ЭЛЕКТРОПРИВОДА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

РАБОТА УПРАВЛЯЕМЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Показанная на рис. 16 форма выпрямленного напряжения не­выгодна, так как в ней слишком много пауз, т. е. среднее выпрям­ленное напряжение мало. Применяют различные схемы тиристор­ных выпрямителей, у которых время пауз сокращается в зависи­мости от схемы. Например, в однополупериодной схеме (рис. 17, и) среднее значение выпрямленного напряжения составляет 0,45 о г среднего значения сетевого напряжения; в однофазной мостовой схеме (рис. 17,6) — 0,9, в трехфазной с нулем схеме (рис. 17, в) — 1,35, в трехфазной мостовой схеме (рис. 17, г) — 2,7 относитель­но фазного напряжения.

Изменение напряжения постоянного тока для питания двига­теля получают при помощи тиристорного моста, который выпрям­ляет напряжение переменного тока, а среднее значение напряже­ния постоянного тока изменяется за счет изменения угла зажига­ния тиристоров. Существуют комбинированные схемы выпрямле­ния, состоящие из тиристоров и диодов и называемые полууправ - ляемыми.

Схема выпрямления — полууправляемый однофазный мост (рис. 18, а). На рис. 18,6 приведена диаграмма напряжений, из ка торой видно, что выходное напряжение имеет только положитель ное значение, а его величина зависит от угла «зажигания» тири сторов. Эта зависимость приведена на рис. 18, в и описываете формулой Ud=Udi(-fcosa)/2, где Ud — среднее значение выпрям ленного напряжения; Udi — среднее значение выпрямленного на пряжения при а = 0; а — угол отпирания тиристоров.

Полностью управляемый однофазный мост (рис. 18, г) позволя ет получить положительные и отрицательные значения выпрям ленного напряжения (рис. 18, <3). При образовании отрицательно го напряжения выпрямитель работает в качестве инвертора, т. е преобразует постоянный ток в переменный. Зависимость Ud от уг­ла отпирания а приведена на рис. 18, е. Обе схемы выпрямления имеют диапазон изменения угла зажигания тиристоров 0—180° Большим недостатком этих схем является наличие прерывистой формы тока.

Полностью управляемый трехфазный мост (рис. 19, а). Диа­грамма напряжений приведена на рис. 19,6, а зависимость выпрям ленного напряжения от а і— на рис. 19, в. Схема обеспечивает при определенных углах зажигания непрерывный характер тока. Вы­прямленное напряжение имеет положительный и отрицательный знаки: t/d=[/d;cosa; Udi = 1,35£/фазн. В области отрицательных зна­чений напряжений возможен режим инвертирования. При углах регулирования 2—60° ток имеет прерывистую форму.

Реверсивные схемы выпрямителей состоят из двух встречно - Ключенных одно - или трехфазных мостов (рис. 20, а). Если в ка - А В С

S)

о) .

Рис. 20. Реверсивная трехфазная мостовая схема: а — схема; б ' — квадранты механических характеристик

честве нагрузки выпрямителя использовать двигатель постоянно­го тока, то мы получим четырехквадрантный привод (рис. 20,6) Это значит, что в / и II квадрантах машина работает в двигатель­ном и тормозном режимах при положительных значениях момен­та нагрузки в III и IV — то же, но при отрицательных значениях момента (например, при подъеме груза привод лебедки нагрукен положительным моментом, при спуске — отрицательным).

Если внимательно рассмотреть трехфазную с нулем схему ре­версивного электропривода (см. рис. 40,6), мы увидим, что включе­ние одной группы тиристоров (назовем ее анодной, так как аноды тиристоров имеют общую точку) вращает двигатель в одну сто­рону, включение катодной группы — в противоположную. Суще­ствуют различные способы управления обеими группами тиристо­ров — раздельный и согласованный. Последний может быть ли­нейным и нелинейным.

Сущность раздельного управления состоит в том, что в стати­ческих режимах работает только одна группа тиристоров, а в динамических — обе группы, что обеспечивает достаточное быст­родействие системы привода. Недостатками способа являются: на­личие прерывистых токов, что ведет к недоиспользованию двига­теля по моменту, отсутствие инверторного режима, сравнительно сложная схема логики для разрешения перехода с одной группы на другую.

По соотношению углов отпирания в режимах выпрямления и инвертирования согласованные схемы делят на линейные (сс + Р=180°) и нелинейные (а + |3 = 300°). Наилучшими динамиче­скими показателями обладает схема с линейным согласованием, но она требует наличия уравнительных реакторов. Последние от­сутствуют у схем с нелинейным согласованием, но при этом по­является зона нечувствительности при переходе с одного направ­ления вращения на другое. В некоторых случаях это недопустимо.

Остановимся на способах управления тиристорами. Основной задачей управления является обеспечение изменения угла зажига­ния тиристоров в требуемых пределах. Эти пределы зависят от схемы выпрямления. Для однополупериодной и двухполупериод - ной схем атах=180°, для трехфазной с нулем атах = 60°, для трех­фазной мостовой ашах = 30°.

Наиболее широкое применение получила импульсно-фазовая система управления. В этой системе осуществляется сдвиг управ­ляющих импульсов по фазе относительно напряжения переменно­го тока, приложенного к аноду и катоду тиристоров. Такие систе­мы состоят из фазосдвигающего устройства, усилителя и форми­рователя импульсов.

Рассмотрим полупроводниковую систему управления [9], при­веденную на рис. 21, а. На вход системы подаются два напряже­ния; развертывающее Ua и управляющее Uy. Развертывающее на­пряжение имеет пилообразный вид и формируется с помощью трех трансформаторов TV1, TV2 и TV3, вторичные напряжения которых суммируются при помощи резисторов Ш, R2 и диодов VI, V2.

В результате получается пилообразная кривая напряжения Un раз­вертки (рис. 21,6). Продолжительность рабочего участка состав­ляет 240°, нерабочего — 120°. Первичные обмотки траисформато - Вов TV1, TV2, TV3 включаются в сеть питания так, чтобы напря­жение U„ пересекало ось времени со сдвигом по фазе на 90° по от­ношению к точке А естественного открывания тиристора, включен­ного под напряжение +Ua.

На пилообразное напряжение Un накладывается напряжение управления Uy и их алгебраическая сумма подается на входы Транзисторов VT1 и VT2, включенных по схеме с общим эммите - ром. В момент, когда сумма напряжений Un и Uy будет равна ну­лю (рис.21,б), т. е. Uy + Un (at) =0, транзистор VT1 открывается И в его коллекторной цепи проходит ток, имеющий форму прямо­угольных импульсов. Снимаемый с коллектора импульс напряже­ния UKl (рис. 21, г) подается на базу транзистора VT2, который усиливает его и изменяет фазу на 180° (рис. 21, д). Сигнал с выхо­да VT2 после конденсатора С1 имеет импульсную форму или, как говорят, сигнал дифференцируется емкостью. Образующийся при этом положительный импульс не пропускается диодом V4 (рис. 21, е), а отрицательный через диод V5 поступает на базу, транзистора VT3 и включает схему ждущего блокинг-генераторавыполненную на транзисторах VT3, VT4 с положительной транс­форматорной обратной связью (обмотка W2). При подаче на базу транзистора VT3 отрицательного импульса открывается триод VT4. В первичной обмотке трансформатора TV4 проходит при этом ток, и в сердечнике создается магнитный поток, наводящий в другой обмотке ЭДС, которая поддерживает ток в базе триода VT4 и после окончания импульса на входе блокинг-генератора.

С выходной обмотки трансформатора TV4 снимается управля­ющий импульс с крутым передним фронтом (рис. 21, ж) и через диод V8 подается на управляющий электрод тиристора. Высокая крутизна фронта выходного импульса обеспечивается большим коэффициентом усиления составного транзистора и положитель­ной обратной связью каскада.

Диапазон изменения фазы управляющего импульса в такой си­стеме составляет 200—210° (против теоретического в 240°), так как при больших углах прекращается четкая фиксация момента пересечения опорного напряжения Un с напряжением управ­ления U у.

Для предотвращения срабатывания блокинг-генератора от ко­ротких ложных импульсов цепь база — коллектор транзистора VT3 шунтируется конденсатором С2. Для защиты транзисторов VT3—VT4 от перенапряжений, возникающих на обмотках транс­форматора TV4 при снятии импульсов, первичная обмотка его шун­тируется разрядной цепочкой R6—V6. Для защиты управляюще­го электрода тиристора от значительных отрицательных напря­жений включается диод V8. Снижение напряжения между коллек­тором и базой транзистора VT1 при положительном сигнале на ба­зе достигается включением диода V3, который выравнивает потен­циалы базы и эмиттера данного транзистора при Uq>0.

В трехфазной мостовой схеме выпрямления одновременно должны работать два тиристора: один — в анодной, другой — в катодной группах. При этом каждый вентиль одной группы рабо­тает поочередно с двумя вентилями другой группы. Для вклю­чения тиристоров данной схемы в нужный момент времени рас­смотренная полупроводниковая система управления позволяет по­лучать с помощью логической схемы сложения на диодах V5 и V7 два узких отпирающих импульса, сдвинутых на-60° (точки а, б). При этом на базу транзистора VT3 через диод V5 поступает импульс с формирователя фазь! (транзистор VT1) данного блока управления. Сюда же через диод V7 приходит импульс с блока управления, передаваемый тиристором второй группы, работаю­щего в паре с тиристором первой группы, но фаза отпирания ко­торого отстает на 60°. С катода диода V5 уходит импульс на блок управления тиристором второй группы, также работающего в па­ре с тиристором первой группы, но первоначальный момент отпи­рания его опережает на 60° момент отпирания тиристоров первой группы.

Таким образом, обеспечивается строго одновременная подача импульсов на управляющие электроды одновременно работающих тиристоров, что необходимо для правильной коммутации венти­лей преобразователя в области прерывистых токов. Для управле­ния многофазным выпрямителем полупроводниковая система уп­равления должна иметь столько таких каналов, сколько фаз вы­прямления содержит преобразователь [9].