АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД В ПРОКАТНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

ТИРИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Электромашинные преобразователи частоты включают вра­щающиеся электрические машины, имеют механический метод управления частотой, громоздки в своем исполнении. Развитие силовой полупроводниковой техники привело к созданию регули­руемых электроприводов переменного тока, получающих питание от статических преобразователей частоты.

В наеїояідеб время Для уйравлёнйя Двигателями пбременноґд тока находят применение тиристорные преобразователи частоты (ТПЧ) двух основных классов: преобразователи частоты с непосред­ственной связью и преобразователи частоты с промежуточной цепью постоянного тока [2]. ,

'На рис. 54, а приведена схема тиристорного преобразователя частоты с непосредственной связью. Каждая фаза двигателя полу­

чает питание через трехфазную полностью управляемую мостовую схему тиристорных преобразователей..

В этой схеме при положительной волне выходного напряжения фазы ток. пропускает катодная группа моста, а при отрицательной - волне выходного напряжения ток пропускает анодная группа моста данной фазы тиристорного преобразователя. Частота выход­ного напряжения /2 определяется временем пропускания тока ;обеими. группами моста данной фазы (одині период выходного на^ .-пряжения). ..

На рис. 54, б приведена кривая выходного напряжения’для случая открывания тиристоров в точке естественного зажигания.

Таким образом, в тиристорных преобразователях частоты с не­посредственной связью каждая полуволна выходного напряжения получается в результате выпрямления соответствующего числа полуволн напряжения сети, т. е. вторичная частота преобразовате­ля должна быть ниже частоты сети. Изменение величины выходно­го напряжения обеспечивается соответствующим регулированием угла а, который определяет моменты открывания тиристора.

Считают,- что для сети 50 Гц верхний предел выходной частоты не должен превышать 20 Гц. Поэтому ТПЧ с непосредственной связью'находят применение для приводов со сравнительно тихо­ходными двигателями.

В момент переключения ТПЧ при работе с катодной группы на анодную и наоборот возможна одновременная работа двух вентилей этих групп, подключенных к разным. фазам сети. Это приводит к появлению уравнительных токов. Для ограничения этих токов в схему моста включены дроссели Др, которые одно­временно сглаживают форму выходного напряжения.

К преимуществам рассмотренного типа тиристорных преобра­зователей частоты относят [2] высокий к. п. д. в результате одно­кратного преобразования энергии и отсутствие принудительной коммутации.

Недостатками являются: снижение частоты выходного напря­жения относительно, частоты питающего; большое число силовых тиристоров, сложность схемы фазового управления ими; невысо­кий коэффициент мощности.

Для привода высокоскоростных станов и механизмов в про­катном Производстве наибольшее применение могут получить ти- .ристорные преобразователи частоты с промежуточной цепью по­стоянного тока и с принудительной коммутацией.

Структура построения схем с такими преобразователями решает ’задачу аналогично схемам электромашинных преобразователей. частоты.

На рис. 55 представлена структурная схема статического пре­образователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока [2].

Преобразователь состоит из двух силовых элементов: управляе­мого статического выпрямителя УВ и управляемого статического инвертора И.

Входом УВ является питающее переменное напряжение неиз­менной величины иг и постоянной частоты /ь а выходом — регу­лируемое среднее выпрямленное напряжение Ud, которое подается на вход инвертора И. Выходом инвентора является переменное напряжение, регулируемое по частоте (f2 — var) и величине (U2 — var), для питания асинхронного двигателя. При инвертор­ном режиме поток/электрической мощности переходит от источ­ника постоянного тока в цепь переменного тока. Отдача или прием мощности зависят от того, совпадают ли по направлению э д. с. и ток в данном источнике или они направлены противоположно.

У В и И имеют свои системы управления (ФУ В и ФУ И), обеспе­чивающие раздельное регулирование напряжением и частотой. Этим обеспечивается требуемое соотношение между U и /, которое устанавливается узлом задания-скорости (ЗС). Такой ТПЧ-может работать в широком диапазоне частот и позволяет регулировать частоту как вверх, так и вниз от частоты питающей сети.

Верхний предел частоты ограничивается временем восстановле­ния запирающего действия тиристоров и составляет сотни герц. Нижний предел частоты практически от нуля.

На рис. 56, а приведена схема тиристорного преобразователя частоты с промежуточной цепью постоянного тока.

Трехфазные ТП с принудительной коммутацией для питания двигателей переменной частотой имеют, как правило, промежу­точную цепь постоянного тока (УВ) со сглаживающим LC-филь- тром (Ф) и инвертор (И), обведенные на схеме пунктиром.

УВ представляет собой полностью управляемую тиристорную мостовую схему, позволяющую изменять среднее выпрямленное напряжение Ud от 0 до Udii.

Инвертор И состоит из шести управляемых тиристоров ТІ—Тб и шести диодов Д1—Д6, включенных по трехфазной мостовой схеме, как показано на схеме.

Преобразование постоянного напряжения в трехфазное пере­менное осуществляется принудительной коммутацией тиристоров ТІ—Тб. Так как в тиристоре управляющий импульс может влиять только на начало протекания тока через Т, но не на его прерывание, то для прерывания тока в схемах с принудительной коммутацией служит коммутирующий конденсатор, разряжающийся через ра­ботающий Т в обратном направлении.

Получение переменного тока на выходе И достигается комму­тацией тиристоров в определенной последовательности. На рис. 56, б приведены диаграммы, иллюстрирующие чередование, работы отдельных тиристорсуз в рассматриваемой мостовой схеме для каждой фазы статорной обмотки асинхронного двигателя.

Каждый тиристор пропускает полный ток в одну шестую часть периода выходной частоты. В эту часть периода два тиристора

Ш

другой группы пропускают по половине полного тока, при этом направление этих токов в соответствующих фазах асинхронного двигателя противоположно направлению полного тока в своей фазе.

. Последовательность открывания тиристоров на полный ток отвечает их нумерации на схеме. Когда полный ток пропускает 'тиристор 77 (анодная группа), то через фазу А двигателя прохо­дит также полный ток от начала фазы к концу, а через фазы В и С и, следовательно, тиристоры Т2 и Тб (катодная группа) —

половинный ток в направлении от конца фазы к началу При этом фаза двигателя, пропускающая полный ток, принимает на себя s/3 напряжения источника питания Ud, а параллельно работающие другие фазы в данную часть периода принимают на себя по х/3 напряжения Ud. Через угол п/3 полностью открывается тиристор Т2 (фаза С), а параллельно работающие тиристоры Т1 и ТЗ про­пускают половинный ток и т. д. Таким образом, к каждой фазе дви­гателя прикладывается ступенчатая форма выходного напряжения (см рис. 56, б)

Разность между прямоугольной и. основной гармонической на­пряжения воспринимают индуктивные элементы, входящие в цепь инвертора

Для поддержания баланса мощности в реактивных элементах нагрузки в схему включены диоды возвратного тока Д1—Д6 Диоды вступают в работу, когда мгновенные значения токов на­правлены противоположно мгновенным значениям напряжения и через диоды реактивная мощность двигателя возвращается к кон­денсатору С0.

Заметим, что величина напряжения на выходе инвертора регулируется изменением среднего выпрямленного напряжения УВ, а частота — изменением частоты отпирающих импульсов.