Вентильных комплектов

Успехи Б области полупроводниковой техники привели к созданию мощных статических преобразователей частоты и на их базе вентильных двигателей. Вентильным двигателем называется синхронный двигатель, питаемый от преобразователя частоты со звеном постоянного тока, управляемого в функции положения ротора. Вентильный двигатель имеет механические характеристики двигателя постоянного тока, управляемого изменением напряжения питания якоря. Разработанный для привода бурового насоса вентильный двигатель имеет диапазон регулирования 20: 1.

Общепринятое определение вентильных двигателей отсутствует. К вентильным двигателям обычно относят электромеханические системы, в которых электрические машины функционально объединяются с управляемыми полупроводниковыми коммутаторами. Полупроводниковые преобразователи и регуляторы по габаритам больше электрических машин и, как правило, выполняются отдельными блоками [28].

Конструкции и схемы включения вентильных двигателей весьма разнообразны. Рассмотрим подход к математическому моделированию систем с полупроводниковыми преобразователями на примере тиристорного регулятора напряжения — асинхронного двигателя.

Общепринятое определение вентильных двигателей отсутствует. К вентильным двигателям обычно относят электромеханические системы, в которых электрические машины функционально объединяются с управляемыми полупроводниковыми коммутаторами. Полупроводниковые преобразователи и регуляторы по габаритам больше электрических машин и, как правило, выполняются отдельными блоками [1, В].

Конструкции и схемы включения вентильных двигателей весьма разнообразны. Рассмотрим подход к математическому моделированию систем с полупроводниковыми преобразователями на примере тиристор-ного регулятора напряжения — асинхронного двигателя.

на тяговых подстанциях и в некоторых других областях промышленности, вытеснив генераторы постоянного тока. К этому же времени относятся первые попытки заменить коллекторные двигатели постоянного тока бесколлекторными машинами переменного тока, работающими от статических преобразователей частоты. Появляются первые схемы вентильных двигателей и разрабатывается теория частотного регулирования, в которую большой вклад внесли советские ученые М. П. Костенко, Д. А. Завалишин, Б. Н. Тихме-нев, А. А. Булгаков, Е. Л. Этингер и др. Однако практические результаты были более чем скромными: статические преобразователи на ионных вентилях — игнитронах и тиратронах — оказались очень сложными и ненадежными в работе и их серийное производство не удалось наладить ни одной фирме в мире. Применение ртутных выпрямителей также было ограниченным из-за сложности эксплуатации и необходимости соблюдения строгих мер безопасности от возможного отравления ртутью.

Следует отметить, что все типы вентильных двигателей не обладают еще достаточно высокой надежностью из-за сложности преобразователей частоты и их схем управления, которые включают большое количество вентилей и других элементов, весьма чувствительных к перегрузкам. Тем не менее вентильные двигатели, как и асинхронные двигатели с частотным регулированием, являются весьма перспективными. В настоящее время происходит совершенствование мощных тиристоров, интегральных схем и других полупроводниковых приборов, что позволит обеспечить надежную работу преобразователей частоты.

сматривается их традицибь»^ исполнение и в конце каждой главы излагаются принципы действия и устройство наиболее распространенных специальных исполнений, например в главе «Трансформаторы» дано описание сверхпроводящих индуктивных накопителей, а в главе «Машины постоянного тока» — вентильных двигателей и т. п.

Электромеханическая часть вентильных двигателей постоянного тока, как правило, аналогична известным конструктивным модификациям синхронных машин. Для маломощных приводов используются двигатели с постоянными магнитами, а также гистерезисные, реактивные и индукторные двигатели. В приводах средней и большой мощности используются двигатели с электромагнитным возбуждением.

Если полюсное регулирование частоты вращения не вызывает затруднений, то якорное регулирование, обеспечивающее широкий диапазон изменения частоты вращения, требует усложнения управляемых коммутаторов. Для этого в цепь якоря вводится широтно-импульс-кый модулятор. При якорном управлении вентильными двигателями средней и большой мощности регулирование частоты вращения осуществляется за счет регулирования тока в управляемом выпрямителе. Как и в двигателях постоянного тока, при глубоком регулировании частоты вращения вентильных двигателей усложняется схема регулирования и растут потери в коммутаторе.

Характерной особенностью вентильных двигателей, отличающей их от двигателей по-сто,янного тока, является наличие дополнительного канала управления по углу синхронизации инвертора. Этот канал используется для обеспечения необходимой жесткости механической характеристики и достижения большей перегрузочной способности.

ными преобразователями с раздельным управлением являются датчики тока нагрузки либо датчики тока вентильных комплектов, которые вырабатывают сигнал, блокирующий подачу им-пульсов управления тиристорами вступающего в работу преобразователя, если ток еще не спал до нуля.

В области больших мощностей широко применяют параллельное и последовательное подключение к нагрузке нескольких однотипных вентильных комплектов, что позволяет не только получить требуемые напряжение и ток (с/,,, /„) нагрузки, но и добиться ряда преимуществ.

Система вторичных напряжений а, Ь, с сдвинута относительно системы вторичных напряжений (а', Ь', с') на угол 30°. Поэтому и выходные напряжения вентильных комплектов ил\ и Udi сдвинуты на 30 °, временные диаграммы этих напряжений приведены на 6.17. При суммировании этих напряжений на нагрузке в схеме 6.16, а получаем напряжение ив, показанное на 6.17 и имеющее пульсации с частотой юп=12сосети. Коэффициент пульсации в соответствии с (5.3) при т = 12 равен д —0,014, следовательно, качество выходного напряжения лучше, чем у мостовой схемы, рассмотренной в § 6.5. Обратное напряжение на вентилях равно амплитуде линейного напряжения на вторичных обмотках трансформатора, при учете (6.10) [/06p = l,05f/di,2=0)525f/,i. Схема 6.16, а широко применяется в выпрямителях с высокими значениями выходного напряжения.

Структурная схема реверсивного выпрямителя приведена на 6.18, а. Преобразователь состоит из двух вентильных комплектов ВК.1 и ВК.2, подключенных к нагрузке встречно-параллельно. Каждый из комплектов может быть построен на основе любой рассмотренной схемы управляемых выпрямителей (см. § 6.1—6.6). При работе

Если значение Е увеличивается сверх заданного значения, Е~>Еа (например, при уменьшении момента сопротивления па валу), машина будет отдавать энергию через один из вентильных комплектов (в зависимости от направления

вращения), работающий как инвертор, если же Е снижается, то двигатель получает энергию от другого вентильного комплекта, работающего как выпрямитель. Таким образом, в реверсивном преобразователе с согласованным управлением напряжение на нагрузке следует за средним значением внутренней ЭДС вентильных комплектов.

?„ = Edv со.' . ос, (для В/О'); ?„ ~— ?d-0cosK2 (для В!\2). Для того чтобы выходная ЭДС преобразователя изменялась по синусоидальному закону En—-vEd'jSin o),,ux/, необходимо изменять угли управления вентильных комплектов по закону.

Первый из вентильных комплектов Б/С/ собран на тиристорах, второй ВК2 — на диодах. Выходное напряжение выпрямителя является суммой выходных ЭДС ВК.1 и ВК2; его среднее значение с учетом (6.2) равно

На 7.8 приведена схема четырехмостового несимметричного выпрямителя, выходное напряжение которого равно сумме выходных напряжений четырех вентильных комплектов: управляемых ВК1 и В КЗ

зователя частоты (НПЧ) (см. §6.7). Каждый из вентильных комплектов этих преобразователей имеет основные блоки управления ФСУ и ВФ, которые независимо друг от друга осуществляют управление комплектами в соответствии с общим для обоих комплектов управляющим сигналом ыу. При раздельном управлении комплектами осуществляется их поочередная работа в зависимости от направления тока в цепи нагрузки 1Иых. Структурная схема СУ реверсивного преобразователя с раздельным управлением приведена на 8.1,6.

В области больших мощностей широко применяют параллельное и последовательное подключение к нагрузке нескольких однотипных вентильных комплектов, что позволяет не только получить требуемые напряжение и ток \UB, 1а) нагрузки, но и добиться ряда преимуществ.