Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода

Подождите немного. Документ загружается.

имеющего следующие данные:

С/„ом=460

В;

/ном

=435

aoM=s

==1000

об/мин;

/в=8,15

= 730

—на

один полюс;

=16,6

Ощ.

Св= 1;

135;

2а=2;

2/7=4;

4,75/10-

Вб при

F=5000

А.

;

Согласно

(2.1)

и (2.7) коэффициент усиления определяется с по

мощью выражения

Afi,

^в

Р^ясог

АФ

И?

krd

яа

Д£

2.135-105

4,75-10-?

730

я-1

5000

16,6-1

Полученное значение коэффициента усиления по напряжению

соответствует начальному линейному участку характеристики

намаг-

ничивания и без учета дополнительного сопротивления в цепи воз-

буждения. Для проверки полученного значения целесообразно вос-

пользоваться отношением выходного напряжения к напряжению воз-

буждения в номинальном режиме:

Сом

Оном/Са-шя,

*„)

460/

(

)

Так как в номинальном режиме генератор в определенной мере

насыщен,

то неравенство

riHOM

<£

является необходимым услови-

ем справедливости результата расчета

Согласно (2.9), (2.12) и исходным техническим данным генера-

тора может быть подсчитана электромагнитная постоянная

времени,

соответствующая начальному прямолинейному участку

характери-

стики намагничивания:

2pWl

3.8

pWnU

2Р=

9000

730

23c

'—•

па

2.2.

Вентильныа

преобразователи напряжения

постоянного

тока

В настоящее время вентильные преобразователи на-

пряжения находят весьма широкое применение в систе-

мах АЭП постоянного тока. Широкое использование вен-

тильных преобразователей обусловлено успешным раз-

витием полупроводниковой техники, а именно освоением

промышленностью надежных, малогабаритных управляе-

мых силовых вентилей — тиристоров и

транзисторов.

В большинстве современных преобразователей для при-

вода в качестве силовых вентилей используются

тирис-

торы. На их основе для электропривода постоянного то-

ка построены два типа преобразователей:

тиристорные

преобразователи

(ТП)

напряжения переменного тока в

остоянный

(управляемые выпрямители) и

широтно-им-

пульсные

преобразователи (ШИП) неизменного напря-

жения постоянного тока в регулируемое напряжение по-

стоянного

тока.

Тиристорные

преобразователи обладают рядом досто-

инств:

1) высокий КПД, обусловленный незначительным па-

дением напряжения на тиристоре (менее 1

В);

2) незначительная инерционность, обусловленная

фильтрами в цепях управления и неуправляемостью ти-

ристоров в течение интервала проводимости

(10—

мс);

3) высокая надежность при использовании быстро-

действующей защиты и модульно-блочном

исполнении

ТП.

К недостаткам ТП следует отнести:

1) низкий коэффициент мощности при глуооком ре-

гулировании напряжения;

2) искажения питающего напряжения, вносимые ра-

ботой ТП;

3) повышенный уровень излучаемых

радиопомех.*!

Функциональная схема ТП представлена на рис.

2.12.

Входной координатой ТП является напряжение управле-

ния

выходной координатой — выпрямленная ЭДС,

определяемая как средняя на интервале проводимости

величина в установившемся режиме

Е&

и в переходных

процессах

e&.

Входной блок

Б1

преобразует величину

в угол открывания тиристоров а, а выходной блок

Б2

преобразует величину а в ЭДС ТП. Технически блок Б1

представляет собой систему импульсно-фазового управ-

ления (СИФУ), а блок Б2 — вентильную группу

ВГ.

Конструктивно вентильная группа представляет собой

комплект тиристоров, пред-

назначенных для определен-

ного направления тока на-

грузки,

например комплек-

ты «Вперед» и «Назад» в

реверсивных ТП.

На выходную координа-

ТП оказывает влияние

возмущающее воздействие —

ток

нагрузки

который

через функциональный блок

нагрузки

БН

поступает на

Рис. 2.12. Блочная структурная

схема ТП

вход Б2. Влияние Id на Ed проявляется только в режи-

ме прерывистых токов.

В режиме непрерывных токов ЭДС

ТП

является функцией

толь-

ко угла открывания и определяется выражением

cosa.

(2.33)

Для

m-фазной

нулевой схемы ТП

Edo

—

sin—

(2.34)

л от

где т — число фаз;

2т

— амплитудное значение ЭДС фазы

вторич-

ной обмотки трансформатора, В.

Действующее значение фазного тока вторичной обмотки транс-

форматора определяется через выпрямленный ток в предположении,

что он имеет прямоугольную форму:

'-/ШТ-Зг-

'->

Внутреннее сопротивление ТП, приведенное к цепи

нагрузки,

оп-

ределится как сумма

Ял1

Яп

.11

Яв,

(2.36)

где

—

2Т

(2.37)

2я

— эквивалентное сопротивление ТП, вызываемое перекрытием вен-

тилей, Ом;

т—

результирующее индуктивное сопротивление

расстояния фазы трансформатора, приведенное ко вторичной цепи,

Ом;

Лн,п

— результирующее активное сопротивление источника пита-

ния (трансформатора), Ом;

У?

—

расчетное сопротивление вентилей,

Ом.

Рис. 2.13. Трехфазная (а), шестифазная (б) и трехфазная с уравни-

тельным реактором (в) нулевые схемы управляемых выпрямителей

Широкое применение в электроприводе находят трехфазные ну-

левые

и мостовые схемы включения вентильных групп. На рис. 2.13

приведены типовые нереверсивные нулевые схемы. Согласно

(2.34)—«

(237) для трехфазной схемы

)

83£

=l,17£

;

(2.38)

/2=—:/d

0,58/

;

(2.39)

Уъ

=l,35£

(2.40)

для

шестифазной

схемы

£<го

0,96Е

2т

=1,35£

;

(2.41)

T/d

0,41/

;

(2.42)

1/6

=l,55£

(2.43)

для сдвоенной

трехфазной

схемы с уравнительным реактором

£do=

1,17£

;

—:

0,29/

;

(2.44)

]/3

=l,26£

(2.45)

'ЧИз

приведенных на рис. 2.13 схем наиболее простой

является трехфазная нулевая схема, имеющая меньшее

число вентилей и обычный

двухобмоточный

трансформа-

тор. Однако эта схема имеет наибольший уровень пуль-

саций в выпрямленной ЭДС (частота

пульсаций

состав-

ляет

=150

Гц). В этой схеме выпрямленный ток на-

грузки, протекая через трансформатор, вызывает его

дополнительное подмагничивание. В связи с этим транс-

форматор должен выбираться с некоторым запасом по

сечению магнитопровода. Завышенные габариты транс-

форматора относительно полезной нагрузки обусловли-

вают целесообразность применения этой схемы для элек-

тропривода относительно небольшой мощности

(1—•

кВт).

В схеме с уравнительным реактором (рис. 2.13, а) вен-

тильные группы VS1, VS3, VS5 и VS4, VS6, VS2 работа-

ют

параллельно и внутреннее

сопротивление

ТП

будет

наименьшим:

Ял.

-j-

-fЯ*т+

-р-

•

(2-46)

4я

/<г

где

2т

— результирующее активное сопротивление фазы

трансформатора, приведенное ко вторичной цепи, Ом;

(/„«0,5н-1В

—

падение напряжения на одном вентиле

при номинальном токе нагрузки

Ids,

В.

Уравнительный реактор

исключает коммутацию

вентилей с одной группы

[VS1,

VS3, VS5) на вентили

другой группы (VS2,

VS4,'VS6),

тем самым делает ра-

боту группы независимой. Схема исключает подмагничи-

вание трансформатора током нагрузки, так как направ-

ления

МДС

двух обмоток на одном стержне трансфор-

матора противоположны. По пульсациям в выпрямленной

ЭДС данную схему можно рассматривать как услов-

но-шестифазную (частота пульсаций составляет

=300 Гц).

Наименьшая типовая мощность трансформа-

тора и наибольший ток нагрузки относительно токов

вентиля и трансформатора делают эту схему целесооб-

разной для

ТП

большой мощности с большими токами

нагрузки. Недостатком схемы является наличие допол-

нительного

элемента

—

уравнительного реактора.

Для шестифазной схемы (рис.

2.13,6)

с частотой

ЭДС

=300

Гц не требуется уравнительного

реактора,

однако в этой схеме необходима наибольшая типовая

мощность трансформатора. Схема практически работо-

способна только при соединении первичной обмотки

трансформатора в треугольник. При соединении звез-

да — шестифазная звезда возникает сильное однофазное

подмагничивание всех трех стержней трансформатора,

что делает данную схему практически непригодной для

работы ТП. Повышенные значения типовой мощности

трансформатора и внутреннего сопротивления ТП

А Т J

Rdn

2г

^2т

(2.47)

2я

ограничивают целесообразность применения шестифаз-

ной схемы в ТП небольшой мощности

(1—5

кВт).

Широкое применение в электроприводе находит трех-

фазная мостовая схема ТП (рис. 2.14). Эта схема пред-

ставляет собой сдвоенную нулевую

схему,

работающую

последовательно

в оба полупериода переменного тока.

Поэтому для мостовой схемы

2(1,17£.)

2,34£

1,35Е

;

(2.48)

^^Т^.

(2-49)

где

л=

УЗЕ

—

действующее

значение

линейной

ЭДС

вторичной цепи трансформатора, В. По сравнению с

Рис. 2.14. Трехфазная мостовая

схе-

ма

выпрямителя

трехфазной

нулевой схемой

мостовая

схема имеет преиму-

щества:

1) выпрямленная ЭДС при

одном и том же вторичном на-

пряжении трансформатора в

2 раза больше;

2) пульсации выпрямленной

ЭДС (частота пульсаций рав-

на

б/с=300

Гц) в 2 раза больше по частоте и меньше

по амплитуде;

3) вентильные группы могут подключаться к сети без

трансформатора;

4) типовая мощность трансформатора меньше:

l,05£

(2.50)

Перечисленные достоинства обусловливают преиму-

щественное применение трехфазной мостовой схемы в

системах электропривода мощностью в десятки — сотни

киловатт. Эта схема, выполненная в виде единичного

блока — модуля, позволяет унифицировать

ТП.

Для на-

грузок с большим током ТП копмлектуется из несколь-

ких мостов, соединенных параллельно по целям перемен-

ного и постоянного тока.

Представленные на рис. 2.13 и 2.14 схемы относятся

к нереверсивным ТП. Реверсивные ТП комплектуются из

двух

нереверсивных

вентильных комплектов, объединен-

ных электрически по цепи нагрузки и по цепям СИФУ.

Для удобства анализа работы СИФУ многофазных

ТП нумерацию тиристоров в вентильных группах выпол-

няют в соответствии с очередностью их открывания, на-

чиная отсчет от фазы а (рис. 2.13, 2.14). Тогда для ше-

ститиристорных

схем фаза отставания открывания ти-

ристора с номером i относительно первого тиристора

VS1

может быть определена по формуле

(t —

60°. (2.51)

Соответствующие диаграммы очередности открывания

тиристоров

изображены для шестифазной схемы на

РИС.

2.15,

для трехфазной нулевой с уравнительным

Рис. 2.15. Диаграммы очередности открывания тиристоров в

шести-

фазной (а), трехфазной нулевой с уравнительным реактором и

трех-

фазной мостовой (б) схемах выпрямителя и векторная диаграмма

вторичных ЭДС трансформатора

(а)

реактором и трехфазной мостовой на рис.

2.15,6.

Вектор-

ная диаграмма вторичных ЭДС трансформатора показа-

на на рис.

2.15,

в. Основу СИФУ составляет блок управ-

ления, предназначенный обычно для управления одним

тиристором. В состав блока управления входят генера-

тор опорных напряжений ГОН, синхронизированных с

напряжением питания тиристоров, фазосмещающее

устройство

ФСУ,

регулирующее фазу открывающего им-

пульса, и генератор импульсов

ГИ,

вырабатывающий не-

обходимый для открывания тиристоров импульс

(рис. 2.16,

с).

Широкое применение в современных СИФУ аналого-

вого типа находит так называемый вертикальный прин-

Рис. 2.16. Функциональная схема блока управления СИФУ (а) и

диаграмма регулирования фазы открывающего импульса по вер-

тикальному принципу (6)

пип

управления. В таких СИФУ разностный сигнал

при изменении управляющего напряжения

изменяет момент перехода через нуль относительно вто-

ричной ЭДС

2т

соответственно регулируется фаза от-

крывающего импульса (рис.

2.16,6).

Синхронизация на-

пряжений

Uon

выполняется таким образом, чтобы

при

угол открывания

а=я/2,

что

соответствует

согласно

(2.33)

Ed=0

для

режима непрерывных токов

Для выполнения этого условия фазовый сдвиг между

опорным напряжением и вторичной ЭДС для любого ти-

ристора с номером

должен составлять

Лф/

Фоп

—

2т

—

(2.52)

На рис.

2.16,6

изображены соответствующие напря-

жения для тиристора VS1. Очевидно, для трехфазных

схем

Дф,

60°

и в качестве опорных могут быть исполь-

зованы напряжения, опережающие по фазе на 60° соот-

ветствующие вторичные

ЭДС:

=—е

для VS1

(е

);

=—е

для VS3

(е

);

=—е

для VS5

(е

Для шес-

тифазной схемы

Дф(

30°

и опорными могут быть на-

пряжения, пропорциональные

—е

для VS1

(е

—

—е

для

VS2

—е

для

VS3

(е

)

и т. д.

Векторная

диаграмма рис.

2.15,

в наглядно иллюстрирует сдвиг

фаз между соответствующими ЭДС.

Рассмотрим примеры функциональных схем типовых трехфазных

ТП

промышленных серий. На рис. 2.17, а представлена схема трехфаз-

ного мостового нереверсивного ТП. Особенность мостовой схемы в

отличие от нулевой заключается в том, что в каждый момент време-

ни открыты два тиристора, включенных последовательно с нагрузкой.

Поэтому для поддержания обоих тиристоров во включенном состоя-

нии ширина открывающих импульсов должна быть не менее 60°,

что-

бы ТП не смог закрыться в режиме прерывистых токов, так как

через каждые

60°

происходит отключение одного из тиристоров и

включение другого. Широкие импульсы технически сложнее сформи-

ровать, чем узкие. Кроме того, широкие импульсы вызывают допол-

нительный нагрев тиристоров. Поэтому вместо широких используются

сдвоенные узкие импульсы. Каждый тиристор через каждые 60° пос-

ле

основного открывающего импульса (сплошная стрелка на рис.

•^•17,

б) получает дополнительный импульс (штриховая стрелка на

рис.

2.17,6).

На тиристор с номером i дополнительный импульс по-

ступает от генератора импульсов с номером

1+1.

Диаграмма синхронизированной работы генераторов импульсов

приведена на

рис.

2.17, в, где генераторы импульсов изображены в

Рис. 2.17. Трехфазная мостовая схема нереверсивного ТП (а) и

дич-

граммы

очередности открывания тиристоров (б) и работы

генера-

торов импульсов (б)

виде кружков, основные импульсы — радиальными стрелками, а до-

полнительные—

дуговыми стрелками. В соответствии с диаграммой

на рис. 2.17, а короткими вертикальными стрелками показаны входы

и выходы у генераторов для дополнительных импульсов. Цифры у

стрелок генератора импульсов указывают номера других генераторов,

с которыми соединены вход и выход данного генератора. В состав

СИФУ входят шесть идентичных блоков управления

БУ!—БУ6,

которых на генераторы импульсов поступает разность опорных на-

пряжений генераторов опорных напряжений

ГОН1—ГОН6

и общего

для всех БУ напряжения управления

Цепь, в которой сравнива-

ются

(Лш>

t/y,

выполняет функцию

фазосмещающего

устройства

Рис. 2.18. Трехфазная нулевая схема реверсивного ТП с совместным

управлением вентильными группами

(ФСУ

на рис.

2.16,а).

Угол открывания тиристоров регулируется из-

менением

{/у.

На рис. 2.18 приведена трехфазная нулевая схема реверсивного

ТП с совместным управлением. В составе реверсивного ТП объеди-

нены две нереверсивные вентильные группы для противоположных

направлений тока нагрузки: катодная группа ВГ1 и анодная группа

"Г2.

При совместном управлении открывающие импульсы подаются

одновременно на обе группы таким

образом,

что если ВГ1 открыва-

ется в

выпрямительном режиме

(а!<я/2),

то

ВГ2

—

инверторном

(«2>я/2),

и наоборот. Если при этом выполняется условие

я,

(2.53)

такое управление вентильными группами называют согласованным.

Условие

2Да

>я

(2.54)

°ответствует

несогласованному управлению с углом смещения

Да

ждой

вентильной группы от согласованного начального угла от-

-831

4Э