Естественной коммутации

На 17.9 приведена схема преобразователя (регулятора) переменного напряжения на обмотках статора асинхронного двигателя с двумя встречно-параллельными тиристорами в каждой фазе. Система управления СУ синхронно открывает тиристоры в порядке чередования фаз. Изменяя момент времени включения тиристоров (см. 10.42), можно регулировать амплитуду напряжения основной гармоники. Выключение тиристоров осуществляется автоматически при изменении полярности напряжения соответствующей фазы. Такой режим называется естественной коммутацией.

Привод насоса с синхронным электродвигателем и статическим преобразователем частоты (вентильной электропривод) состоит из статического преобразователя частоты с естественной коммутацией, синхронного неявнополюсного электродвигателя и возбудителя с системой управления. Этот вид привода заслуживает внимания, потому что синхронный двигатель более надежен по сравнению с асинхронным и обладает высоким пусковым моментом и малыми пусковыми токами, чем обеспечивается пуск ГЦН из турбинного режима.

На 17.9 приведена схема преобразователя (регулятора) переменного напряжения на обмотках статора асинхронного двигателя с двумя встречно-параллельными тиристорами в каждой фазе. Система управления СУ синхронно открывает тиристоры в порядке чередования фаз. Изменяя момент времени включения тиристоров (см. • 10.42), можно регулировать амплитуду напряжения основной гармоники. Выключение тиристоров осуществляется автоматически при изменении полярности напряжения соответствующей фазы. Такой режим называется естественной коммутацией.

На 17.9 приведена схема преобразователя (регулятора) переменного напряжения на обмотках статора асинхронного двигателя с двумя встречно-параллельными тиристорами в каждой фазе. Система управления СУ синхронно открывает тиристоры в порядке чередования фаз. Изменяя момент времени включения тиристоров (см. 10.42), можно регулировать амплитуду напряжения основной гармоники. Выключение тиристоров осуществляется автоматически при изменении полярности напряжения соответствующей фазы. Такой режим называется естественной коммутацией.

При разработке математической модели желательно максимально приблизить ее структуру к реальным схемам исследуемых тиристорных электроприводов. В схемах с естественной коммутацией при независимой работе тиристоров какой-либо фазы относительно тиристоров других фаз работу каждого Ni-ro тиристора описывает логическая функция

При разработке математической модели желательно максимально приблизить ее структуру к реальным схемам исследуемых тиристорных электроприводов. В схемах с естественной коммутацией при независимой работе тиристоров какой-либо фазы относительно тиристоров других фаз работу каждого ,?,-го тиристора описывает логическая функция

Схема преобразователя с естественной коммутацией для преобразования трехфазного тока с частотой / в однофазный ток с частотой f2 представлена на 11.17, а. В ней использованы две трехфазные схемы выпрямления. Одна из них присоединена к фазам трансформатора анодами (ТР\ — ТР3), а другая — катодами (77>4 — ТР6).

''. Диапазон регулирования угловой скорости МДП определяется предельной частотой на выходе преобразователя. В обычном преобразователе частоты с непосредственной связью и естественной коммутацией вентилей наибольшее; значение частоты на его выходе не превышает половины частоты питающего напряжения, поэтому минимальная угловая скорость при регулировании МДП вниз от синхронной составит 0,5со0. Так как МДП допускает двухзонное регулирование, то верхний предел скорости может достигать 1,5о)0, т. е. общий диапазон регулирования не превосходит 3:1. Регулирование во всем диапазоне плавное экономичное, поскольку энергия скольжения за вычетом потерь в цепи ротора и в преобразователе либо возвращается в сеть, либо передается на вал (при сверхсинхронной скорости в режиме двигателя). При таком регулировании стабильность скорости высокая.

Инверторы с естественной коммутацией — это преобразователь постоянного тока в переменный, отдающий энергию нагрузке, которая уже содержит источник ЭДС той же частоты, что и выходное напряжение преобразователя; при этом благодаря действию этой ЭДС осуществляется коммутация вентилей; такая коммутация и называется естественной.

4.76. Принципиальная схема вентильного двигателя с естественной коммутацией инвертора тока.

Принципиальная схема ВД с естественной коммутацией ннвер« тора тока приведена на 4.76. Схема содержит управляемый выпрямитель УВ, сглаживающий реактор L, инвертор тока И, тиристор-ный возбудитель ТВ двигателя М и системы управления 1ъптряздш телем СУВ и инвертором СУЙ. Угловое положение ротора ВД контролируется косвенно — управление вентилями инвертора осуществляется в функции фазы напряжения на выводах обмотки статора дви« гателя [U (<р)],

При естественной коммутации отпирающие импульсы на вентили инвертора подаются с опережением на угол Р относительно ЭДС двигателя. Минимальный угол опережения Р равен:

Таким образом, сравнительно простой способ естественной коммутации не может быть реализован при пуске ВД, когда ЭДС его отсутствует или очень мала. В этом отношении схема ВД с искусственной коммутацией предпочтительнее; фаза тока относительно ЭДС двигателя может быть установлена любой и ВД может работать не только с опережающим током, но и с отстающим.

Точки а, Ь, с ( 6.1,6) называют точками естественной коммутации, в них происходит смена проводящих токов вентилей.

Таким образом, каждый вентиль в условиях естественной коммутации работает в течение 2л/3, или в течение одной трети каждого периода выпрямленного тока.

В момент времени t начала естественной коммутации начнет включаться следующий вентиль VI, но индуктивность рассеяния XL будет замедлять процесс нарастания тока, который будет происходить в течение времени коммутации у- Таким образом, в течение всего времени коммутации ток нагрузки распределяется между одновременно открытыми вентилями. В тече-

Генератор переменного напряжения ГПН запускается при поступлении с синхронизатора С напряжения в момент появления на тиристорах прямого напряжения, т. е. в точках естественной коммутации /—4 ( 6.21,6). С выхода ГПН напряжение пилообразной формы поступает на устройство сравнения

В выпускаемых промышленностью преобразователях частоты осуществляется наиболее простая для реализации прямоугольная модуляция. При этом амплитуды отдельных гармоник выходного напряжения составляют до 20% амплитуды первой гармоники, а потери в двигателе увеличиваются на 10...15%, что приводит к снижению к.п.д. электропривода по сравнению с питанием от синусоидального источника [19]. Кроме того, при естественной коммутации тиристорных преобразователей по мере снижения частоты вращения электродвигателя снижается коэффициент мощности электроприводов.

В настоящее время наибольшее распространение по' лучили схемы электроприводов экскаваторов на постоянном токе и только некоторые экскаваторы имеют электроприводы на переменном токе (Э-504, Э-753, Э-1103, Э-2001). Электроприводы на постоянном токе выполнялись и выполняются по следующим основным схемам: а) «генератор с трехобмоточным возбудителем — двигатель»; б) «генератор с возбуждением от ЭМУ — двигатель»; в) «генератор с возбуждением от магнитного усилителя с выпрямителем или с тиристорным возбудителем —двигатель»; г) «тиристорный преобразователь — двигатель» (ТП — Д). Для карьерных экскаваторов с емкостью ковша 4 и 8 м3 разработана серия экскаваторных тиристорных преобразователей типа КТП-Э на токи 100...1500 А и напряжения 400...700 В. Однако следует помнить, что при обычных схемах включения при естественной коммутации и малых частотах вращения элект-

Для повышения коэффициента мощности электропривода с АВК могут быть использованы: несимметричное управление анодной и катодной групп вентилей, включенных по трехфазной мостовой схеме; так называемый сдвоенный инвертор и компенсационный преобразователь с законом несимметричного управления (ABKf), когда одна группа вентилей моста работает при естественной коммутации тока и р\ — pmin = const, а др у-гая — при искусственной коммутации и Р2 = 3т1п ... ...(л — Pmin)- Последний вариант управления обеспечивает емкостный характер реактивной составляющей тока инвертора и, следовательно, коэффициент мощности его будет больше. При вентиляторном моменте нагрузки наряду с э.д.с. инвертора целесообразно регулг-ровать напряжение, подводимое к статору асинхронного двигателя, с помощью автотрансформатора, переключаемого под нагрузкой, что также приводит к повышению коэффициента мощности электропривода при работе на пониженных скорэстях механизмов.

В выпускаемых промышленностью преобразователях частоты осуществляется наиболее простая для реализации прямоугольная модуляция. При этом амплитуды отдельных гармоник выходного напряжения составляют до 20% амплитуды первой гармоники, а потери в двигателе увеличиваются на 10...15%, что приводит к снижению к.п.д. электропривода по сравнению с питанием от синусоидального источника [19]. Кроме того, при естественной коммутации тиристорных преобразователей по мере снижения частоты вращения электродвигателя снижается коэффициент мощности электроприводов.

В настоящее время наибольшее распространение по' лучили схемы электроприводов экскаваторов на постоянном токе и только некоторые экскаваторы имеют электроприводы на переменном токе (Э-504, Э-753, Э-1103, Э-2001). Электроприводы на постоянном токе выполнялись и выполняются по следующим основным схемам: а) «генератор с трехобмоточным возбудителем — двигатель»; б) «генератор с возбуждением от ЭМУ — двигатель»; в) «генератор с возбуждением от магнитного усилителя с выпрямителем или с тиристорным возбудителем —двигатель»; г) «тиристорный преобразователь — двигатель» (ТП — Д). Для карьерных экскаваторов с емкостью ковша 4 и 8 м3 разработана серия экскаваторных тиристорных преобразователей типа КТП-Э на токи 100...1500 А и напряжения 400...700 В. Однако следует помнить, что при обычных схемах включения при естественной коммутации и малых частотах вращения элект-