ЕЛЕКТРОТЕХНІКА У БУДІВНИЦТВІ

Регульований привод змінного струму з вентильним двигуном

Вентильним двигуном (ВД) називається пристрій, що складається з елек­тродвигуна змінного струму, який за конструкцією аналогічний синхронному, і вентильного комутатора (перетворювача частоти), керованого у функції поло­ження ротора або магнітного потоку двигуна. На його статорі звичайно розта­шовується трифазна обмотка змінного струму, а ротор є збудником. Збудження може бути виконане або від обмотки збудження, розташованої на роторі, яка отримує живлення через кільця і щітки від джерела постійного струму, або за допомогою постійних магнітів, розташованих у пазах ротора.

Істотною ознакою ВД є наявність вентильного комутатора, який функці­онально заміняє щітки і колектор машини постійного струму. Вентильний ко­мутатор приєднується до виводів статора і виконує функції розподільника по­
стійного струму з перетворенням його на змінний. Вентильні двигуни розріз­няються за типом перетворювача частоти, конструктивним виконанням машини і будовою системи керування. Вони мають наступні загальні ознаки: можли­вість регулювання кутової швидкості зміною підведеної до статора напруги (в сторону зменшення від номінальної), струму збудження (при наявності обмотки збудження) і кута випередження включення вентилів відносно фазних ЕРС дви­гуна (в сторону збільшення від номінальної). Характеристики ВД аналогічні характеристикам двигуна постійного струму.

На рис. 15.14 показано принципову схему ВД з природною комутацією інвертора струму. Схема містить керований випрямляч КВ, згладжуючий реак­тор L, інвертор струму І, тиристорний збудник ТЗ двигуна М, систему керуван­ня випрямлячем СКВ, систему керування інвертором СКІ.

Інвертор з природною комутацією є перетворювачем постійного струму на змінний, що віддає енергію навантаженню, яке вже має джерело ЕРС тієї ж частоти, що й вихідна напруга перетворювача. При цьому завдяки дії цієї ЕРС здійснюється комутація вентилів. Така комутація і називається природною.

Кутове положення ротора ВД контролюється побічно - керування венти­лями інвертора здійснюється у функції фази напруги на виводах обмотки стато­ра двигуна Щф).

При природній комутації відмикаючі імпульси на вентилі інвертора по­даються з випередженням на кут Р відносно ЕРС двигуна. Мінімальний кут ви­передження Р дорівнює:

Pmin = У+8, (15.16)

де у - кут комутації струму, який залежить від параметрів перетворювача і дви­гуна та від випрямленого струму Id; 8 - кут вимикання, обумовлений часом від­новлення замикаючих властивостей тиристора.

У розглянутій схемі інвертор звичайно працює з деяким постійним кутом Р, обраним за умовою надійної комутації найбільшого пускового струму або струму навантаження.

Регулювання кутової швидкості ВД у цьому випадку здійснюється змі­ною випрямленої напруги за допомогою КВ або струму збудження за допомо­гою ТЗ.

Природна комутація вентилів, що дозволяє використовувати простий на­дійний інвертор, може бути здійснена при порівняно великій ЕРС синхронного двигуна, тобто при кутовій швидкості його не нижче за 10% номінальної. Тому для пуску двигуна в схемі з природною комутацією застосовують наступні спо­соби: імпульсний метод, що використовує спеціальну систему керування ви­прямлячем; переключення інвертора на режим штучної комутації; асинхронний пуск синхронного двигуна, що має пускову обмотку, від мережі (включений S1, рис. 15.14) з наступним перемиканням його на інвертор (S1 відключається, S2 включається).

У першому випадку запирання вентилів інвертора досягається зниженням до нуля його вхідного струму шляхом короткочасного запирання випрямляча або переведення його до інверторного режиму. Переривання випрямленого струму приводить до зменшення пускового моменту приблизно на 15-20% у порівнянні з пусковим моментом при живленні двигуна синусоїдальним стру­мом. У другому випадку значно ускладнюється система керування ВД. При асинхронному пуску ускладнюється конструкція ВД.

Т аким чином, порівняно простий спосіб природної комутації не може бу­ти реалізований при пуску ВД, коли його ЕРС відсутня або дуже мала.

Застосовують також інвертори з штучною комутацією. Інвертор з штуч­ною комутацією - це перетворювач постійної напруги або струму на змінні з примусовою (звичайно конденсаторною) комутацією струму у вентилях.

Схема ВД з штучною комутацією переважніше, тому що фаза струму від­носно ЕРС двигуна може бути встановлена будь-якою і ВД може працювати не
тільки з випереджуючим струмом, але й з відстаючим. Регулювання кутової швидкості двигуна в цій схемі можливо всіма трьома способами: зміною ви­прямленої напруги, струму збудження і кута р.

Оскільки ВД має характеристики машини постійного струму незалежного збудження, усі способи регулювання його кутової швидкості характеризуються такими ж показниками, що й відповідні способи (зміною напруги на якорі і струму збудження) регулювання кутової швидкості двигуна постійного струму незалежного збудження.

Сучасні ВД із збудженням від високоенергетичних постійних магнітів у наш час залишаються найбільш перспективними з усіх типів електродвигунів, застосовуваних в сучасних регульованих електроприводах малої і середньої по­тужності. Це пояснюється цілим рядом конструктивних і техніко- експлуатаційних переваг ВД у порівнянні з існуючими типами електричних машин. До них можна віднести безконтактність і відсутність вузлів, що вима­гають обслуговування, більшу перевантажувальну здатність за моментом (кра­тність максимального моменту дорівнює 5 і більше), високу швидкодію, най­вищі енергетичні показники (ККД і ^s9). Відсутність у ВД ковзних електрич­них контактів істотно підвищує їхній ресурс і надійність порівняно з двигунами постійного струму або асинхронними. Показники ККД ВД перевищують 90% і дуже мало змінюються при зміні навантаження двигуна за потужністю і при коливаннях напруги живильної мережі. ВД мають практично необмежений діа­пазон регулювання частоти обертання (1:10000 і більше), більш просту схему перетворювача в порівнянні з асинхронним частотно-регульованим електро­приводом, мінімальні масогабаритні показники за інших рівних умов, значний термін служби.