Файл: Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 248
Скачиваний: 2
тронов), тиристоров — принцип действия преобразова теля заключается в том, что вентили выполняют роль электрических ключей, пропускающих ток при малом па дении напряжения в проводящую часть периода и запи рающих цепи в непроводящую часть периода. Регулиро вание напряжения осуществляется путем изменения дли тельности работы вентиля в проводящую часть периода. На практике в вентильных преобразователях используются вентнлытые приборы с ограниченным управлением, т. е. такие, в которых можно задержать начало пропускания тока в проводящую часть периода, но нельзя прекратить пропускание тока до его естественного перехода через нуль. В связи с этим регулирование напряжения вентиль ного преобразователя осуществляется путем задержки момента открывания вентилей в проводящую часть пе риода. Сокращение длительности открытого состояния вентилей в проводящую часть периода характеризуется углом запаздывания открывания ос, отсчитываемым от точки естественного открывания, как показано на рис. 5-23, в и 5-24, б.
При указанных условиях графики изменения во вре мени напряжения и тока преобразователя имеют вид сложных кривых, содержащих постоянные и переменные составляющие. С целью уменьшения переменной состав ляющей тока, оказывающей неблагоприятное влияние на процесс нагрева и коммутации электрической машины, в цепь якоря, являющуюся цепью нагрузки преобразо вателя, как правило, включается сглаживающий реактор (Р — см. рис. 5-23, а н 5-24, а), обладающий определен ной индуктивностью. Для анализа работы двигателя постоянного тока, получающего питание от вентильного преобразователя, пеобходимо найти постоянные соста вляющие напряжения и тока преобразователя, опреде ляемые как средние значения соответственно напряжения и тока за период изменения напряжения питающей сети переменного тока. Указанные постоянные составляю щие напряжения и тока часто называются соответственно выпрямленным напряжением и выпрямленным током.
Средние значения напряжения и тока вентильного преобразователя определяются его параметрами и схемой соединения. На практике используется большое число различных схем вептильпых преобразователей. Однако по припципам действия и построения все разнообразные схемы могут быть разделены на два класса: схемы с нуле-
252
вым выводом (рис. 5-23, а), в которых используется лишь одна полуволна системы переменного тока, и мостовые схемы (рис. 5-24, а), в которых используются обе полу волны системы переменного тока. На рис. 5-23,' б—д и
Рис. 5-23. Принципиальная (а) и эквивалент ная (б) схемы трехфазного вентильного преоб разователя с нулевым выводом и диаграммы ■ изменения фазных э. д. с. (в), токов в венти лях (г), э. д. с. и напряжения (д) преобразова
теля.
5-24, б—д представлены эквивалентные схемы вентильных преобразователей обоих классов и диаграммы изменения э. д. с., токов и напряжений. На рисунках приняты сле дующие обозначения:
ега, e2bi е2с мгновенные значения э. д. с., наводимых во вторичных обмотках каждой фазы трансформатора;
ij — мгновенное значение тока в /-м вентиле;
253
ud ri id — мгновенные значения напряжения и тока на выходе преобразователя;
jf?T — активное сопротивление фазы трансфор матора;
хт— индуктивное сопротивление фазы тран сформатора, обусловленное полями рас сеяния.
В свою очередь
где i?!, i?2 -- активные сопротивления соответственно пер вичной и вторичной обмоток фазы трансфор матора;
-индуктивные сопротивлении рассеяния тех же обмоток;
Юг , Юл -- числа витков тех же обмоток.
В эквивалентных схемах на рис. 5-23, б н 5-24, б каж дая фаза трансформатора представлепа в виде источника э. д. с. и сопротивлений R Tп хг, что позволяет и весь вен тильный преобразователь представить как источник э. д. с. ed (см. диаграммы на рис. 5-23, д и 5-24, д) с эквивалент ным сопротивлением. Среднее значение выпрямленной э. д. с. Ed в режиме непрерывных токов определяется следующим образом:
Ed = Em cosa, ■ (5-32)
где Edм максимальная величина выпрямленнойэ. д. с., соответствующая отсутствию запаздывания от крывания вентилей, равная
|
'(1м |
^ 2 ф . М . |
^ |
У 2 Е,,1, |
л |
(5-33) |
|
л/т |
т |
л/т |
т |
||
|
|
--- ;--- SII1 — |
|
sin —, |
|
|
где |
т — число фаз. преобразователя; |
фаз |
||||
£ 2ф.м» Еоф — амплитудное |
и действующее значение |
|||||
|
ной э. д. с. вторичной обмотки трансформа |
|||||
|
тора. |
|
однополупериодных |
схем |
||
|
Характерной |
особенностью |
является то, что, за исключением периода коммутации вентилей у, т. е. периода, когда прекращается работа одного вентиля и вступает в работу очередной вентиль, ток нагрузки id равен току одного работающего вентиля.
254
Следовательно, ток в цепи нагрузки определяется э. д. с. работающей фазы трансформатора, а падение-напряжения в преобразователе — падением напряжения в этой фазе.
схеме, и диаграммы изменения фазных э. д. с. (в), токоп в вентилях (г), э. д. с. п напряжения (3) преобразователя.
При этих условиях для трюхфазной однополупериодной схемы {т = 3)
Е(Ш1 = Щ ^ Е 2ф = 1,П Е 2ф.
Падение напряжения в преобразователе определяется падением напряжения на самом вентиле в проводящий период (Af/B), падением напряжения на активном сопро тивлении (AUr), а также падением напряжения, обуслов ленным процессом коммутации вентилей (AUx). Падение
255
напряжения на вентиле в проводящий период практически не зависит от тока и равно: для ртутных вентилей AUB =
= 15 -г- 20 |
В, |
для полупроводниковых (тиристоров) |
AUB — 0,5 |
-s- 1 |
В.' Падение напряжения на активном |
сопротивлении |
пропорционально току и равно: |
д г % = Д т ( 1 - ^ ) / *
где 1Л— среднее значение тока нагрузки преобразова теля. Угол коммутации у при заданном значении а в свою очередь определяется выпрямленным током Id
у = arccos ^cos а — |
— а. |
(5-34) |
Ha практике, как правило, у |
4я/т, в связи с чем |
|
AUKi — RTI d. |
|
|
Снижение напряжения на выходе преобразователя, обусловленное процессом коммутации вентилей, опреде ляется следующим образом:
ЛС/-'-1= ^ / - = 0 ,4 7 8 * ^ .
С учетом сказанного среднее значение напряжения однополупериодного преобразователя представляется в виде
Udi — Ediaxcos а — AUBi — (RT+ 0,478a:T) I d. (5-35)
Выражение, стоящее в скобках, может трактоваться как эквивалентное сопротивление вентильного преобра зователя
/?Э1 = 7?т + 0,478 хг.
Тогда
UdI =2?dMi,cos а — AUBi — R3ild. |
(5-35а) |
В мостовых схемах одновременно работают два вентиля, за исключением периода их коммутации. При этом ток нагрузки проходит последовательно через два вентиля и две фазы трансформатора под действием разности соответ ствующих фазных э. д. с., т. е. под действием линейных э. д. с. На рис. 5-24, б источники линейных э. д. с. пока заны пунктиром. За полный период изменения перемен ного. напряжения работают все шесть вентилей преобра
256
зователя (см. рис. 5-24, г). При этих условиях для трехфазиой мостовой схемы (т = 6):
Яй.п = ~ -^ бЯ/6д »Л= 1 ’35£гл = 2-34£2ф; ■
AC/dIi = 2AZ7b;
At//jn = 2
АС/ап = 2 ^ = °,955хт,
где 2?.,л — действующее значение линейной э. д. с. вторич
ной обмотки трансформатора (Е2Л -= |/ оЕ„ф)', AC/D— падение напряжения в проводящий период на
вентиле одного плеча моста.
С учетом сказанного для двухполупериодного преоб разователя можно записать:
U(1= Ес1мц cos а —АС/вп — (2/?т+ 0,955а:т) / г(. (5-36)
Аналогично (5-35а) справедливы соотношения:
Ran = 2RT-f 0,955zT = 2 (i?T+ 0,478zT) = 2Raj
и |
|
Udn = EdмП cos a - AUBlI - RaUI d. |
(5-36a) |
Сопоставление (5-35a) и (5-36a) показывает их полную идентичность. Это позволяет сделать вывод о том, что
любой вентильный |
преоб |
|
|
|
|
||||
разователь, работающий в |
|
|
|
|
|||||
режиме |
непрерывных |
то |
|
|
|
|
|||
ков, при расчете цепей вы |
|
|
|
|
|||||
прямленного тока |
может |
|
|
|
|
||||
быть |
представлен |
эквива |
|
|
|
|
|||
лентной схемой, приведен |
|
---------------- &------------ |
|||||||
ной на рис. 5-25 и содер |
|
||||||||
жащей основной источник |
|
Рпс. 5-25. Эквивалентная схема |
|||||||
э. д. с. |
Ed — Educos |
а, |
|
цепи выпрямленного тока вентиль |
|||||
эквивалентное |
активное |
|
ного преобразователя. |
|
|||||
сопротивление |
R aпр, |
ис |
|
и идеальный |
вентиль |
ИВ, |
|||
точник э. д. с. |
AUB — const |
||||||||
сопротивление |
которого |
в |
проводящем |
направлении |
|||||
равно |
нулю, |
а в |
обратном направлении — бесконечно |
||||||
велико. |
Включение в |
эквивалентную схему ИВ |
ото |
||||||
бражает |
одностороннюю |
проводимость |
электрической |
9 М. г . Чиликпн |
257 |
цепи, содержащей вентильный преобразователь. На рис. 5-25 показана также и цепь нагрузки вентильного преобразователя для случая, когда от него получает пи тание якорь двигателя постоянного тока. В соответствии со вторым законом Кирхгофа для приведенной эквива лентной схемы может быть записано уравнение
Е (1— A U в —Е = (R.j Пр + -^р + Я я) /я -
Отсюда уравнение скоростной характеристики электро
привода имеет вид: |
|
|
со = Ed:'1cosa- AUn—RnZfn |
(5-37) |
|
а механической |
|
|
со firfMcos к —мгв |
Ля о М , |
(5-38) |
/,Ф „ |
(*Фн): |
|
где 7?я v — Еа.пр Н Ер !~ 7?п>
Rp — сопротивление обмотки сглаживающего реактора. Значения £,;м, 7?опр, А(7„ определяются схемой пре
образователя по приведенным выше выражениям.
Из полученных уравнений следует, что при работе преобразователя в режиме непрерывных токов скорост ные н механические характеристики электропривода в системе УВП—Д продстаплиют собой прямые липни, наклон которых определяется величиной R„s- Следует отметить, что модуль жесткости механических характе ристик электропривода с вентильным преобразовате лем, как правило, меньше модуля жесткости механи ческих характеристик в системе Г—JJ, при одной и топ же мощности двигателя. Это объясняется прежде всего относительно большой величиной составляющей сопро тивления преобразователя, обусловленной снижением напряжения в процессе коммутации вентилей 7?э комм = = avn/Зл, так как обычпо с целью ограничения токов короткого замыкания выбирается трансформатор с по
вышенным напряжением |
короткого замыкания |
Аик яз |
||
^ 8 -г 1 0 % . |
При этом .тт я з U v l u K % //4 р /111Ю 0 |
= |
Е 2ф X |
|
X ик%/1йн |
Ю0 = (0,08 |
ч- 0,010) Z?2ф.//2ц. В |
тех |
слу |
чаях, когда преобразователь получает питание от сети переменного тока без трансформатора, как, например, для двигателей с номинальным напряжением 440 В при питании от сетп 1/л = 380 В п мостовом трехфазном вы прямителе, в цепь переменного тока последовательно
258