Тиристорные электроприводы постоянного тока

Совместное управление двухкомплектными преобразователями

Проведенный выше анализ позволяет утверждать, что при раз-, дельном управлении двухкомплектными преобразователями воз­никают трудности, связанные с появлением режима прерывистых токов, для преодоления которых необходимы сложные системы управления. Указанного недостатка лишены системы совместного управления группами вентилей. В этих системах управляющие импульсы поступают на оба преобразователя. Напряжение управ­ления изменяет углы управления таким образом, что удовлетво­ряется соотношение (3.62). Хотя средние значения напряжений на выходе обоих преобразователей одинаковы, их мгновенные значения различны, что обусловливает протекание уравнительных токов по цепям обоих преобразователей. Ограничение уравни­тельных токов или поддержание постоянства разности мгновенных значений выходных напряжений обеих групп достигается с по­мощью так называемых уравнительных реакторов. Совместное управление обладает следующими преимуществами:

1) уравнительные токи поддерживают оба преобразователя на протяжении всего цикла управления в проводящем состоянии не­зависимо от режима изменения тока нагрузки;

2) в каждый момент времени в силовой цепи обеспечивается нормальный режим при любом направлении тока нагрузки, и ре­верс тока нагрузки протекает плавно;

3) системе свойственно высокое быстродействие благодаря то­
му, что преобразователи постоянно находятся в проводящем состоянии.

Однако при совместном управлении неизбежна установка реактора, что при больших мощностях ухудшает массогабаритные и стоимостные показатели электропривода.

Алгоритм управления, диаграммы токов и напряжений. Прин­ципы управления двухкомплектным преобразователем с совмест­ным (управлением описаны выше, при этом приняты следующие Допущения:

1) отсутствуют потери в уравнительном реакторе;

2) углы управления удовлетворяют соотношению ai + a2=180°.

На рис. 3.21 представлены диаграммы токов и напряжений

Для случая, когда aj = 60° и <22=120°. Благодаря наличию уравни­тельных токов оба преобразователя как при протекании тока в цепи нагрузки, так и при его отсутствии находятся в открытом

Состоянии, поэтому диаграммы напряжений строятся просто. На рис. 3.21, б представлены напряжения питания, а на рис. 3.21, в И г — выходные напряжения каждого комплекта. Мгновенные значения выходного напряжения преобразователя как средние мгновенных напряжений каждого комплекта изображены на рис. 3.21, д. Отметим, что форма выходного напряжения преобразова­теля отлична от формы составляющих его напряжений, однако его среднее значение равно среднему значению напряжения каж­дого комплекта.

Мгновенное значение напряжения на уравнительном реакторе, показанное на рис. 3.21, е, равно разности напряжений комплек­тов. Уравнительный ток, изображенный на рис. 3.21, ж, опреде­ляется интегрированием напряжения на реакторе. - Законы изменения фазных питающих напряжений можно вы­разить следующим образом:

И А = U (3.70)

Ив — Т/2" U sin (Qt — 2я/3); , (3.71)

Ис = У2" U sin (Q/ + 2я/3) (3.72)

И

ИА + ив + ис = 0. (3.73)

На интервале я/6 + < Qt < я/6 + At + я/3

Ия1 = и а — ив = UAb'I «я2 = —(Uc — UB) = UB — Uc — U ВС) ИР = г"я1— МЯ2 — UA + UC — 2иВ ■

Из (3.73) и (3.76) следует, что

«р = — Зив, (3.77)

Откуда уравнительный ток может быть определен следующим образом: At At

Upd(Qf)=— — ЗТ/2" UsinfQt— —) х QL J 3 J

Fyp~ QL

А,+я/6 о^+я/б

X d(QQ = u [cos(to _ - COS(a4- -f-)]• (3-78)

Таким образом, уравнительный ток зависит от утла управле­ния и может быть ограничен выбором индуктивности реактора.

При отсутствии тока нагрузки (£я=0 на рис. 3.21, з) токи в преобразователях, как видно из рис. 3.21, и, равны между собой и равны уравнительному току. Пульсирующее напряжение на ре­акторе, таким образом, поддерживает протекание непрерывного тока через оба комплекта даже при отсутствии тока нагрузки.

Протекание через нагрузку неизменного тока в положитель­ном направлении, как показано на рис. 3.21, к, обеспечивает преобразователь 1, через который проходит ток, равный сумме тока нагрузки и уравнительного тока (рис. 3.21, л). Через вто­рой преобразователь при этом идет уравнительный ток, как по­казано на рис. 3.21, м.

Пример 3.2. Рассчитать амплитуду уравнительного тока в двухкомплект­ном преобразователе, представленном на рис. 3.21, а, при следующих условиях: £/= 120 В, £2=377 рад/с, L=10 мГн, ai = 60°, a=120°.

Решение. В соответствии с рис. 3.21, ж уравнительный ток достигает максимального значения при Q;=jt/6+ai+n/6=2 rt/З, его можно найтн с по­мощью (3.78):

0,568 U 0,568-120

/УР ^ = /УР (И = 2я/3) = = 377,1(М0_з - 18.1 А.

Замкнутая система управления. Структура замкнутой систе­мы управления двухкомплектного электропривода с совместным управлением представлена на рис. 3.22. Принцип действия такого электропривода состоит в следующем.

Установившийся режим работы. Пусть электропривод работа­ет в установившемся режиме с постоянной скоростью. Частота вращения соответствует нагрузке и положительному управляюще­му напряжению UY. Преобразователь 1 работает в выпрямитель­ном режиме и проводит ток нагрузки. Через преобразователь 2 течет только уравнительный ток, и он работает в инверторном режиме, однако вхолостую относительно нагрузки до тех пор, по­ка она остается постоянной.

Генераторный режим. Предположим, двигатель приводится в движение движущимся вниз транспортным средством. Такое движение вызывает рост скорости и ЭДС двигателя. Ток якоря уменьшается. Поскольку м>м3, напряжение управления также уменьшается и меняет знак, что приводит к изменению направле­ния тока якоря и прохождению его через преобразователь 2. Ма-

Шина работает теперь в генераторном режиме, а ее ток увеличи­вается до тех пор, пока не установится равновесие между момен­тами нагрузки и двигателя.

Реверс скорости. Для изменения направления вращения необ­ходимо реверсировать напряжение задания скорости. Скорость двигателя не может измениться мгновенно, поэтому входной сиг­нал, поступающий на интегрирующий усилитель, становится от­рицательным и вызывает уменьшение напряжения управления U7. Угол управления сц преобразователя 1 увеличивается, умень­шая ток якоря до нуля. По мере уменьшения UT напряжение на двигателе превышает выходное напряжение второго преобразова­теля. Ток якоря меняет знак, машина работает в качестве генера­тора, осуществляя рекуперативное торможение. Направление вращения изменяется, а угловая скорость машины растет до тех пор, пока не достигнет установившегося значения. В процессе рекуперативного торможения и реверса скорости контур регули­рования тока, не представленный на рис. 3.22, поддерживает ток якоря на заданном уровне.