Тиристорные электроприводы постоянного тока

Полностью управляемый преобразователь

На рис. 3.2 представлены схема силовых цепей и диаграммы полностью управляемого преобразователя. Моменты включения тиристоров соответствуют углу управления а = 60°, тиристоры вклю­чаются через 60°, и частота напряжения в якоре в 6 раз больше частоты сети. Ввиду большой частоты в полностью управляемых преобразователях создаются благоприятные условия для поддер­жания непрерывного тока якоря без дополнительных сглаживаю­щих элементов.

В момент Qt=NJ6 + a включается тиристор VS1. К этому вре­мени VS6 уже открыт, поэтому на интервале n/6+a<QЈ<n/6 + + a-fn/3 проводят VS1 и VS6, подключая к якорю напряжение фаз А и В, равное ия = иАВ. В момент Ш = л/б+а+я/З включается VS2, закрывая VS6 обратным напряжением (естественная комму­тация). Ток вместо цепи тиристора VS6 идет теперь по цепи VS2, Поэтому выводы якоря соединены с фазой А через VS1 и фазой С Через VS2, что определяет ия = иАС. Процесс повторяется через QЈ = 60°, когда открывается следующий тиристор. Отметим, что принятая здесь нумерация тиристоров соответствует очередности их включения.

Напряжение на двигателе в инверторном режиме работы пре­образователя может быть отрицательным, как показано на рис. 3.2, г для угла управления а=120°. Если напряжение двигателя изменить с помощью реверсора в якорной цепи или изменением направления потока, энергия от двигателя будет передаваться в Сеть, обеспечивая рекуперативное торможение. Скорость двигате­ля при этом будет падать, а ЭДС двигателя уменьшаться. Для поддержания тока и обеспечения процесса рекуперации в этом режиме необходимо регулировать угол а.

V81 VS3 VS5 Х '■я

ИА "я

Первое слагаемое в правой части (3.4) представляет собой ско­рость идеального холостого хода (М = 0), которая зависит от ия. При непрерывном токе якоря напряжение ия зависит лишь от угла управления а и определяется уравнениями (3.2) и (3.3) для полу - и полностью ^управляемого преобразователей соответственно. Зависимости ия от а при непрерывном токе изображены кривыми «а рис. 3.3. Эти же кривые представляют зависимость скорости холостого хода от угла управления. Второе слагаемое в правой части (3.4) соответствует изменению скорости с увеличением мо­мента. Чем меньше сопротивление ящрной цепи, тем это измене­ние меньше, т. е. выше жесткость характеристик, и больше диапа­зон регулирования скорости. В двигателях большой мощности ток реального холостого хода имеет заметное значение и при исполь­зовании трехфазных преобразователей может быть непрерывным. Поэтому данные преобразователи обеспечивают больший диапазон регулирования и лучшие энергетические показатели, чем однофаз­ные.

Пример 3.1. Скорость двигателя постоянного тока независимого возбужде­ния мощностью 93 кВт с номинальным напряжением 600 В и скоростью иде­ального холостого хода 188 рад/с регулируется с помощью трехфазного пол­ностью управляемого преобразователя. Преобразователь питается от трехфаз­ной сети 480 В, 60 Гц. Номинальный ток якоря 165 А. Остальные параметры двигателя имеют следующие значения: Яя=0,0874 Ом, 1я = 6,5 мГн, й„Ф= =3,15 В-с. Преобразователь и питаю - — щая сеть идеальны.

1. Найти скорость реального холос­того хода при углах управления а=0 и 30°, положив ток холостого хода не - - з&д/я прерывным и равным 10 % номиналы

Ного Рис. 3.3. Зависимость среднего вы-

2. Найти угол управления, который необходимо обеспечить для получения

Скорости 188 рад/с при номинальном токе якоря. Рассчитать коэффициент мощности для этого случая.

3. Найти относительный перепад скорости для характеристики при угле управления, найдённом в п. 2. Решение.

1. Реальный холостой ход. Фазное напряжение сети

(7 = 480//Г = 277 В.

Напряжения якоря в соответствии с (3.3)

UB = 3 Ч/б"-277 cQs а = 648 cos а> П

«Для угла управления а=0

Ия = 648 В; Ея = UЯ — /я/?я = 648 — 16,5-0,0874 =±= 647 В» а скорость реального холостого хода составляет

Со0 = Ея кяФ = 647/3,15 = 205 рад/с.

Для а=30Р

U„ = 648 cos 30° = 561 В; £я = 561 — 16,5-0,0874 = 560 В, И скорость холостого хода равна:

Ш0 = 560/3,15 = 177 рад/с.

2. Ра-бота с полной нагрузкой.

Противо-ЭДС двигателя при 188 рад/с составляет

Ея = 6яФсо = 3,15 -188 = 592 В. Напряжение якоря при номинальном токе

U„ = 592]+ 165-0,0874 = 606 В. Угол а может быть найден из уравнения

648 cos а = 606.

При этом а составляет

А = arccos (606/648) = 20,1°.

При полной нагрузке пульсациями тока якоря можно пренебречь. Поэтому форму фазного тока сети I'A можно считать в соответствии с рис. 3.2 близкой к прямоугольной с амплитудой 165 А и шириной импульсов 120°. Среднеквад­ратичное его значение равно:

Г 1 2я У/2 гтг

1л = 1Г 1652 ~т~) =Ут 165 = 135 А-

Таким образом, полная мощность, подводимая из сети, составляет P = WIA = 3-277-135 = 112000 В-А.

Пренебрегая потерями в преобразователе, можио считать мощность, под­водимую к двигателю, равной полной мощности, потребляемой из сети. Тогда Ря = ия1я = 606-165 = 100 ООО Вт.

Таким образом, коэффициент мощности

Кр = Ра/Ра = РЯ1Р = 100 000/112000 = 0,9,

Или в соответствии с формулой (3.45), которая будет приведена далее,

Кр = 0,9549 cos 20,1° = 0,9.

■3. Регулирование скорости.

При полной нагрузке ток, двигателя составляет 165 А, а скорость — 188 рад/с. При уменьшении нагрузки и неизменном угле управления ток умень­шается до 16,5 А. Поэтому

£я= 606— 16,5-0,0874 = 605 В и скорость холостого хода

C0 = 605/3,15 = 192 рад/с.

Таким образом, относительный перепад скорости данной характеристики составляет

192 — 188

100% =2,18%.

188