- •6.2. Электроприводы по системе тиристорный преобразователь-двигатель постоянного тока
- •Основные показатели схем выпрямления
- •Энергетические показатели привода тп-д
- •6.3. Электроприводы постоянного тока с широтно-импульсным регулированием
- •6.4. Двигатель постоянного тока как динамическое звено
- •Внутренняя обратная связь
Основные показатели схем выпрямления
Схема |
m | |||||
Однофазная мостовая |
0,9 |
1,57 |
1,0 |
1,11 |
1 |
2 |
Трехфазная мостовая |
1,35 |
1,045 |
0,815 |
1,045 |
2 |
6 |
I1 – ток в линии на стороне переменного тока;
Sт – мощность трансформатора, Вт;
Uвмакс – максимальное напряжение, прикладываемое к тиристорам;
Rm – сопротивление вторичной обмотки трансформатора (или реактора).
Таким образом, среднее значение напряжения преобразователя в режиме непрерывного тока (внешняя характеристика преобразователя, как источника напряжения) будет:
. (6.16)
Выпрямленный ток имеет непрерывный характер, если индуктивность в цепи выпрямленного тока достаточно велика .
Индуктивность якорной цепи двигателя постоянного тока независимого возбуждения может быть определена по формуле:
,
где: кL – конструктивный коэффициент; для компенсированных машин принимается (0,1÷0,25), для некомпенсированных (0,5÷0,6);
Uн, Iн, ωн – номинальные напряжение, ток якоря и угловая скорость двигателя;
рп – число пар полюсов.
При конечных значениях индуктивности в цепи выпрямленного тока на условие непрерывности тока оказывают также влияние минимальное значение тока и угол регулирования. Граничное (минимальное) значение тока, при котором ток еще остается непрерывным определяется соотношением [1-6]
. (6.17)
Влияние режима прерывистого тока проявляется в увеличении среднего значения выпрямленного напряжения в зоне прерывистого тока.
Наиболее применяемые силовые схемы тиристорного электропривода постоянного тока (ТП-Д) показаны на рис.6.10. Схемы 6.10а и 6.10б относятся к нереверсивным электроприводам. В этих схемах изменение полярности питающего напряжения и направления тока в якорной цепи невозможно. Механические характеристики нереверсивного привода ТП-Д показаны на рис.6.13.
Если полагать, что привод работает в режиме непрерывного тока (при ), то механические характеристики будут иметь вид наклонных прямых параллельных друг другу, причем ω0 уменьшается по мере уменьшения выпрямленного напряжения (увеличения угла α).
Механические характеристики описываются в этом случае следующей формулой, полученной на основе (6.4), (6.16).
(6.18)
П
Рис.6.13.
Механические характеристики нереверсивного
привода ТП-Д
При желании уменьшить зону прерывистых токов последовательно с якорем двигателя включают сглаживающий дроссель, величина индуктивности которого может быть определена по формуле:
,
где Idг – требуемое значение граничного тока при ω=0.
Заметим, что механические характеристики нереверсивного привода ТП-Д не переходят ось ординат, т.к. изменение направления тока в нереверсивных схемах невозможно. Следовательно, отсутствует режим рекуперативного торможения. В случае необходимости изменения направления вращения приводного двигателя в нереверсивных приводах по системе ТП-Д изменяют направление тока в обмотке возбуждения двигателя.
Рекуперация энергии торможения в нереверсивных приводах
ТП-Д возможна при работе привода вIV квадранте в режиме протягивающего груза (см.§2.5). Это своеобразный режим противовключения, который возникает тогда, когда привод включают в направлении «вверх», а под действием активного статического момента (спуск груза) привод будет вращаться в обратном направлении. При этом э.д.с. двигателя Ея изменит свой знак. Если при этом нере-версивный преобразователь перевести в инверторный режим, установив углы управления тиристорами , то под дей-ствием э.д.с. якоря ток бу-дет протекать против сред-ней э.д.с. преобразователя, и энергия торможения бу-дет отдаваться в питающую сеть. Механические харак-теристики, соответствую-щие этому режиму, показаны на рис.6.14.
Для того, чтобы получить электропривод, работающий во всех четырех квадрантах поля М-ω, необходимо использование реверсивного тиристорного преобразователя, обеспечивающего протекание тока якоря в обоих направлениях. Реверсивные тиристорные преобразователи содержат две группы тиристоров, включенные встречно-параллельно друг другу.
Наиболее распространенная схема реверсивного тиристорного электропривода показана на рис.6.10в. В этой схеме два тиристорных преобразователя UZ(B) и UZ(H), собранные каждый по трехфазной мостовой схеме, включены параллельно друг другу с противоположной полярностью на стороне выпрямленного тока. Подавать опирающие импульсы одновременно на обе группы тиристоров нельзя, т.к. произойдет короткое замыкание. Поэтому в данной схеме может работать только одна группа тиристоров UZ(B) или UZ(H); другая группа должна быть закрыта (отпирающие импульсы сняты). Такая реверсивная схема называется схемой с раздельным управлением группами тиристоров.
При раздельном управлении включается только та группа тиристоров, которая в данный момент должна проводить ток. Выбор этой группы зависит от направления движения привода («вперед» или «назад») и от режима работы: двигательный режим или рекуперативного торможения. В соответствии с этим выбор нужной группы вентилей можно представить в виде таблицы.
Таблица 6.2.
Режим работы Направление движения |
Двигательный |
Тормозной |
Вперед |
UZ(B) |
UZ(H) |
Назад |
UZ(H) |
UZ(B) |
В системах управления выбор и включение нужной группы тиристоров производится автоматически посредством логического переключающего устройства ЛПУ, принцип построения которого показан на рис.6.15.
Примем направление тока якоря при работе «вперед» в двигательном режиме за положительное. При положительном сигнале задания скорости ωзад, соответствующем движению вперед, и сигнале ошибки по скорости, которая в двигательном режиме также будет , сигнал, поступающий на ЛПУ от регулятора тока, будет иметь знак (+). В соответствии с этим ЛПУ включит электронный ключ К(В), который подает отпирающие импульсы на тиристорную группуUZ(B). Угол управления αВ устанавливается системой автоматического регулирования в соответствии с сигналом выхода регулятора тока РТ. Обе СИФУ (В) и (Н) работают согласованно – так, что сумма углов
. (6.19)
Таким образом, на тиристорную группу, работающую в выпрямительном режиме, подаются отпирающие импульсы с углом . При этом СИФУ(Н) вырабатывает импульсы управления с углом(с запасом по углу в диапазоне), т.е. углом управления, соответствующем инверторному режиму работы преобразователяUZ(H). Однако, поскольку электронный ключ К(Н) разомкнут, импульсы управления на тиристоры группы UZ(H) не поступают. Преобразователь UZ(H) закрыт, но подготовлен к работе в инверторном режиме.
Такой принцип согласованного управления, определяемый (6.19) позволяет согласовать механические характеристики привода в двигательном и в тормозном режимах, что показано на рис.6.16.
При необхо-димости торможе-ния привода уме-ньшается сигнал за-дания скорости ωзад. Ошибка по скорости меняет знак (ωзад-ω)<0, и на входе ЛПУ знак сигнала изменяется с (+) на (-), в соответствии с чем отключается контакт К(В) и вклю-чается контакт К(Н). Однако вклю-чение контакта К(Н) происходит не сразу, а с некоторой выдержкой времени, которая необходима, чтобы ток якоря уменьшился до нуля и тиристоры UZ(B) восстановили запирающие свойства. Спадание тока до нуля контролируется датчиком тока ДТ и нуль-органом НО (в других схемах для этой цели используются датчики проводимости вентилей ДПВ).
Когда ток спадет до нуля и по прошествии некоторой выдержки времени, включается ключ К(Н) и вступает в работу преобразователь UZ(H), уже подготовленный к работе в инверторном режиме. Привод переходит в режим рекуперативного торможения. Общее время переключения тиристорных групп составляет 5-10 миллисекунд, что является в большинстве случаев допустимым для обеспечения высокого качества управления.
При работе в двигательном режиме в направлении «назад» знак задания скорости отрицателен, а абсолютное значение ошибки по скорости положительно, поэтому на вход ЛПУ поступает отрицательный сигнал, и включается ключ К(Н). Работает преобразовательUZ(H) в выпрямительном режиме. Логические правила работы ЛПУ иллюстрируются следующей таблицей.
Таблица 6.3.
Знак ωзад |
Знак |
Знак на входе ЛПУ |
Включен ключ |
Работает преобразователь |
Режим работы привода |
+ |
+ |
+ |
К(В) |
UZ(B) |
Двигательный |
+ |
- |
- |
К(Н) |
UZ(H) |
Тормозной |
- |
+ |
- |
К(Н) |
UZ(H) |
Двигательный |
- |
- |
+ |
К(В) |
UZ(B) |
Тормозной |
Находят применение также и другие схемы ЛПУ [1-6]. Механические характеристики реверсивного привода ТП-Д с раз-дельным управлением показаны на рис.6.16. При непрерывном токе якоря они описываются уравнением (6.18).
В режиме прерывистых токов в области малых значений момента линейность характеристик нарушается. В современных замкнутых по току и скорости системах регулирования, благодаря применению адаптивных регуляторов, удается линеаризовать механические характеристики и при малых значениях момента.