Тиристорные электроприводы постоянного тока

Реверс по цепи якоря

Производим и продаем электроприводы ЭТУ, ЭПУ для двигателей постоянного тока, тел./email +38 050 4571330 / rashid@msd.com.ua

Привод ЭПУ 25А с дросселем - 5500грн

В схемах с реверсом по цепи якоря поток двигателя сохраня­ется постоянным. Ток якоря изменяет знак, при этом изменяется направление электромагнитного момента, что в свою очередь приводит к изменению направления вращения. Реверс тока якоря осуществляется либо с помощью тиристорного преобразователя с реверсором, либо с помощью двухкомплектного тиристорного преобразователя.

Реверсивные приводы с реверсорами дешевле ввиду наличия в них лишь одного комплекта вентилей. Однако для применения в электроприводах с частыми реверсами, например в металлурги­ческом производстве, наиболее приемлемы двухкомплектные пре­образователи, несмотря на их большую стоимость, так как кон­тактные реверсоры требуют постоянного ухода и периодической замены.

Схема с контактным реверсором. Структурная схема тири­сторного реверсивного электропривода с контактным реверсором

Приведена на рис. 3.24. Сигнал задания скорости определяет ско­рость двигателя и ее направление. Сигнал с выхода регулятора скорости поступает на вход контура регулирования тока. В про­цессе реверса на вход контура тока подается большой сигнал, однако звено токоограничения в переходных режимах лимитирует ток якоря заданным значением. При наличии сигнала определен­ной полярности на выходе регулятора скорости соответствующая группа контактов реверсора замкнута. Коммутация должна осу­ществляться во избежание дугообразования лишь при нулевом токе в якорной цепи, что обеспечивается благодаря детектору нуля тока.

На рис. 3.25 представлены диаграммы токов и напряжений в процессе реверса [5—7] скорости, изменяющейся от номинального значения в прямом направлении до номинального в противопо - ложйом. При этом предполагается, что двигатель не нагружен. В процессе реверса ток якоря не превышает заданного значения, поэтому и момент, развиваемый двигателем, ограничен. Если пре­небречь потерями на трение в подшипниках и вентиляторными потерями, то скорость будет изменяться по линейному закону, сначала уменьшаясь до нуля, а затем увеличиваясь до установив­шегося значения. При линейной зависимости момента сопротивле­ния на валу двигателя от скорости последняя изменяется при реверсе, как показано ниже, по экспоненциальному закону.

Электромагнитный момент двигателя при реверсе может быть выражен следующим образом:

М = — к! я. (3.79)

Уравнение движения для" вала двигателя имеет вид

— Ып = / — + Ва. .. (3.80)

I

Реверсора: а — схема силовой цепи; б — диаграммы скорости, напряжений и токов

Решая (3.80) относительно скорости, получаем

Со = — KljB + Ае~и%М, (3.81)

Где А — постоянная интегрирования; хM=J/B — механическая постоянная времени электропривода.

Начальное значение угловой скорости примем равным базово­му:

(о(0) = шб.

Подставив это значение в (3.81), получим

(Og = — kljB + А, (3.82)

Откуда определим постоянную интегрирования:

А = (об + KljB. (3.83)

Из (3.81) и (3.83) получаем уравнение экспоненциального изменения скорости двигателя при реверсе

Диаграммы изменения скорости, токов и напряжений на рис. 3.25 представляют три характерных этапа реверса.

Установившийся режим вращения в прямом направлении. В момент ti двигатель вращается в прямом направлении. Контак­ты В (вперед) замкнуты, и через эти контакты, преобразователь и двигатель течет ток якоря /я- Предполагается, что двигатель не нагружен, поэтому для преодоления моментов сопротивления в подшипниках и вентиляторе требуется небольшой ток.

Реверс скорости. В момент T2 при соответствующем изменении задающего напряжения начинается цикл реверса. Управляющие

Рис. 3.26. Характерные диаграммы ре­куперативного торможения и реверса электропривода с контактным реверсо­ром:

А — выходное напряжение преобразователя; Б — скорость; в — ток якоря

Импульсы задерживаются, и пре­образователь переходит в инвер - торный режим. Ток якоря стано­вится равным нулю, так как на­пряжение на выходе преобразо­вателя становится меньшим ЭДС двигателя. Сигнал с выхода дат­чика нулевого тока воздействует на релейную схему управления таким образом, что она переклю­чает силовые контакты реверсора. Размыкание контактов В и. замыкание Я (назад) происходит в течение 50—100 мс. На интер­вале T3—Ti двигатель не связан с питающим напряжением и вра­щается по инерции. Относительно большая механическая инерци­онность двигателей позволяет считать скорость на этом интервале постоянной.

При срабатывании контактора Н двигатель вновь подключа­ется к преобразователю, который работает уже в режиме инвер­тора. Электропривод отдает энергию в питающую сеть при неиз­менном токе якоря. Двигатель тормозится, и его скорость дости­гает нуля в момент T5. На интервале фаза угла управления •непрерывно изменяется так, что максимальное значение тока яко­ря остается постоянным. Двигатель работает в режиме рекупе­ративного торможения. В момент T5 скорость и ЭДС двигателя становятся равными нулю, и напряжение преобразователя, рабо­тающего в выпрямительном режиме, уравновешивает падение напряжения в якорной цепи.

Далее путем изменения угла управления ток якоря поддержи­вается на прежнем уровне, преобразователь работает в выпрями­тельном режиме, а двигатель вращается в обратном направлении с увеличивающейся скоростью.

В момент /6 скорость достигает установившегося значения. Изменение угла управления прекращается, и ток уменьшается до значения, соответствующего моменту сопротивления.

Наброс нагрузки. При увеличении нагрузки в момент Ti ток якоря двигателя растет. При этом уменьшаются скорость, ЭДС двигателя и напряжение на выходе преобразователя.

На рис. 3.26 представлены осциллограммы переходных про­цессов в реальном электроприводе с контактным реверсором. На осциллограммах отражены изменения напряжения преобразова­теля, скорости или ЭДС двигателя и тока якоря при отсутствии нагрузки на валу. Видно, что в процессе реверса регулятор тока
поддерживает ток на постоянном уровне. Характерно также, что продолжительность процесса зависит в основном от механической инерционности привода, поскольку время коммутации контактов реверсора относительно мало.

Данный реверсивный электропривод при экономии затрат на силовое оборудование и относительно простой схеме управления позволяет обеспечить удовлетворительное быстродействие. Однако наличие контактов в силовой цепи требует постоянного обслужи­вания.

Схема с двухкомплектным преобразователем. Двухкомплект­ный преобразователь обеспечивает работу электропривода в че­тырех квадрантах с реверсом напряжения и тока в цепи якоря и изменением направления вращения двигателя. Эта схема построе­на на бесконтактных элементах, что обусловливает ее быстродей­ствие и надежность. В ней могут быть использованы рассмотрен­ные выше преобразователи как с раздельным, так и с совместным управлением комплектами.

В схеме с использованием двухкомплектного преобразователя с совместным управлением (схема 2 в табл. 3.3) оба комплекта регулируются одновременно. Через преобразователи постоянно течет небольшой уравнительный ток, составляющий менее 20 % тока полной нагрузки. Поскольку один из преобразователей ра­ботает в выпрямительном режиме, а другой — в инверторном, пе­реход от двигательного режима к режиму рекуперативного тор­можения происходит практически мгновенно. Этапы реверса без нагрузки проиллюстрированы на рис. 3.27.

В момент t двигатель вращается в прямом направлении. Преобразователь 1 работает в выпрямительном режиме и прово­дит ток холостого хода якоря и уравнительный ток. Через преоб­разователь 2, работающий в инверторном режиме, течет только уравнительный ток. Уравнительный ток в процессе реверса мо­жет быть принят постоянным.

В момент поступает команда на реверс. Напряжения преоб­разователей изменяются таким образом, что ток якоря в процес­се изменения скорости ограничен заданным значением. Этот ток начинает протекать через преобразователь 2, который отдает энергию в сеть. Двигатель, таким образом, работает в режиме рекуперативного - торможения, его скорость уменьшается и дости­гает нуля в момент

С момента T3 преобразователь 2 работает в выпрямительном режиме и разгоняет двигатель в обратном направлении. Преоб­разователь 1, работая в инверторном режиме, нагружен уравни­тельным током.

В момент 4 скорость двигателя достигает установившегося значения, и ток уменьшается до значения тока холостого хода.

В момент tb к валу двигателя прикладывается нагрузка.

В схеме с раздельным управлением двухкомплектным преоб­разователем (схема 3 в табл. 3.3) уравнительный реактор отсут­ствует. В каждый момент времени во избежание появления ко-

Роткозамкнутых контуров допускается работа лишь одного из преобразователей. В результате в момент переключения преобра­зователей образуется небольшая бестоковая пауза продолжитель­ностью до 20 мс, которая начинается в момент срабатывания датчика нулевого тока. Данная схема описывается при анализе электроприводов с реверсом по возбуждению.