Файл: Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 253
Скачиваний: 2
тиле определяется арифметической разпостыо указанных э. д. с. Большие броски токов могут привести к выходу из строя вентильного преобразователя и в первую очередь самих вентилей, в связи с чем опрокидывание инвертора является аварийным режимом.
С целью исключения возможности возникновения та кого режима необходимо прежде всего ограничить угол запаздывания открывания вентилей. Для того чтобы при длительности протекания тока %= 2я/т + у его значе ние упало до нуля при соt < 0Х, необходимо
Ицщкс 01 — Я.= Я — у.
Приведенное соотношение не является достаточным для обеспечения надежного инвертирования, так как после прекращения тока в вентиле необходимо время для вос становления его запирающих свойств, характеризующееся углом б. Поэтому
«макс^я —(у + 6). |
(5-44) |
Прп частоте сети 50 Гц угол восстановления запираю щих свойств ионных вентилей составляет примерно 12°. Для тиристоров время восстановления запирающих свойств не превышает 150 мкс, соответственно б ж 3°.
Часто при анализе работы преобразователя в режиме инвертпрования пользуются понятием угла опережения открывания вентилей, равного
Р = я — а.
Рассмотренное выше ограничение угла регулирования по отношению к углу опережения открывания может быть записано в виде
Рмпя^У + б. |
(5-44а) |
Ограничение угла управления вентильным преобра зователем приводит, естественно, и к ограничению пре дельной э. д. с. электрической машины, работающей в ге нераторном режиме, и ее угловой скорости в режиме идеального холостого хода. В соответствии с (5-32)
£макс == (АФн) ш 0 г.макс = и.макс = м COS &макс<
где 2?Jn.MaKc — наибольшее допустимое значение э. д. с. вентильного преобразователя в режиме инвертирования.
263
Угол коммутации у, как указывалось выше, зависит от тока и растет с увеличением последнего. Из (5-44) следует:
cos (aMaIiC + у) = — cos б,
а из (5-34)
cos (амакс+ у) = cos а макс — —ут- ■.
Следовательно,
Edи.маис — E(i м C O S CtM a u 0 = — E d м C O S б -j----- * - .
Отсюда наибольшее значение скорости привода, соот ветствующее надежному процессу инвертирования, сог
ласно |
(5-37) будет: |
|
|
- Ed м cos б - Аг/„ -К ^ |
- Дт - Лр- Я„) /„ |
Ю |
и . м а к с = |
-------------------------------------------------------- . |
Соответствующая зависимость показана штрих-пунк тирной линией в нижней части рис. 5-26.
Обычно при расчетах систем вентильного электропри вода принимают У м ан с = 15 -5- 18°, что соответствует пре дельно допустимым значениям тока якоря и реальным параметрам трансформаторов. Тогда для указанных выше максимальных значений б для преобразователей с ионными вентилями а маКс| ~ 150° или (5М1Ш1 ^ 30°, соответственно
Ed и.макс1 ~ |
0,866 EdM, а для |
тиристорных преобразовате |
лей а Ма к с 2 |
— 160° (Р м ш .2 ~ |
20°) И Ed „ л а к с г — (0,94 н- |
0,92) Еая. |
|
|
Из приведенного выше анализа следует, что в системе электропривода, в которой двигатель постоянного тока независимого возбуждения получает питание от вентиль ного преобразователя, двигатель может работать как в дви гательном режиме (зона, ограниченная па рис. 5-26 осями координат и характеристикой при а = 0), так и в тормоз ных режимах: противовключения (зона, отмеченная на рис. 5-26 наклонной штриховкой), рекуперации (зона, отмеченная вертикальной штриховкой) и динамического торможения (характеристика, соответствующая а = а0 —
= я/2).
Односторонняя проводимость вентильного преобра зователя затрудняет осуществление реверса в таких* си стемах. На практике применяются три способа измене ния направления момента двигателя:
264
а) |
изменением направления потока двигателя пр |
|
неизменном направлении тока якоря (рис. |
5-30, а)\ |
|
б) изменением полярности на зажимах якоря |
с помощью |
переключателя (реверсора) (рис. 5-30, б); в) изменением полярности на зажимах якоря с помощью двух групп вентильного преобразователя (рис. 5-30, в).
При реализации первых двух способов двигатель может получать питание от одиокомплектного вентильного пре образователя. Однако в этом случае затруднителен пере ход от двигательного режима в тормозному при одном
Рис. 5-30. К принципу реверсирования электродвш'ателя, получающего питание от управляе мого вентильного преобразователя.
итом же направлении вращения. Наиболее дешевой и простой является первая схема. Ее существенный недо статок заключается в большой продолжительности реверса порядка 0,5—2,5 с, что обусловлено прежде всего отно сительно большой постоянной времени обмотки возбуж дения двигателя. Схема с реверсором в цепи якоря позво ляет более быстро осуществить процесс реверса. Однако
ив этом случае время реверса, как правило, составляет не менее 0,1 с. Это определяется необходимостью соблю дения определенной последовательности операций в сис теме управления приводом в процессе реверса, который начинается увеличением угла управления преобразова теля. При увеличении а снижается э. д. с. преобразова теля, тогда как угловая скорость двигателя из-за нали чия запаса кинетической энергии сразу измениться не
может. При этих условиях оказывается £'дв > Ed и в силу
265
односторонней проводимости вентильного преобразова теля Id ->■0. Когда ток в цепи якоря станет близким к нулю, отключается ранее работавший контактор реверсо ра, например В, после чего путем дальнейшего увеличения
угла запаздывания открывания при сс > 2 вентильпыы
преобразователь подготавливается к работе в режиме инвертирования. Начальный угол управления устанавли вается таким образом, чтобы Edll ~ Ет . При этом условии замыкание ранее не работавшего контактора Н реверсора не приведет к большому броску тока в цепи якоря. Даль нейшее снижение а позволяет осуществить торможение двигателя и последующий его разгон до требуемой скорости в противоположном направлении.
Для приводов, где требуется максимальное быстро действие при реверсе, а также необходимы двигательный и тормозной режимы при одном и том же направлении вра щения, применяются схемы с двумя комплектами (груп пами) вентилей, каждый из которых проводит ток в одном из направлений, благодаря чему создается эффект двусто ронней проводимости преобразователя в целом. Все мно гообразие схем реверсивных вентильных преобразовате лей может быть сведено к двум типам схем: перекрестные пли «восьмерочные» схемы, показанные на рнс. 5-31, и встречно-параллельные или протпвопараллельиые схемы, приведенные на рис. 5-32.
В перекрестных схемах каждый из комплектов венти лей получает питание от изолированных друг от друга групп вторичных обмоток трансформатора, тогда как во встречно-параллельных схемах оба комплекта вентилей могут получать питание от одной группы вторичных об моток трансформатора.
Как и для ранее рассмотренных нереверсивных пре образователей, все схемы реверсивных преобразователей могут быть сведены к одной эквивалентной расчетной схеме, изображенной на рис.. 5-33, элементы которой такие же, как и в схеме на рис. 5-25. При работе электро привода в двигательном режиме один комплект вентилей реверсивного вентильного преобразователя, например 1В, работает в режиме выпрямления, а другой — 2В закрыт или подготовлен для работы в режиме инвертирования. В последнем случае с целью исключения передачи энер гии, преобразованной 1В, в сеть через 2В необходимо, чтобы Ed, ^ E dl. Если же, наоборот, в режиме выпрямле-
266
нпя работает 2В, то 1В закрыт или подготовлен к работе в режиме инвертирования. Соответственно при этом Edi Е(П. Очевидно, что в общем случае
Ed* ^ E dB, |
' (5-45) |
где Eda, Edв — э. д. с. комплектов вентильного преобра зователя, работающих в режимах инвер тирования и выпрямления.
6)
Рис. 5-31. Перекрестные схемы реверсивного электропривода с трехфазными вентильными преобразователями.
а — с нулевым выводом; б — мостовая.
При работе электропривода в режиме рекуператив ного торможения один из комплектов вентилей работает в режиме инвертирования, а второй либо закрыт, либо под-
267
'■ Ч -*
+ 6)
Рис. 5-32. Встречно-параллельные схемы реверсивного электропривода с трохфазпы.мп воптильнымн преобразова телями.
а — с нулевым выводом; б — мостовая.
Рис. 5-33. Эквивалентная схема реверсивного вентпльного электропривода с двумя комплекта ми вентилей.
268
готовлен к работе в режиме выпрямления. В этом случае по-прежнему должно соблюдаться соотношение (5-45).
Режим работы реверсивного вентильного преобразо вателя в значительной мере определяется способом управ ления обоими комплектами вентилей. При совместном управлении управляющие сигналы подаются на оба ком плекта вентилей таким образом, чтобы соблюдалось (5-45). В этом случае возникает также задача ограничения урав нительных токов, протекающих между двумя комплектами вентилей за счет разности мгновенных значений их э. д. с. С этой целью в цепи преобразователей включаются урав нительные реакторы PI — Р4, как показано в схемах на рис. 5-31 и 5-32. Вид механических и скоростных характе ристик электропривода существенно зависит от способа согласования углов управления обоими комплектами вен тилей. При линейном согласовании исходят из равенства нулю среднего значения уравнительного напряжения. В этом случае должно соблюдаться соотношение
Ed 1 -\-Ed2 —А£/в х — AUп г= О
плп
cos а х + cos а., = 2 |
= 2е. |
(5-46) |
В случае использования тиристоров в качестве управ ляемых вентилей EU JEdMж 0, поэтому
a 1-f-a2 = jt. |
(5-46а) |
Соответствующие регулпровочпьге и скоростные харак теристики показаны на рис. 5-34. Жесткость механичес ких характеристик в этом случае определяется, как п для однокомплектного преобразователя. Очевидно, что при согласовании углов управления комплектами вентилей в соответствии с (5-46а) характеристики реверсивного вентильного электропривода будут аналогичны характе ристикам системы Г—Д.
Недостатком схемы с линейным согласованием яв ляется наличие уравнительных токов, дополнительно нагружающих вентили и трансформаторы, необходимость введения в связи с этим уравнительных реакторов, что несколько снижает быстродействие системы электропри вода, а также неполное использование трансформаторов, так как в этом случае в соответствии с (5-44а) и (5-46а)
269
ссмпп = Рмин) т. е. максимальная э. д. с. реверсивного вен тильного преобразователя
Ed р.макс — Ed м COS Рмин-
С целью уменьшения уравнительных токов в ряде случаев используется так называемое нелинейное или неполное согласование, когда
ai + ®г = я + £■ |
(5-47) |
При этом нарушается линейность регулировочных и механических характеристик (рис. 5-35). В этом случае
Рлс. 5-34. Регулировочная (а) п скоростные (б) характеристики реверсивного электропривода с вентильными преобразователями при совместном управлении комплектами вентилей п линейном согласовании.
переходу от двигательного к тормозному режиму соответ ствует заметное увеличение скорости. Кроме того, в этом случае значительно ухудшается использование трансфор матора и ограничивается изменение углов управления. Поэтому этот способ согласования в таком простейшем виде не находит широкого применения. На практике используются системы, в которых значение £ изменяется автоматически в функции какого-либо параметра. В част ности, возможно автоматическое поддержание заданного уровня уравнительного тока, что позволяет снизить ин дуктивность реакторов при удовлетворительных характе ристиках электропривода.
Для полного исключения уравнительных токов ис пользуется раздельное управление комплектами вен тильных преобразователей. Раздельное управление зак лючается в том, что управляющие сигналы (импульсы)
270
подаются только .на тот комплект, который в данный момент должен работать. На вентили неработающего комплекта управляющие импульсы не подаются, и он «закрыт». Для изменения режима работы преобразователя используется специальное переключающее устройство,' которое при равенстве нулю тока преобразователя сначала снимает управляющие импульсы с ранее работавшего комплекта, а затем после небольшой паузы (5—10 мс) подает управляющие импульсы на другой комплект. При указанной последовательности переходу электропривода
Рис. 5-35. Скоростные |
ха |
Рис. |
5-36. Скоростные ха |
||
рактеристики |
реверсивного |
рактеристики реверсивного |
|||
электропривода с вентиль |
электропривода с вентиль |
||||
ными |
преобразователями |
ными |
преобразователями |
||
при совместном управлении |
при раздельном управлении |
||||
комплектами• |
вентилей |
и |
комплектами вентилей и ли |
||
нелинейном |
согласовании. |
нейном согласовании. |
от двигательного режима к тормозному и обратно соот ветствует режим прерывистых токов преобразователя.
Скоростные н механические характеристики реверсив ного вентильного электропривода с раздельным управле нием комплектами существенно зависят от способа согла сования углов управления. В частности, при линейном сог ласовании они будут иметь вид, показанный на рис. 5-36.
При раздельном управлении нет необходимости вклю чения реакторов в цепи отдельных комплектов, возможно
полное использование трансформатора (£^рыакс — ■^зм)> снижается вероятность опрокидывания инвертора вслед ствие уменьшения времени работы вентильного преобра зователя в инвертном режиме, уменьшаются потери энергии и соответственно увеличивается к. п. д. электро
271