Тиристоров необходимо

двух силовых элементов, преобразователь содержит еще систему управления, состоящую из блока управления выпрямителем БУВ и блока управления инвертором БУИ. Выходная частота регулируется в широких пределах и определяется частотой коммутации тиристоров инвертора, которая задается блоком управления инвертором БУИ. В такой схеме производится раздельное регулирование амплитуды и частоты выходного напряжения, что позволяет осуществить при помощи блока задания скорости БЗС требуемое соотношение между действующим значением напряжения и частотой на зажимах асинхронного двигателя.

В настоящее время электромеханический агрегат постоянной скорости в электрическом каскаде заменяется инвертором. Принципиальная схема такого каскада, называемого асинхронно-вентильным (АВК), приведена на 4.64. Здесь асинхронный двигатель М подключен со стороны статора к сети переменного тока, роторная цепь его через выпрямитель В, инвертор И и согласующий трансформатор Т присоединяется к той же питающей сети. Для сглаживания выпрямленного тока и нормальной работы инвертора включен реактор L. Принцип действия этого каскада аналогичен действию вентильно-машинного каскада и состоит в том, что в цепь выпрямленного тока ротора вводится добавочная ЭДС, получаемая регулированием угла 3 опережения включения тиристоров инвертора.

Торможение электропривода по схеме АВК можно осуществить, подавая постоянный ток в обмотку статора М. В процессе возникшего в этом случае динамического торможения мощность скольжения рекуперируется в сеть через инвертор. Управление процессом торможения можно перенести в цепь ротора, использовав воздействие в виде изменения угла включения тиристоров инвертора. Автоматизация режима торможения в большинстве случаев не требует дополнительных регулирующих устройств по сравнению с двигательным режимом.

На 12.19 приведены структурная схема автоматического управления бесконтактным ВД последовательного возбуждения и схема силовой части привода. Здесь, как и в приводе по схеме на 12.18, управление тиристорами инвертора осуществляется от датчика положения ротора ДПР, а тиристорами выпрямителя — по схеме подчиненного регулирования. Обмотка возбуждения двигателя включена последовательно с якорем ВД постоянного тока (в цепь выпрямленного тока преобразователя частоты) и выполняет дополнительную функцию сглаживающего реактора. При угловой скорости двигателя ниже 0,1 ином коммутация тиристоров инвертора тока АИТ осуществляется посредством устройства общей искусственной коммутации (типа короткозамы-кателя), которое получает импульсы на включение от блока управления БУ, управляемого датчиком положения ротора. При более высоких угловых скоростях срабатывает от сигнала с датчика скорости (тахогенератора GT) блок блокировки Б Б и блокирует блок БУ, запрещая подачу импульсов управления на устройство коммутации УК.. Происходит переход на естественную коммутацию тиристоров инвертора тока АИТ, осуществляемую напряжением (ЭДС) машины М.

направленной встречно выпрямленному напряжению ротора. Регулирование встречной э.д.с. ?„ (для получения другой частоты вращения) осуществляется блоком управления устройством путем изменения угла открывания тиристоров инвертора р\ После изменения э.д.с. инвертора Еи частота вращения двигателя будет изменяться до тех пор, пока не наступит новое равновесное состояние электромагнитного момента и момента сопротивления. В последнее время ведутся работы по использованию преобразователей, позволяющих регулировать частоту вращения электродвигателей переменного тока путем изменения частоты. При этом рассматриваются преобразователи со звеном постоянного тока и с непосредственной связью. Первые (типа ПЧИ) выпускаются промышленностью на мощности 30, 60 и 80 кВт, а вторые (типа ТТС (ПЧН) — на 16, 40 и 80 кВт при ПВ = 40 %. Оба типа из-за сложности их схем управления пока не нашли широкого применения. Выходная частота преобразователей со звеном постоянного тока изменяется в пределах 5. ..50 Гц, напряжение — в пределах 2... ...340 В, а преобразователей с непосредственной связью — соответственно в пределах 2... 30 Гц и 25... ...230 В [3J, причем выходная частота /2 последних жестко связана с частотой питающей сети fi следующей зависимостью: ,

фазных мостопых схем у ^ л/3, <р2 ?» у/2) . Из векторной диаграммы следует также, что при Ed > 0 результирующая э.д.с. в цепи ротора ?рез будет меньше э.д.с. ротора, наводимой со стороны статора, а следовательно, и ток /2 будет меньше (так как /2 = Ь'рез). Таким образом, при изменении тока возбуждения МП или утла открывания тиристоров инвертора И изменяется э.д с., которая направлена встречно с выпрямленным напряжением ротора, т. е. встречно э.д.с. ротора Ez. Вследствие этого изменяется и ток ротора /2, так что равновесие электромагнитного момента двигателя и момента нагрузки наступает при другой частоте вращения дпи-гателя.

где k 2 — коэффициент схемы включения тиристоров инвертора (для трехфазной мостовой схемы fe2 = = 2,34); Е2тР — фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора инвертора (или сети, если трансформатор отсутствует); (3 — угол открывания тиристоров инвертора.

Если выражение (3.14) подставить в уравнение (3.12), то полученный результат подтвердит ранее сделанное утверждение о том, что при изменении угла открывания тиристоров инвертора (3 будет изменяться частота вращения асинхронного двигателя М. В схемах, подобных 3.8, б, регулирование частоты вращения двигателя принципиально можно осуществлять путем изменения угла открывания тиристорои выпрямительной (Вп) и инверторной (И) групп, поскольку выпрямительный и инверторный мосты выполняются на управляемых вентилях, чго позволяет производить двухзонное регулирование частоты вращения — выше и ниже синхронной. При частоте вращения выше синхронной инверторная группа переводится в выпрямительный режим, а выпрямительная — в инверторный. Однако в целях умень-

шения потерь регулирование частоты вращения целесообразнее осуществлять только путем изменения угла открывания тиристоров инвертора, когда углы открывания тиристоров выпрямителя равны нулю (а = 0). Последнее обстоятельство позволяет выполнить ротоо-ный выпрямитель на диодах, что и делается в большинстве современных каскадных схем. Подобные вентильные каскады могут быть выполнены и с преобразователями без промежуточного звена постоянного тока. Тогда роль выпрямителя и инвертора должен играть преобразователь с непосредственной связью.

Пуск асинхронного двигателя в рассмотренных кас-кадных схемах ( 3.8) осуществляется с помощью пусковых реостатов (на схемах не показаны), которые после его разгона отключаются и двигатель подключается к выпрямителю в первом случае подключением якоря машины МП> а во втором — включением инвертора И в сеть. В схемах, r/одобных 3.8, б, асинхронный двигатель можно пустить в ход и без пускового реостата путем постепенного изменения угла открывания тиристоров инвертора.

АВК с полупроводниковыми преобразователями и естественной коммутацией тиристоров инвертора ухудшают1 коэффициент мощности электропривода. Снижение коэффициента мощности происходит по двум причинам: из-за увеличения потребления (циркуляции) реактивной мощности и из-за наличия высших гармонических составляющих в кривых тока двигателя и трансформатора (мощность искажения). На 3.11 пока-

Для обеспечения надежной работы и защиты тиристоров необходимо принимать следующие меры:

Преобразование постоянного напряжения в трехфазное переменное осуществляется коммутацией тиристоров VI — V6, работающих в определенной последовательности. Время открытого состояния каждого тиристора составляет 2/3 полупериода выходного напряжения (длительность открытого состояния тиристоров равна 120°); последовательность включения тиристоров отвечает их нумерации по схеме, т. е. сначала включается VI, через 60° включается V2 и т. д. до V6. После V6 вновь VI и т. д. через каждую V0 периода выходного напряжения. В каждый момент времени вне коммутации открыты одновременно два тиристора. Включение тиристоров осуществляется подачей положительного импульса на управляющий электрод от БУИ. Для выключения тиристоров необходимо ток, протекающий через него, довести до нуля. Это достигается с помощью коммутирующих контуров LC', например, при включении V3 через ранее открытый VI происходит разряд конденсатора С и VI закрывается.

Инверторы с колебательным контуром ( 14.20, а) занимают промежуточное положение между инверторами тока и напряжения и применяются тогда, когда необходимо получить переменный ток повышенной частоты (до К) кГц). Эти инверторы создают в нагрузке RH переменный ток, близкий по форме к синусоидальному. Форма тока тем ближе к синусоидальной, чем выше добротность LC-контура с нагрузочным резистором, т. е. Q = (DPL//?H. .Частоту тока преобразователя определяют по формуле /р= l/(2n-\/LC) (см. § 12.1). Тиристоры /S1 и VS2 поочередно открываются и закрываются импульсами от системы управления (на рисунке не обозначена) с частотой /у. В первый полупериод (t\ —1%}, когда тиристор VS.1 открыт, а VS2 закрыт, ток от плюсозого зажима источника питания Е через нагрузочный резистор /?„ и LC-контур направлен к минусовому зажиму этого источника, заряжая при этом конденсато В следующий полупериод (ts — ^4), когда тиристор VS1 закрыт, a VS2 открыт, конденсатор С заряжается через нагрузочный резистор RH; направление тока при этом противоположно направлению тока в предыдущий пслупериод ( 14.20, б). В этот полупериод конденсатор С не только разряжается, но и перезаряжается за счет колебательного процесса в LC-контуре, причем в конце этого полупериода полярность напряжения на конденсаторе противоположна полярности напряжения в предыдущий полупериод. Следует отметить, что напряжение, до которого заряжается конденсатор, больше напряжения источника питания Е, так как добротность LC-контура больше единиц ii. Для восстановления управляющих свойств тиристоров необходимо предусмотреть паузу, определяемую временем tn

При выключении мощных тиристоров необходимо учитывать зависимость времени выключения от /Обр. Однако количественный учет этой зависимости достаточно сложен, так как ход ее зависит как от внутренних электрофизических параметров структуры, таких, как время жизни, коэффициент умножения носителей в области пробоя и др., так и от внешних — сопротивления цепи коммутации, напряжение источника запирания и т. п. Практически при запирании тиристоров достаточно большим обратным током /обр~/а можно считать, что его влияние сводится к снижению постоянной времени жизни неосновных носителей в базе, т. е. снижению г\.

Для обеспечения надежности запирания тиристоров необходимо, чтобы выполнилось условие

Из-за большей токовой нагрузки тиристоров необходимо снижать выходную мощность по сравнению с полностью управляемой схемой с учетом коэффициента 0,84 [3.40]. При активной нагрузке для полного диапазона изменения тока нагрузки требуется регулировать угол а до 210°.

Одним из наиболее эффективных способов управления тормозным процессом и, в частности, его интенсивностью является применение конденсаторного торможения. При ти-ристорном управлении реализация конденсаторного тормо-ясения требует учета особенностей процесса включения конденсаторов на переменное напряжение. Опасность для коммутирующих тиристоров представляет не только переходный ток включения, который из-за малого активного сопротивления цепи может на несколько порядков превысить амплитудное значение установившегося тока, но и скорость нарастания тока, а также повышение напряжения. Для устранения опасности повреждения тиристоров необходимо включать конденсаторы в момент, когда равна нулю начальная фаза установившегося тока или, что то же, мгновенное значение напряжения на тиристорах. При соблюдении этого условия сразу после включения конденсаторов начинается установившийся режим без возникновения переходных составляющих тока и напряжения.

Для правильного выбора закона управления и выявления рациональных областей применения данного способа управления необходимо располагать методикой моделирования ИШР. Специфика режима проявляется в законе коммутации ТПН, формируемой схемой управления. Для записи логических условий открывания тиристоров необходимо рассмотреть ситуации, которые могут возникнуть в зоне изменения полярности выпрямленного тока. Анализ показывает, что для нахождения моментов коммутации тиристоров целесообразно ввести дополнительные переключения функции Ф' (1=Л, В, С), определяемые следующим образом ( 4.10):

В тех ТПН, где используется режим динамического торможения применением шунтирующих тиристоров, необходимо по окончании роцесса торможения сначала снять отпирающий сигнал с шунтирую-tero тиристора, а затем через 0,01 с подать команду на запирание вы-рямляющих тиристоров, работавших в режиме торможения. Это свя-ано с тем, что за счет ЭДС самоиндукции в обмотках АД шунтирую-1ий тиристор остается открытым и при повторном включении ТПН мо-сет произойти междуфазное короткое замыкание.

В ряде случаев, когда необходимо бесконтактное включение и тключение АД без регулирования напряжения, целесообразно приме-ять упрощенные схемы ТПН, использующие для отпирания тиристоров йодные структуры, формирующие открывающие импульсы. На б.3,а риведена схема ТПН, силовая часть которого состоит из трех тири-горно-диодных элементов. Схема управления представляет собой трех-азный мост, в плечи которого включены управляющие переходы ти-исторов. При замыкании командного контакта К под действием наряжения сети через управляющий электрод будет протекать ток; этот

Как следует из изложенного, для повышения быстродействия тиристоров необходимо уменьшать время жизни неосновных носителей в базах. Уменьшение времени жизни приводит к большим значениям падения прямого напряжения на тиристоре и снижению допустимого прямого тока. Уменьшение падения прямого напряжения за счет уменьшения ширины баз приводит к снижению максимального напряжения переключения. Таким образом, улучшение быстродействия вызывает ухудшение энергетических параметров и наоборот.