СИСТЕМЫ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННО-РЕАКТИВНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Напряжения1

Рассмотренная в предыдущем параграфе система частотного управления, хотя и обеспечивает синусоидальную форму тока в цепи двигателя в области низких частот, но при литании управляемых выпрямителей от сети 50 гц ее максимальное значение частоты ог­раничено величиной порядка 25—30 гц.

Применение широтно-импульсного. способа регулирования вы­ходного напряжения инвертора (см. § 9) дает возможность не толь­ко существенно увеличить диапазон регулирования частоты от до­лей герца (включая нулевую) до значения порядка 100 гц, но и упростить силовую схему системы за счет применения для питания инверторов неуправляемых выпрямителей. Последнее возможно по­тому, что широтно-импульсный способ управления инвертором по­зволяет одновременно менять частоту и величину напряжения пи­тания исполнительного двигателя.

Как было указано в § 9, применение трехфазного мостового инвертора, управляемого широтно-импульсным способом, встречает трудности. Поэтому в системе частотного управления применены три однофазных инвертора, что одновременно дает возможность

увеличить выходную мощность системы в V3 раз за счет увеличе­ния фазного напряжения, прикладываемого к двигателю, на такую же величину.

Применение полупроводниковых реле для управления транзи­сторами инвертора позволяет исключить «сквозные» токи при пере­ключениях его транзисторов за счет задержки отпирания транзи­стора на время, необходимое для рассасывания неосновных носи­телей тока запираемого транзистора. Кроме того, для уменьшения потерь, выделяемых в транзисторах однофазного инвертора в мо­менты их переключения, система управления инвертором построена таким образом, что в каждом полупериоде частоты один транзи­стор инвертора управляется широтно-импульсным способом, другой в течение этого полупериода постоянно открыт, а остальные два транзистора заперты. С этой же целью применено форсированное запирание транзисторов инвертора. ^бОги,

Указанные выше положения легли в основу построения си­стемы частотного управления с преобразователем, обеспечивающим на выходе прямоугольно-импульсную форму напряжения. Принци­пиальная схема одной фазы этой системы приведена на рис. 79.

Силовая часть системы состоит из неуправляемого выпрями­теля НВ, собранного по трехфазной мостовой схеме. К зажимам постоянного тока НВ подключен однофазный инвертор ОИ. Выход инвертора подключается к фазе исполнительного синхронно - реактивного двигателя СРД.

Управление транзи­сторами ТХ1 и Т19 ин­вертора производится с помощью триггера 77, к выходам которого под­ключены усилители У і и У2. Управление тригге­ром осуществляется с помощью импульсов на­пряжения t/зь U з2> по­лучаемых со вторичных обмоток импульсных трансформаторов Тр1 и Т р2, подключенных к выходам полупроводни­ковых реле Рі и Р2. На входы этих реле пода­ются напряжения U а,

—Uа с выходов демо­дуляторов Дь Д2 (см.

§ 12, рис. 56) датчика низкой частоты ДНЧ. В течение каждого перио­да низкой частоты вы­ходного напряжения ин­вертора транзисторы ТХ7 и Тig открываются поочередно. Управление транзисторами TiS и Т2о инвертора производится широтно-импульсным способом с помощью полупроводниковых реле Рз и Р4, к выходам которых подключены усилители Уз и У4.

На входы реле Р3 и Р* подаются напряжения смещения ЕСМ6, Есм7, напряжения UА, —Uа с выхода демодуляторов Д и Д2 дат­чика низкой частоты ДНЧ и переменное напряжение повышенной частоты со вторичных обмоток трансформатора Тр9, являющегося выходным трансформатором преобразователя напряжения, распо­ложенного в датчике низкой частоты (см. рис. 56). Сопротивление Ri{R2) совместно с конденсатором Ci(C2) образуют интегрирующую цепочку, которая преобразует напряжение прямоугольной формы с выхода трансформатора Тр9 в напряжение треугольной формы

£/тз(^Т4)-

Для пояснения принципа работы системы частотного управле­ния с широтно-импульсной модуляцией, представленной на рис. 79, обратимся к рис. 80.

Рис - 81. Функциональная схема трехфазной системы частотного управления с преобразователем, обеспечивающим на выходе напряжение прямоугольно-импульсной формы.

Рассмотрим первый полупериод (от ^ = 0 до /=Т/2) работы инвертора ОИ, когда ток проводят транзисторы ТЬ и Ті9. На рис. 80, а приведены формы кривых: треугольного напряжения Uтз, ну­левая линия которого смещена на величину, определяемую значе­нием напряжения смещения £Смб', напряжения Uа «а выходе де­модулятора Ді датчика низкой частоты, тока гуз, управляющего транзистором Т8 инвертора, и тока ^.уп­равляющего транзистором Гі9 инвертора.

Ток г'уз поступает с выхода усилителя У3, который управляется реле Р3. Моменты срабатывания и отпирания реле Рз опре­деляются точками пересечения напряже­ния Uа (см. пунктирную линию) с напря­жением треугольной формы Ur3 (при этом необходимо учесть, что реле Р3 обладает повышенным потенциалом срабатывания).

Ток гУ2 поступает с выхода у'силителя У г, управляемого триггером 77. Моменты времени переброса триггера определяются моментами срабатывания реле Р и Р2, уп­равляемых напряжениями UA и —UA с выходов демодуляторов датчика низкой частоты. Поскольку реле Р2 имеет низкий потенциал срабатывания, оно срабатывает в момент t=t (рис. 80) при значении напряжения Uа, близком к нулю. На выходе трансформатора Тр2 этого реле формируется отрицательный импульс U3l (рис. 80, в), переводящий триггер в противоположное состояние и обусловливающий появление тока управления iy2. В результате в течение пер­вого полупериода транзистор Т18 управляется широтно-импульсным методом током іУз, а транзистор Ті9 полностью открыт током г’уг - В течение второго полупериода (от t=T/2 до t — T) процессы про­текают аналогично: транзистор Т20 управляется широтно-импульс­ным методом с помощью тока £У4, а транзистор Т7 полностью от­крыт током іу 1 (рис. 80,6).

Форма напряжения на зажимах двигателя UфА показана на рис. 80, г.

Вследствие того, что потенциал срабатывания реле Pi(P2) меньше потенциала срабатывания Р4(Р3), в момент переключениятранзисторы Tis и fig открываются всегда позже транзисторов Г2о. Г и, благодаря чему обеспечивается отсутствие «сквозных» токов в цепях инвертора. При упрощении схемы путем исключения реле Pi и Р2 и установки трансформаторов Тр1 и Тр2 на выходах реле Рз и Pi в инверторе будут протекать «сквозные» токи с частотой, равной двойной частоте переменного напряжения на его выходе.

Функциональная схема трехфазной системы частотного управ­ления с широтно-импульсной модуляцией, как это следует из рис. 81, состоит из трех идентичных каналов, каждый из которых управ­ляет своим однофазным инвертором.

В соответствии со схемой рис. 79 была изготовлена и экспери­ментально исследована система частотного управления с преобра­зователем, обеспечивающим на выходе напряжение прямоугольно - импульсной формы. В качестве исполнительного двигателя был ис­пользован асинхронно-реактивный двигатель (выполнен на базе се­рийного асинхронного двигателя типа А-32-4, ротор которого заменен на явнополюсный и перемотана статорная обмотка) со следующими номинальными данными:

Мощность........................................................................................... Рн=200 вт

Номинальный ток......................................................................................... /Дв=6,4 а

Номинальное фазное напряжение &ф=40 в

Номинальная частота................................................................................... /н=50 гц

Номинальный момент на валу. . . Мн=1,3 док Перегрузочная способность.... ^=Ммакс/Л1н=2

Характеристика звена регулирования напряжения обеспечивает поддержание постоянства перегрузочной способности двигателя.

работы системы частотного управления с частотой f~2,5 гц. На ос­циллограмме показаны формы кривых напряжений UA на выходе демодулятора датчика низкой частоты, тока tyl на выходе усили­теля Уь управляющего транзистором Ti7 инвертора, напряжения U,],а на выходе инвертора (на зажимах двигателя) и тока в цепи двигателя.

На рис. 83 представлены осциллограммы токов в трех фазах двигателя при работе его на частотах 0,8; 12,2; 36 и 47 гц. Рис. 84 и 85 иллюстрируют работу системы частотного управления при пе­реходных процессах пуска, останова и реверса двигателя. На верх­ней оси осциллограмм приведена кривая изменения управляющего сигнала Uу, снятая на выходе модулятора звена регулирования напряжения, и кривая изменения скорости вращения двигателя Ядв, снятая с тахогенератора постоянного тока, сочлененного

Є балом двигателя На нижней оси осциллограмм показана кривая из­менения тока двигателя /дв, а внизу знаками tH п, tB р и tH 0 от­мечены времена пуска, реверса и останова двигателя.

Для фиксации синхронной работы двигателя на оредней оси осциллограммы приведены формы кривых напряжения UG дв на выходе сельсина, сочлененного с двигателем, и напряжения Uc в вспомогательного сельсина, сочлененного с сельсином-модулятором датчика низкой частоты (обмотки возбуждения обоих сельсинов были запитаны постоянным током). Как следует из осциллограмм, времена останова и пуска двигателя не превышают 1,36 сек, а ре­верса — 3 сек. В переходных режимах работы двигатель находился в синхронизме.

Разработанные бесконтактные системы электропривода позво­ляют регулировать скорость вращения трехфазных электродвига­телей малой мощности (до нескольких киловольт-ампер) путем изменения частоты напряжения их питания в пределах 1 : 100 про - п рционально величине напряжения на входе систем. При отсут­ствии сигнала на входе в обмотках электродвигателей протекает постоянный ток, благодаря которому в случае использования син­хронных приводных электродвигателей на их валу при неподвиж­ном роторе создается тормозной момент. Наличие этого момента позволяет в ряде грузоподъемных механизмов исключить примене­ние специальных тормозных или грузоуравновешивающих устройств

Системы электропривода обеспечивают взаимосвязанное регу­лирование величины напряжения и частоты его изменения по лю­бой заданной зависимости благодаря наличию двух независимых (автономных) каналов управления этими параметрами Взаимосвя­занное регулирование величиной напряжения и его частотой по­зволяет сформировать заданные рабочие характеристики приводных электродвигателей при изменении скорости их вращения и нагрузки на валу. Преобразователи частоты систем электропривода обеспе­чивают на их выходах напряжения прямоугольной, практически си­нусоидальной и прямоугольно-импульсной форм

Наиболее конструктивно простым является преобразователь с прямоугольной формой напряжения на выходе, однако при пита­нии электродвигателя этим напряжением на низких частотах на­блюдается неравномерность вращения (шагообразное движение), что в ряде случаев может оказаться неприемлемым.

Системы с преобразователями частоты, имеющие на выходе си­нусоидальную и прямоугольно-импульсную формы напряжений, конструктивно более сложны, однако лишены указанного выше недостатка. Система электропривода с преобразователем частоты, формирующим на выходе напряжение практически синусоидальной формы, позволяет изменять частоту этого напряжения в пределах от долей герца (включая нулевую) до 25—30 гц при питании этой системы от сети 50 гц. Системы электропривода с преобразовате­лями частоты, обеспечивающими на выходе прямоугольную или прямоугольно-импульсную форму, дают возможность изменять ча­стоту этого напряжения в пределах от долей герца (включая ну­левую) до 50 гц и более в зависимости от выбора несущей частоты напряжения питания сельсина датчика низкой частоты.