СИСТЕМЫ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННО-РЕАКТИВНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Система частотного управления с преобразователем, обеспечивающим на выходе синусоидальную форму напряжения

Транзисторные преобразователи частоты для систем частотного управления могут быть изготовлены по аналогии с ионными или тиристорными путем преобразования переменного напряжения про­мышленной частоты в переменное напряжение пониженной частоты. Силовая часть преобразователей такого типа обычно выполняется по встречно-параллельной схеме, т. е. содержит два управляемых выпрямителя, каждый из которых поочередно работает на общую
нагрузку в один из полупериодов низкой частоты [Л. 61; 62]. Од­нако использование таких схем для систем частотного управления, построенных на транзисторах, требует значительного усложнения силовой части преобразователя и системы его управления.

Рассматриваемая ниже система частотного управления с пре­образователем, обеспечивающим на выходе напряжение практиче­ски синусоидальной формы, построена с помощью трех управляе­мых выпрямителей, среднее значение выпрямленного напряжения на выходе которых регулируется по синусоидальному закону, и трех однофазных инверторов, коммутирующих эти напряжения (см. § 9, рис. 20) в каждый полупериод их изменения. Принципиальная схема одной фазы этой системы частотного управления показана на рис. 69, а управляемого выпрямителя — на рис. 70. На рис. 71 представ­лена функциональная схема системы в трехфазном исполнении.

Сигнал управления системы в виде постоянного напряжения Ubx подается одновременно на вход звена регулирования напря­жения ЗРН (см. рис. 58) и датчика низкой частоты ДНЧ (см. рис. 56). Выходное напряжение UA (Ub, Uc) демодулятора Д (Дз, Д5) датчика используется для управления выпрямителем УВХ (УВ2, УВ3), а вместо демодулятораД2 (Ді, Де) ко вторичной об­мотке трансформатора Трб, (Тр7, Тр8) датчика подключен фазо­чувствительный усилитель ФЧУХ (ФЧУ2, ФЧУ3).

Управление транзисторами Г]—Т3 каждого управляемого 'вы­прямителя (рис. 70) производится с помощью полупроводниковых реле Р1 — Р3, к выходу каждого из которых подсоединены усили­тели У] — У3. Управление транзисторами Тц — Ти каждого одно­фазного инвертора (рис. 69) осуществляется с помощью цепочки устройств, состоящей из упомянутого выше фазочувствительного усилителя ФЧУ, коммутируемого напряжением трансформатора Тр9 датчика низкой частоты (см. рис. 56), полупроводниковых реле Р и Р2, фазоинвертора ФИ, полупроводниковых ключей К, К2 и поеобразователей напряжения П и П2.

Остановимся сначала на принципе работы системы управление выпрямителем (о принципе работы выпрямителя см. в § 10).

На вход полупроводникового реле Р (рис. 70), управляющего в конечном итоге транзистором Ті выпрямителя, подаются следую­щие сигналы:

1) выпрямленное напряжение UBCо от выпрямителя В2, питае­мого напряжением Uco от той же сети, что и трансформатор Тр1 выпрямителя (это напряжение отстает от напряжения, питающего трансформатор Тр1 фазы А выпрямителя, на угол 60°эл.);

2) напряжение U3, запирающее реле Р при отсутствии напря­жений на других входах;

3) напряжение {Уві с выхода выпрямителя Ви питаемого на­пряжением Uа с выхода демодулятора Ді датчика низкой частоты.

Для уяснения принципа действия системы управления обра­тимся к рис. 72. На рис. 72, в, <5, ж приведены диаграммы изменения напряжений Uв СО) Ubao и UbBо на выходах выпрямителей Ви В2, В3. В случае отсутствия напряжения Usі реле Р, Р2 и Р3 заперты напряжением U3. Если теперь на вход реле подать постоянное по величине напряжение t/Bь то, например, реле Рі будет срабатывать в моменты времени t, ti и т. д. и запираться в моменты времени /3, te и т. д. В результате диаграмма тока г'і управления транзисто­ром Tj выпрямителя будет иметь вид, приведенный на рис. 72,6,

О Рис. 69. Принципиальная схема одной фазы частотного управления с преобразователем, обеспечивающим на выходе-

? У?

напряжение синусоидальной формы.

Рис. 71. Функциональная схема системы частотного управления с преобразователем, обеспечивающим на вы­ходе напряжение синусоидальной формы.

Токи i2 и г'з управления транзисторами Т'2 и Г3 выпрямителя показаны на рис. 72, г, е. Для этого случая форма кривой

напряжения £/в на выходе управляемого выпрямителя при дан­ном значении напояжения £/ш изобпажена на рис 72, а сплош­

ной линией (пунктирными линиями показаны синусои­дальные полуволны вторич­ных обмоток трансформато­ров Тр1). Величина напря­жения изменяется в соот­ветствии с уравнением UB~ — Ud. cos а (см. § 10).

Таким образом, изме­нение величины напряже­ния Usi на входах реле Pi — Рз приводит к изме­нению величины напряже­ния Uи на выходе управ­ляемого выпрямителя.

Рис 72 Кривые входных и выходных на­пряжений управляемого выпрямителя.

Для выявления формы кривой выпрямленного на­пряжения, подаваемого на вход однофазного инверто­ра ОИ (см. рис. 69) при управлении выпрямителем УВи обратимся к рис. 73 На этом рисунке кривая 1 представляет собой зависи­мость среднего значения на­пряжения £/в на выходе уп­равляемого выпрямителя от величины напряжения Uні на выходах реле Pi — Р3. Поскольку синусоидаль­ное напряжение Uа с вы­хода демодулятора датчика низкой частоты меняется с частотой, определяемой ско­ростью вращения его сель­сина, напряжение U-ai на выходе выпрямителя Вх имеет форму выпрямленно­го напряжения двухполупе - риодного выпрямителя (кри­вая 2 на рис. 73). Если теперь это напряжение по-

дать на входы реле Рі — Рз управляемого выпрямителя, то при ра боте выпрямителя на линейном участке кривой 1 среднее значение напряжения иь на его выходе будет меняться по такому же за­кону (кривая 3 на рис. 73). Очевидно, в зависимости от величины входного сигнала с/вх системы частотного управления меняются величина и частота пульсации напряжения выпрямителя.

Рассмотрим принцип работы системы управления инвертором (см. рис. 69).

Как уже было упомянуто, в качестве демодуляторов Д2, Ді, Д6 датчика низкой частоты использованы фазочувствительные двухпо- лупериодные усилители по схеме с недифференциальной нагрузкой (см. § 11). Напряжение с выхода ФЧУХ (см. рис. 69) подается на вход реле Р и через фазоинвертор ФИ — на вход реле Р2 Эти реле управляют ключами К и /С2, подключающими постоян­ное напряжение к преобразо­вателям напряжения Пі и Я2, которые, в свою очередь, уп­равляют соответственно тран­зисторами Тц, Тп и Т15, Т is однофазного инвертора.

Рис 73 Графическое построение кри­вой напряжения на выходе управляє мого выпрямителя

Рис 74 Формы кривых токов и напряжений системы управления инвертором

Обратимся к рис 74 На верхней оси этого рисунка при­ведены формы кривых напря­жения UА на выходе датчика низкой частоты, напряжения UB на выходе управляемого выпрямителя УВі и напряже­ния t/фА на выходе однофаз­ного инвертора ОИ, на ниж­ней оси — формы кривых на­пряжения Uі на выходе ФЧУь ТОКОВ 114, in, управляющих транзисторами Тц, Тп, и то­ков tis, і'іє, управляющих тран­зисторами Тis, 74їв однофазно­го инвертора ОЙ. Согласно этому рисунку, напряжение И син - фазно с напряжением UА, а следовательно, и с напряжением С/в (синфазность обеспечена тем, что перечисленные напряжения обра­зуются из напряжения, снимае­мого с сельсина датчика низкой частоты)

В момент времени t сраба­тывает реле Р и открывает ключ Kv. В результате этого возбуж­дается преобразователь напряже­ния Пі, токи 1ц и in на выходе которого отпирают транзисторы Тн и Тп инвертора. В момент t2 реле Р отпускает, и эти транзи­сторы запираются. Благодаря на­личию фазоинвертора ФИ реле Р2 срабатывает в момент времени ti. Это реле отпирает ключ К2, в результате чего возбуждается преобразователь П2 и токи і^ и і!6 отпирают транзисторы Т15 и TS инвертора. В момент времени t2 эти транзисторы запираются Далее процесс протекает аналогично описанному

Поскольку коммутация транзисторов инвертора происходит в моменты времени, когда напряжение UB близко к нулю, на­пряжение С/фА на выходе инвертора имеет вид синусоидального

переменного напряжения, повторяющего в каждом полупериоде фор­му кривой напряжения UB. Вьгбор потенциалов срабатывания реле Pi и Р2 позволяет обеспечить промежутки времени At, когда все тран­зисторы инвертора заперты, что исключает возникновение «сквоз­ных» токов. Благодаря большой частоте напряжения на выходе преобразователей Пі и П2 (—2000 гц) транзисторы инвертора ра­ботают в ключевом режиме (см. гл. 4).

В трехфазной схеме (см. рис. 71) управление каждой фазой инвертора протекает аналогично описанному, но со сдвигом на 120° и 240° эл. относительно фазы А.

Как следует из принципа действия системы, диапазон измене­ния частоты на ее выходе в значительной мере зависит от частоты

°ис. 75. Осциллограммы работы управляемого выпрямителя: а — при t/Bl«0,5 в; б — при t/Bl ~8 в.

напряжения трехфазной сети переменного тока, питающего управ­ляемый выпрямитель. Чем больше частота трехфазной сети, тем больший диапазон регулирования можно получить, сохраняя при Ътом синусоидальность формы выходного напряжения инвертора.

В соответствии со схемой рис. 69 была изготовлена и экспе­риментально исследована рассматриваемая система частотного уп­равления. В качестве исполнительного двигателя был использован синхронно-реактивный двигатель со следующими номинальными данными (изготовлен на базе серийного асинхронного двигателя

типаА-31-4):

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

Номинальный ток......................................................................... Адв=5,1 а

Номинальное фазное напряжение. Uф=30 в

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

Номинальный момент на валу. . . Мп—1,3 дж Перегрузочная способность.... Х=Л4макс/Мн=2

Управляемые выпрямители УВ і — У53 системы частотного уп­равления питались от трехфазной сети переменного тока 50 гц. В качестве заданного режима работы двигателя был выбран ре­жим, при котором поддерживалась неизменной перегрузочная спо­собность двигателя при постоянном моменте сопротивления на его валу. В соответствии! с этим требованием была установлена харак­теристика звена регулирования напряжения.

Работа управляемого выпрямителя иллюстрируется осцилло­граммами рис. 75. На осциллограммах приведены кривые напря-

Жёния UB на выходе управляемого выпрямителя, напряжения UBCo на выходе выпрямителя В2 и тока г'і, управляющего транзистором Ті. Как видно из осциллограмм, с увеличением напряжения UB уменьшается среднее значение выпрямленного напряжения от зна­чения £/в=46 в до значения UB~26 в.

Осциллограммы рис. 76 иллюстрируют работу системы управле­ния однофазным инвертором при установившемся режиме работы системы частотного управления соответственно и а частотах /~3 гц и 8 гц. На верхних осях осциллограмм изображена форма кри­вой напряжения U на выходе фазочувствительного усилителя ФЧУи на следующей оси—напряжение UBl на выходе мостового

Рис. 76. Осциллограммы работы элементов системы управления преобразова­телем частоты: а — при /«3 гц, /л «6,5 а; б — при /«8 гц, I

выпрямителя В и напряжение эмиттер — база £/3-б на транзисторах Гм, jT17 инвертора. Далее показана форма кривой тока в фазе дви­гателя. Из осциллограмм следует, что моменты времени прохож­дения через нуль напряжений £/э-б и Ui совпадают с моментом равенства нулю напряжения UB и, следовательно, напряжения £/в на выходе управляемого выпрямителя.

На осциллограммах рис. 77 показаны формы кривых тока в фазах двигателя при частотах f=0,83 гц, f=10 гц и f=26 гц. Из рассмотрения формы кривых токов, приведенных на этих осцилло­граммах, видно, что с увеличением частоты форма кривой тока ухудшается. Практически синусоидальный характер изменения тока сохраняется до частот, примерно равных 15—17 гц.

Динамические свойства системы частотного управления иллю­стрируются осциллограммой рис. 78, на которой показан переход­ный процесс при реверсировании двигателя с номинальным момен­том на его валу. Реверс двигателя осуществлен путем изменения полярности напряжения на входе системы частотного управления (на входе датчика низкой частоты и звена регулирования напря­жения).

Так как система частотного управления практически безынер­ционна, а исполнительный синхронно-реактивный двигатель не мо­жет мгновенно втягиваться в синхронизм, на входе системы было включено инерционное звено, постоянная времени которого была выбрана из условия обеспечения синхронной работы двигателя. Согласно кривой изменения тока двигателя /дв, реверсирование СРД происходит за время tp = 2 сек. Для фиксации синхронной

Рис. 78. Осциллограмма реперса двигателя

Рис. 77. Осциллограммы кри­вых токов в фазах син­хронно-реактивного двига­теля: а — при f ==0,83 гч,

работы двигателя на его валу был установлен вспомогательный сель­син (его обмотка возбуждения запитана постоянным током, т. е. он работает в режиме синхронного генератора). Из сравнения кри­вой напряжения Uс на выходе сельсина и управляющего транзисто­ром Тц напряжения U3-б однофазного инвертора следует, что в процессе реверсирования двигатель находился в синхронизме.

Таким образом, рассматриваемая система частотного управле­ния при питании управляемого выпрямителя от сети 50 гц может быть использована в системах электропривода с диапазоном регу­лирования частоты от долей герца до 30 гц. При необходимости практически синусоидальных форм кривых тока и напряжения на зажимах двигателя диапазон изменения частоты должен быть уменьшен до 15—17 гц. Расширение этого диапазона возможно при условии питания управляемого выпрямителя от трехфазной сети повышенной частоты.

СИСТЕМЫ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННО-РЕАКТИВНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ НАГРУЗКИ СИНХРОННЫХ МАШИН ПРИ ПЕРЕМЕННОЙ ЧАСТОТЕ

Большинство предложенных [Л. 64—70] в настоящее время уст­ройств для измерения углов нагрузки синхронных машин Qp при­годны к работе при изменении частоты и напряжения питания лишь в небольших пределах, а существующие …

Напряжения1

Рассмотренная в предыдущем параграфе система частотного управления, хотя и обеспечивает синусоидальную форму тока в цепи двигателя в области низких частот, но при литании управляемых выпрямителей от сети 50 гц ее …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.