Файл: Бродовский В.Н. Приводы с частотно-токовым управлением.pdf

фазные обмотки. Число однофазных преобразователей в этом случае выбирается равным числу фаз машины. Для трехфазных машин возможно построение трехфаз­ ных преобразователей, не требующих раздельных фаз­ ных обмоток машины. Принципиальных различий между однофазными и трехфазными преобразователями нет, и можно все основные вопросы построения и работы пре­ образователя тока рассмотреть на примере однофазного преобразователя.

На рис. 2-1 показана структурная схема однофазного преобразователя энергии с регулируемым током. Основ-

\ным элементом преобразователя тока (ПТ) является силовой усилитель .напряжения (СУН), который пита­ ется от промышленного источника напряжения (ПИН). Преобразователь тока питает током i нагрузку Z, роль которой играет обмотка одной фазы работающей маши­ ны переменного тока. В цепь тока i включен измеритель тока (ИТ), который используется в качестве датчика сигналов обратной связи по выходному току преобразо­

вателя. С выхода ИТ напряжение обратной связи и0.с поступает на сравнивающий элемент (СЭ), на другой

вход которого поступает входное напряжение и в х . На­ пряжение «их является управляющим для ПТ и опреде­ ляет ток i в нагрузке Z. В установившихся режимах ра­ боты привода при Qi=^=0 входное напряжение является синусоидальным напряжением круговой частоты Qi, ам­ плитуда которого определяет амплитуду требуемого си­ нусоидального тока в нагрузке. С выхода СЭ управляю­ щее напряжение

мирует сигналы управления СУН. Для напряжения ы0.с имеем:

где Кг — статический коэффициент передачи ПТ.

77

Силовые усилители напряжения могут питаться от промышленных источников постоянного напряжения или переменного напряжения с частотами, равными, напри­ мер, 50 или 400 гц. Все усилители напряжения, исполь­ зуемые в преобразователях тока рис. 2-1, по принципу работы являются импульсными. Регулирование тока в нагрузке усилителей происходит за счет того, что на нее подаются широтно-модулированные импульсы на­ пряжения источника питания. В ряде преобразователей тока с питанием усилителей непосредственно от источни­ ка переменного напряжения широтная модуляция ведет­ ся на постоянной частоте, определяемой частотой источ­ ника, и на нагрузку поступают широтно-модулированные импульсы напряжения, представляющие собой части си­ нусоид напряжения источника питания.

В преобразователях тока с питанием усилителей от источника постоянного напряжения модуляция ведется на переменной частоте и на нагрузку поступают широт­ но-модулированные импульсы прямоугольной формы, разные по величине напряжению источника питания. Во всех преобразователях тока формирование широтно-мо- дулированного напряжения на нагрузке происходит по результатам сравнения напряжений ивх и ы0 .о Ввиду того что напряжение на выходе СУН носит импульсный характер, ток в нагрузке преобразователя помимо основ­ ной (гладкой) составляющей i0 имеет пульсирующую составляющую Д/'. Основная составляющая тока нагруз­ ки строго соответствует сигналу ыВх- Для того чтобы максимальная величина А/пульсирующей составляющей тока Ai была значительно меньше максимальной величи­ ны основной составляющей £0.макс, определяемой вход­ ным сигналом «вх.макс, последовательно с фазой маши­ ны (с нагрузкой Z) включают дополнительный сглажи­ вающий дроссель (СД).

Отметить, что основная составляющая тока на вы­ ходе ПТ и есть тот ток в обмотке машины, о необхо­ димости формирования которого шла речь в гл. 1 при описании частотно-токового способа и различных приво­ дов с ним.

Рассмотрим основные типы усилителей напряжения и преобразователей тока. При наличии источников по­ стоянного напряжения используют усилители на тран­ зисторах и тиристорах. При этом усилители на тиристо­ рах называют усилителями с принудительной коммута-

78

дней [Л. 26]. Так как по принципу действия усилители на транзисторах не отличаются от усилителей на тиристо­ рах, то говоря в дальнейшем об усилителях с принуди­ тельной коммутацией, будем подразумевать и усилители на транзисторах. Транзисторы и тиристоры вместе с по­ лупроводниковыми диодами выполняют в усилителях напряжения роль силовых ключей, обеспечивающих по­ явление на нагрузке требуемого широтно-модулирован- ного напряжения.

В общем случае включение и выключение силовых ключей любого усилителя напряжения с принудительной коммутацией, входящего в состав многофазного преоб­ разователя тока, может осуществляться многократно за время периода выходной частоты преобразователя и независимо от шереключений IB других усилителях (Л. 13]. Поэтому преобразователи тока на основе усилителей с принудительной коммутацией обеспечивают питание машины практически синусоидальными токами при си­ нусоидальных сигналах на юходе каждого преобразова­ теля тока, при этом верхний предел регулируемых ча­ стот токов может быть равен 50 гц и более.

При наличии источника переменного напряжения в преобразователях тока можно использовать усилители напряжения с 'Непосредственным преобразованием пере­ менного напряжения постоянной частоты (например, 50 гц) в напряжение регулируемой частоты. Верхний пре­ дел выходной частоты этих усилителей зависит от часто­ ты напряжения источника питания, от числа силовых ключей в усилителе, от допустимых искажений выходно­ го напряжения и ограничивается примерно 15—20 гц при частоте напряжения источника питания 50 гц [Л. 20, 44]. При использовании этих усилителей в преобразова­ телях тока верхний предел регулируемых частот оказы­ вается несколько ниже названного. Объясняется это тем, что при охвате усилителя .напряжения жесткой отрица­ тельной обратной связью подтоку приходится в контур обратной связи вводить корректирующее звено, которое в конечном счете понижает быстродействие преобразова­ теля тока и, следовательно, выходную частоту. Верхний предел выходной частоты преобразователей тока на ос­ нове усилителей с -непосредственным преобразованием при питании их от трехфазной сети 50 гц равен пример­ но 15 гц. Поэтому эти преобразователи выгодно приме­ нять в тихоходных приводах или в приводах с асинхрон-

79

ными машинами, работающими в режиме двойного пи­ тания (§ 1-6).

С целью увеличения выходной частоты преобразова­ теля тока усилители с непосредственным преобразовани­ ем необходимо применять с источником переменного напряжения повышенной частоты, например, 400 гц. При использовании в этих усилителях тиристоров индуктив­ ное сопротивление источника должно быть достаточно

ностью во много раз больше требуемой мощности пре­

Для приводов с частотно-токовым управлением пред­ ставляют значительный интерес преобразователи тока, питаемые от источника переменного напряжения, в ко­ торых преобразование энергии осуществляется в две ступени. На шервой ступени переменное напряжение пре­ образуется в постоянное, нерегулируемое, а на второй ступени преобразования это постоянное напряжение ис­ пользуется для получения регулируемого тока в нагруз­ ке. Такие преобразователи тока будем называть преоб­ разователями тока с промежуточным звеном постоянного напряжения.

На первой ступени преобразования обычно использу­ ется неуправляемый выпрямитель, параллельно которо­ му подключается инвертор для обеспечения режима воз­ врата энергии из звена постоянного напряжения в источ­ ник переменного напряжения. В ряде случаев возврат энергии из звена постоянного напряжения в источник переменного напряжения бывает небольшим и можно вместо инвертора на время возврата энергии подключать балластный резистор [Л. 14].

На второй ступени преобразования используют уси­ лители напряжения с принудительной коммутацией, ох­ ваченные обратной связью по току. Именно поэтому пре­ образователи тока с промежуточным звеном имеют высокий верхний предел регулируемых частот, не завися­ щий от частоты источника переменного напряжения. Эти преобразователи можно питать от промышленной сети

80

50 гц, что облегчает условия работы инвертора, обеспе­ чивающего возврат энергии из звена постоянного напря­ жения в питающую сеть.

Отметим, что если на практике имеется сеть постоян­ ного напряжения и сеть переменного напряжения, то использование постоянного напряжения более предпоч­

источник постоянного напряжения должен иметь малое сопротивление для токов высокой частоты, возникающих при работе усилителей. На практике это условие выпол- ^ няется только для источников напряжения типа аккуму­

л я т о р о в .

В других случаях параллельно источнику постоянно­ го напряжения приходится подключать конденсатор с достаточно большой емкостью. Конденсатор использу­ ется и в случае питания преобразователя тока от сети переменного напряжения.. Помимо конденсатора для обеспечения работы инвертора включают также дрос­ сель [Л. 33].

Наличие конденсатора и дросселя может привести к колебаниям напряжения в цепи преобразования, а сле­ довательно, и к повышению напряжений на полупровод­ никовых приборах, что нежелательно.

Рассмотренные типы преобразователей имеют высо­ кий к. п. д., так как падения напряжений на полупро­ водниковых приборах, работающих в роли ключей, до­ статочно малы.

Представляет практический интерес и использование магнитных усилителей (МУ) в преобразователях тока [Л. 13]. Магнитные усилители являются высоконадежны­ ми устройствами, в них легко удается осуществить об­ ратную связь по выходному току. Для построения пре­ образователей тока удобными являются однофазные и многофазные МУ с самонасыщением. Так как названные МУ не могут осуществить рекуперацию энергии в пи­ тающий их источник переменного напряжения, то они включаются в мостовые схемы, содержащие балластный источник постоянного напряжения [Л. 13]. Это обстоя­ тельство ограничивает область применения преобразова­ телей тока на МУ. Что касается верхнего предела часто­ ты у преобразователей тока с МУ, то он оказывается таким же, как и у преобразователей тока на основе усилителей с непосредственным преобразованием.