СИСТЕМЫ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННО-РЕАКТИВНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Напряжения

Для преобразования постоянного напряжения в трехфазное переменное напряжение ступенчато-прямоугольной формы и регули­руемой частоты с помощью трехфазного мостового инвертора (см. § 9) необходимо переключать транзисторы каждой из трех вет­вей моста со сдвигом 180° эл. внутри ветви, а соответствующие тран­зисторы второй и третьей ветвей моста — со сдвигом 120° и 240° эл. относительно транзисторов первой ветви. Формирование управляю­щих токов, производящих такое переключение транзисторов при частоте выходного переменного напряжения, превышающей 30— 40 гц, осуществляется с помощью известных мультивибраторных устройств и пересеченных кольцевых схем с трансформаторным выходом [Л. 36; 60]. Однако использование их для управления транзисторами инверторов, частота напряжения на выходе кото­рых должна изменяться от долей герца (включая и нулевую), без

введения дополнительных элементов в их схемы невозможно, так как эмиттеры транзисторов коллекторной группы не имеют гальва­нических связей с эмиттерами транзисторов эмиттерной группы, а передать сигнал низкой частоты с помощью трансформатора прак­тически невозможно.

В качестве формирователей управляемых токов для таких ти­пов инверторов использованы датчики низкой частоты, выполнен­ные с помощью кольцевого триггерного

^ Принципиальная схема

системы частотного управ­ления со ступенчато-прямо­угольной формой кривой выходного напряжения, вы­полненная с использовани­ем кольцевого триггера датчика, приведена на рис.

63. Управление транзисто­рами TV — Т12 трехфазного мостового инвертора ТМИ производится непосредст­венно выходными напряже­ниями датчика, а регули­рование напряжения на за­жимах двигателя — с помо­щью управляемого выпря­мителя УВ. Управляемый выпрямитель состоит из трехфазного мостового неуправляемого выпрямителя и транзистора Т6, управляемого широтно-импульсным способом.

Управление транзистором 7"6 производится с помощью полупро­водникового реле Р, на выходе которого включен усилитель У. На вход реле Р подается напряжение треугольной формы (/т, запи­рающее напряжение Uа и постоянное напряжение ^зрнс выхода звена регулирования напряжения. Напряжение треугольной формы образуется с помощью преобразователя постоянного напряжения П и интегрирующей цепочки R — Cl.

Принцип действия системы управления выпрямителем УВ ил­люстрируется рис. 64, а. Как следует из этого рисунка, напряжение треугольной формы смещено запирающим напряжением на вели­чину ия. Отпирание и запирание транзистора происходят в точках пересечения напряжения треугольной формы с отпирающим напря­жением ^зрн - В результате форма тока управления транзистором ів имеет вид прямоугольных импульсов. Естественно, что при изме­нении величины напряжения t/зрн ширина этих импульсов ме­няется. Это в конечном итоге приводит к изменению среднего зна­чения напряжения на выходе управляемого выпрямителя.

Таким образом, при изменении величины входного напряжения иЬЇ меняются частота напряжения питания двигателя и его ве­личина.

Так как коммутация транзисторов каждой ветви инвертора происходит в один и тот же момент времени, через транзисторыПротекают «сквозные» токи. Для их ограничения установлен дрос­сель Дрг.

Принципиальная схема системы с использованием сельсинного датчика изображена на рис. 65. Управляемый выпрямитель УВ ра­ботает совершенно идентично описанному выше (см. рис. 64, а). На выходе датчика низкой частоты вместо демодуляторов Д — Д6 ко вторичным обмоткам трансформаторов Трб—Тр8 (см. рис. 56) подключены фазочувствительные усилители ФЧУі (см. рис. 65, полностью показана система управления только одной фазы А ин­вертора), напряжение питания которых подается с обмотки транс­форматора Тр9 преобразователя напряжения, установленного в дат­чике низкой частоты. Напряжение 0ФЧу с выхода фазочувствитель­ного усилителя подается на вход полупроводникового реле Р2 и через фазоинвертор ФИі—на вход реле Ри которые срабатывают поочередно. В результате также поочередно срабатывают транзи­сторы Ть и Гц и подают постоянное напряжение на управление транзисторами Г16 и Г17 трехфазного мостового инвертора ТМИ.

Преобразователь постоянного напряжения Я предназначен для устранения гальванических связей в цепях управления транзисто­рами инвертора. Управление транзисторами Г is* Г ід, Г2 о и Г21 ин­вертора производится таким же образом, только со сдвигом 120° и 240° эл. относительно транзисторов Гі6 и Т7. На рис. 64,6 изоб­ражена форма кривой напряжения ифчу на выходе фазочувстви­тельного усилителя и условно показаны токи Ае и in, управляю­щие транзисторами Ти и Гп.

Путем выбора различных значений потенциалов срабатывания реле Рі и Р2 создаются промежутки времени At между запиранием транзистора Г]6 и отпиранием транзистора Ti7, что позволяет избе­жать возникновения «сквозных» токов в инверторе. Подачей на­пряжения смещения (£смь £смз) «а базы этих транзисторов до­стигается форсировка их запирания.

Благодаря повышенной частоте (~ 2000 гц) напряжения на вы­ходе 'преобразователя напряжения П и времени запаздывания при запирании транзисторов (см. гл. 4) обеспечивается полное не­прерывное открытие транзисторов инвертора (ключевой режим) в течение времени действия отпирающего импульса низкой ча­стоты.

Улучшение формы кривой напряжения на выходе инвертора и повышение напряжения, приложенного к еи-нхронно-реактивному исполнительному двигателю, могут быть достигнуты путем соедине­ния двух трехфазных мостовых инверторов согласно схеме рис. 66, а (для этого с двигателя должны быть выведены все шесть концов трехфазной обмотки) и управления транзисторами обоих инверто­ров со сдвигом 30° эл. относительно друг друга (ем. рис. 66,6, на котором показаны токи управления транзисторами инверторов).

Система управления каждым инвертором построена совершенно идентично показанной на рис. 65, только в этом случае в датчике низкой частоты необходимо установить два сельсина-модулятора, механически сочлененных между собой, а их трехфазные обмотки сместить в пространстве на угол 30° эл. Это достигается поворотом статоров сельсинов на тот же угол относительно друг друга.

Улучшенная форма кривой фазного напряжения U$A на зажи­мах двигателя имеет вид, показанный на нижней оси рис. 66,6. К системеу^гЛ К системе управления ( управления тазы С V / (разы С

Рис. 65. Принципиальная схема системы частотного управления с преобразователем, обеспечивающим на выходе напря­жение ступенчато-прямоугольной формы (с сельсинным датчиком).

Рис 66 Принцип построения систем частотного управления с использованием преобразователя с улучшен­ной формой выходного напряжения.

В соответствии со схемой рис. 65 была изготовлена, налажена и экспериментально исследована рассмотренная выше система ча­стотного управления. В качестве исполнительного двигателя был использован синхронно-реактивный двигатель (изготовленный на базе серийного асинхронного двигателя типа А-31-4), со следую­щими номинальными данными:

Мощность....................................................................................... . Рн=120 вт

Номинальный ток.............................................................................. /дв=7,2 а

Номинальное фазное напряжение. Uф=21 в

Номинальная частота....................................................................................... /н=30 гц

Номинальный момент на валу. . . Лїн=1,3 дж

Перегрузочная способность... ^=^Ммакс/Мн=2

Характеристика звена регулирования напряжения была по­строена из условия поддержания постоянства перегрузочной спо­собности двигателя при постоянном моменте сопротивления. Осцил­лограммы рис. 67, а, б и в иллюстрируют установившийся процесс работы системы частотного управления при частотах f=2 гц, f= = 10 гц и f=20 гц. На этих осциллограммах приведены формы кри­вых напряжения £/фчуна выходе фазочувствительного усилителя, напряжения UPl на выходе реле Р и напряжения £/дв. ф на фазе двигателя, а также тока /дв в цепи фазы двигателя. На осцилло­граммах рис. 67, г и д показаны формы кривых линейного напря­жения U а в, тока /дВ в фазе двигателя, а также напряжения UTr с выхода тахогенератора постоянного тока, механически сочленен­ного с валом двигателя. Как следует из последних осциллограмм,

при частотах /<5 гц наблюдается «шагообразное» вращение дви­гателя (см. кривую UTT).

На рис. 68, а изображена осциллограмма разгона двигателя (кривая изменения числа оборотов п). Постоянная времени разгона Гр = 2 сек. На верхней оси этой осциллограммы приведена кривая изменения угла нагрузки 0Р (см. приложение), свидетельствующая

о том, что двигатель в течение всего процесса разгона находится в синхронизме. Осциллограмма рис. 68, б иллюстрирует процесс изменения (уменьшения) скорости вращения ненагруженного дви­гателя UTT. На ней также показаны формы кривых токов /дв в трех его фазах.