задачі:

- змінювання індуктивності обмоток при змінюванні

напруженості магнітного поля;

- величина опору перехідного контакту колектор-щітка;

- точне урахування насиченості магнітного матеріалу й

інше.

Це часто вимушує користуватись наближеними

розрахунками, даними дослідів (криві або коефіцієнти),

графічними побудовами й графічним інтегруванням.

Проте не у всіх випадках практики потрібне детальне і

точне урахування усіх явищ. Тому, при вирішення конкретних

задач перехідні режими можуть розглядатись з певними

наближеннями й спрощеннями.

У будь-якому перехідному режимі ЕП одночасно й

взаємопов’язано між собою діють перехідні механічні,

електромагнітні й теплові процеси. При швидкоплинних

процесах змінювання теплового стану ЕП, яке протікає більш-

менш повільно, у більшості випадків не чинить суттєвого впливу

220