АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД В ПРОКАТНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

РАБОТА РТУТНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Нерегулируемый ртутный выпрямитель (рис 35, а) представ­ляет собой колбу, в которую изолированно заделываются главные аноды АГ, вспомогательные аноды возбуждения АВ и игла зажи­гания ИЗ Колба запаяна при вакууме (давление пара в среднем 0,07 мН/сма). Нижняя часть колбы заполнена ртутью и служит катодом выпрямителя.

Для внешней цепи катодный зажим имеет положительный по­тенциал Во время работы ртутного выпрямителя (РВ) на поверх­ности ртутного катода образуется светящееся катодное пятно (с температурой около 200° С), которое обеспечивает наполнение РВ парами ртути и является источником электронов, поддерживаю­щих дугу между катодом и анодом Под действием электрического поля» возникающего при положительном потенциале на аноде, электроны, покидающие катодное пятно, ускоряются и, накопив< энергию, ионизируют атомы ртути, с которыми они соударяются, создавая тем самым ионы и вторичные электроны Роль ионов сво­дится главным образом к компенсации объемного заряда электро­нов При этом через РВ может проходить большой ток при падении напряжения на РВ порядка 18—25 В. Эмиссия (испарение) элек­тронов с катодного пятна в разряженные пары ртути возможна только при условии, что ртуть будет катодом Анод выполнен из графита и охлаждается. В рабочем состоянии (холодный анод) - эмиссия электронов с анода исключается Поэтому при приложе­нии к РВ переменного напряжения ртутная дуга способна поддер-

1) падение напряжения в дуге между анодом и катодом AElt которое практически не зависит от величины нагрузочного тока и изменения напряжения и может быть принято постоянным в сред­нем 20 В,

2) падение напряжения в результате перекрытия анодов ДЕ2, которое появляется в результате того, что переход тока с одного анода на другой происходит не мгновенно из-за индуктивности обмоток трансформатора Поэтому во время перекрытия горят два анода При этом вторичное напряжение фазы, вступающей в работу, снижается в силу появления индуктивного падения напря­жения, а фазы, заканчивающей свою работу, повышается в связи с убыванием тока в этой фазе Мгновенное значение выпрям-' ленного напряжения во время перекрытия равно среднему арифметическому мгновенных значений напряжений горящих анодов, как это показано на рис 36, а При перекрытии ано­дов напряжение РВ изменится по кривой, изображенной жир­ной линией, т. е. среднее зна­чение выпрямленного напря­жения уменьшается в отноше­нии заштрихованной площади

горения фазы.

Л "Р ШІdXTр

’

где т — число фаз вторичной обмотки трансформатора,

Id —среднее значение выпрямленного тока;

Хтр — реактивное сопротивление фазы трансформатора, при­веденное к вторичной обмотке,

3) падение напряжения в активном сопротивлении обмотки трансформатора

Д£3 — idR тр> где RT

(III 22)

чтр активное сопротивление фазы вторичной обмотки транс­форматора.

Таким образом, среднее значение выпрямленного напряжения, подводимого к якорю двигателя:

Ed = Ed, — Д£і — АЕ2—АЕ3 = Ed„ — АЕі — Jd (хтр-^- - f Rrp

(III 23)

В УРВ изменение величины выпрямленного напряжения про­водят по' методу сеточного управления. Принцип сеточного регу­лирования основан на том, что при наличии на сетке, расположен­ной перед главным анодом, отрицательного напряжения по отно­шению к катоду дуга на главном аноде не зажигается и ток от анода, к катоду не проходит. Зажигание дуги на главном аноде вентиля при положительном напряжении на аноде • происходит в момент, когда на сетке отрицательное напряжение изменяется до определенной величины или заменяется положительным.

Рис. 37. Пусковые характеристики РВ при иодаче на анод постоянного (а) и синусоидаль­ного (б) напряжений

, ( ^ ... , . ^

Значение сеточного потенциала, при котором возникает дуга, называется критическим потенциалом ик. Зависимость между кри - , тическим потенциалом ык и анодным напряжением Ua называется пусковой характеристикой.

На рис. 37, а приведена пусковая характеристика ик = / (f/a) одного из РВ, снятая для случая, когда к. аноду приложено напря­жение постоянного тока. При помощи этой зависимости построена пусковая характеристика для синусоидально изменяющегося анод­ного напряжения (рис. 37, б). Если на сетки РВ подавать потен­циал «с ниже критического потенциала цк, то при положительном потенциале на аноде РВ не будет проводить ток.

Зажигание РВ производится подачей на сетку каждой фазы импульсов положительного напряжения Un. Пересечение пусковой характеристики ик с передним фронтом положительного импульса Un определяет момент зажигания дуги. Возникшая в РВ дуга уже не зависит от величины напряжения на сетке, и горит пока на аноДе напряжение положительно. Момент зажигания обычно от­считывается по углу регулирования (угол запаздывания зажи* і;ания) а,_под которым понимают угол сдвига от точки. естествен­ного зажигания данного анода до подачи положительного импульса на сетку для зажигания дуги. Изменяя угол регулирования а, т. е.

фазу отпирающего импульса относительно анодного напряжений, можно регулировать среднее значение выпрямленного напряже­ния в пределах от нуля до максимального значения. На рис. 38 показано изменение среднего выпрямленного напряжения Edat и Eda2 Для углов регулирования а! и а2. Как видно из рисунка, изменение величины выпрямленного напряжения при помощи сетки обеспечивается за счет изменения относительного времени горения анодов. При таком регулировании кривая выпрямлен­ного напряжения имеет пульсации, которые возрастают по мере снижения выпрямленного напряжения. Для снижения величины пульсации выпрямленного напряжения, приложенного к якорю

двигателя, и улучшения формы выпрямленного тока в цепь по­стоянного тока включают катушку с индуктивностью (катодный дроссель Др).

Таким образом, регулирующим элементом в системе УРВ яв­ляется система сеточного управления ССУ (рис. 39), назначением > которой является создание на сетках отрицательного потенциала, исключающего возможность самопроизвольного возникновения дуги, создания положительных импульсов требуемой амплитуды, ширины и крутизны фронта для отпирания сеток, а также плавное регулирование их сдвига относительно анодных напряжений (плав­ное регулирование величины выпрямленного напряжения от 0 до

100% иЛ).

Для случая, когда УРВ служит для питания двигателя по­стоянного тока, и если принять, что в цепи УРВ •— якорь двига­теля отсутствует индуктивность, то сила тока в этой цепи опреде­лялась бы разностью между выпрямленным пульсирующим напря­жением трансформатора ed и э. д. с. двигателя Е, величина кото­рой практически постоянна для установившегося режима работы. Так как РВ обеспечивает пропускание тока в одном направлении, когда анод положителен по отношению к катоду, то в периоды времени, соответствующие участкам а (рис. 40, а), когда э. д. с. двигателя Е больше выпрямленной э. д. с. трансформатора ed,

ток в цепи двигателя прерывается и резко возрастал бы в периоды времени, соответствующие участкам б, так как сопротивление главной цепи мало. Работа двигателя в таком режиме невозможна из-за больших толчков тока в якорной цепи.

Однако в главной цепи системы УРВ—Д имеются индуктив­ности обмоток трансформатора, катодного дросселя, обмотки якоря, питающих шин, э. д. с. самоиндукции которых eL препятствует изменению тока в цепи якоря. В периоды временгі, когда ed меньше Е (участок а), э. д. с. самоиндукции eL складывается с edu препят­ствует уменьшению силы тока якоря, обеспечивая на аноде поло­жительный потенциал для прохождения тока. В периоды времени, когда ed больше Е (участок б) и ток в якоре возрастает, э. д с.

самоиндукции eL вычитает­ся из ed> препятствуя уве­личению силы тока якоря.

Таким образом, при ра­боте РВ на аноде каждой фазы благодаря э. д. с. са­моиндукции eL поддержи­вается положительный по­тенциал, отличающийся от Е двигателя - на величи­ну падений напряжений АЕХ + ДЕ2 + ДЕ3. Дру­гим ц словами, если ток в якорной цепи двигателя не прерывается, то с учетом падений напряжений ДЕъ ДЕг и АЕ3 э. д. с. двигателя равняется среднему выпрямленному напря­жению РВ.

При малых значениях среднего выпрямленного напряжения благодаря э. д. с. самоиндукции Обеспечивается прохождение тока и в отрицательную полуволну питающего напряжения (рис. 40, б).

Среднее значение выпрямленного напряжения УРВ в случае непрерывного тока в якорной цепи (L — оо) при холостом ходе

■+а

Среднее значение выпрямленного напряжения УРВ в цепи выпрямленного тока с учетом падений напряжения AElt АЕ2 и АЕ3

-£t+R тр). (III.25)

Ed — Ed„ cos а — AEi-

Как известно, запас электромагнитной энергии в индуктив­ности W = ЫУ2.

При малых значениях тока 1 d запас электромагнитной энергии в индуктивностях может оказаться недостаточным для получения необходимого значения э д с. самоиндукции eL и поддержания непрерывного тока через выпрямитель. В этом случае ток преры­вается (дуга гаснет) при некотором снижении ed относительно Е (рис. 40, в), т. е. в периоды времени а, которые несколько умень­шаются за счет действия eL.

При прохождении в главной цепи прерывистого тока равен­ство между э д с двигателя и средним выпрямленным напряже­нием РВ с учетом падений напряжения А£ь АЕ2 и АЕ3 нару­шается, т. е. уравнение (їїI 25) для такого режима недействи­тельно.

При. прохождении прерывистых токов напряжение к двига­телю подводится толчками, что сопровождается толчком тока в главной цепи. При этом из-за малого сопротивления якорной цепи толчки тока Id достигают такой величины, что среднее значе­ние тока Idcp обеспечивает необходимый момент для ^преодоления нагрузки. Скорость двигателя при этом определяется мгновенными значениями ed выпрямленного напряжения за время горения анода и э. д. с. двигателя при большой длине участка а может значи­тельно превышать по величине среднее выпрямленное напряже­ние, определяемое по уравнению (III 25). Поэтому в сисіеме УРВ—Д, когда ток становится прерывистым (это явление особенно наблюдается при холостом ходе двигателя), скорость двигателя возрастает. Одной из задач катодного дросселя является снижение критического значения тока (после которого выпрямленный ток становится прерывистым) и тем самым уменьшение роста скорости при малых нагрузках двигателя.

Механические характеристики системы УРВ—Д, определяемые по уравнению

Ел cos» - ABi (*тр - ЯГ + *тР + Яя )

» = * ~ -— и <П1-26)

для выпрямительного режима работы, приведены на рис. 41, г (I квадрант).

В области непрерывных токов механические характеристики системы'УРВ—Д сходны с характеристиками системы Г—Д. Кру­тизна' их больше вследствие увеличенного падения напряжения

в выпрямителе, вызванного главным образом снижением напряжения за счет перекрытия горения анодов

(Хтр-^ Id). При переходе от малых

нагрузок к холостому ходу имеет место крутой подъем характеристик, характеризующий появление преры­вистых токов. Чем глубже регули­рование РВ (чем больше угол регу­лирования а), тем больше величина тока, при котором начинается подъем скорости.

Отметим также, что при работе в выпрямительном режиме РВ трансформатор со стороны первичной обмотки является потреби­телем энергии, а со стороны вторичной обмотки является источни­ком энергии, т. е. направление тока совпадает с напряжением э. д. с. вторичной обмотки.