Elektrichesky_privod_Kosmatov_V_I_2012

Рис. 6.2. Механические характеристики в системе Г-Д

Режим рекуперативного торможения осуществляется при условии Ед > Ег или 0 < . Характерной особенностью рассматривае-

мой системы является возможность рекуперации энергии при относительно низкой угловой скорости двигателя, что, например, позволяет осуществить тормозной спуск грузов при пониженной скорости с рекуперацией энергии в сеть в приводах подъѐмных механизмов (точка в четвѐртом квадранте рис. 6.2).

Основными недостатками системы Г-Д являются:

120

1.Двухкратное преобразование энергии – электрическая энергия переменного тока преобразуется в механическую, а механическая – вновь

вэлектрическую энергию постоянного тока регулируемого напряжения, что обуславливает относительно высокие потери и низкий КПД (0,85- 0,9).

2.Установленная мощность электрических машин определяется выражением

Рн г д (3,5 4,0)Рн.д ,

что определяет высокие капитальные и эксплуатационные затраты на такую систему.

3. Преобразователь вращающийся со всеми вытекающими последствиями (шум, вибрации, дорогие фундаменты).

Появление во второй половине 20-го столетия и дальнейшее развитие силовой полупроводниковой техники позволило создать статические преобразователи (выпрямители) практически на любую мощность, напряжение и токи.

6.2.Статические преобразователи электрической энергии

вэлектроприводах постоянного тока

Статические преобразователи электрической энергии переменного тока в энергию постоянного тока (выпрямители) нашли широкое применение в промышленных электроприводах различных отраслей промышленности.

Основу статических преобразователей составляют полупроводниковые приборы (диоды, тиристоры, силовые транзисторы), соединѐнные по определѐнной схеме выпрямления. Выпрямители могут быть однофазными и многофазными.

6.2.1. Блок схема тиристорного электропривода.

Схемы выпрямления

Тиристорный электропривод постоянного тока (система ТП-Д) на основе полупроводниковых вентилей (тиристоров) можно представить в виде следующих основных элементов (рис. 6.3): собственно тиристорный

121

преобразователь (ТП), системы управления преобразователем (СУ), двигатель постоянного независимого возбуждения (М), обмотка возбуждения которого (LМ) питается от возбудителя (В). В комплектном тиристорном электроприводе в качестве возбудителя, как правило, применѐн тиристорный преобразователь.

Выбор силовой схемы тиристорных преобразователей определяется его мощностью и назначением. В тиристорных электроприводах мощностью 50-3000 кВт преобразователь выполняется по 3-х фазной мостовой (шестипульсной) схеме выпрямления (рис. 6.4). Эта схема обладает значительными достоинствами по сравнению с однофазными схемами выпрямления, и в частности с трѐхфазной схемой.

Это прежде всего лучшее использование тиристоров и трансформатора, т.к. схема является симметричной. Частота пульсаций выпрям-

ленного напряжения составляет f п =2m fc =300 Гц, где m – число фаз выпрямления, fc - частота напряжения сети. Это вполне допустимо для

таких потребителей, как электродвигатели указанной мощности или обмотки возбуждения электрических цепей. Высшие гармоники в токе питающей цепи соответствуют шестипульсной схеме выпрямления (гармоники 1,5,7,11 и т.д. порядка).

Рис. 6.3. Блок – схема тиристорного электропривода постоянного тока

122

Рис. 6.4. Нереверсивный тиристорный электропривод на базе 3-х фазной мостовой схемы выпрямления

В диапазоне мощностей 3-12,5 мВт наиболее целесообразно применять сложные схемы выпрямления, так называемые эквивалентные12фазные схемы, каждая из которых содержит два трехфазных мостовых преобразователя, включенных параллельно или последовательно к нагрузке и питающихся от трансформаторов с группами соединений, обеспечивающими сдвиг вторичных линейных напряжений на 30˚ (рис. 6.5). Эти схемы, имеющие некоторое снижение КПД, увеличение габаритных размеров и стоимости трансформаторного оборудования, усложнение управления по сравнению с шестипульсной мостовой схемой, дают значительное улучшение энергетических показателей: гармонического состава тока сети ( гармоники 1,11,13 и т.д.) и частоты пульсаций выпрямленного напряжения (600 Гц). Уравнительные реакторы УР в схеме рис.6.5,б служат для выравнивания мгновенных значений ЭДС выпрямительных мостов 1,2 и обеспечения 12-ти фазного эквивалентного режима.

Реверс тока в тиристорных электроприводах может быть осуществлѐн двумя способами: применением быстродействующих реверсивных контакторов (реверсоров) или двух комплектов выпрямительных групп, включенных по определѐнной схеме. Применение схем с контакторным реверсом допустимо при редких реверсах тока и невысоких требованиях к быстродействию, точности и мощности до 20кВт.

123

Рис. 6.5. Двенадцатипульсные схемы выпрямления с последовательным (а) и параллельным (б) соединением выпрямительных мостов

Двухкомплектные реверсивные преобразователи являются основой для построения реверсивного тиристорного электропривода с высоким быстродействием и точностью. Существуют два основных способа включения выпрямительных комплектов: встречно – параллельная схема (рис. 6.6) и перекрѐстная схема (рис 6.7). Наибольшее применение в реверсивных тиристорных ЭП нашла встречно-параллельная схема.

124

Рис. 6.6. Встречно-параллельная схема реверсивного преобразователя

В зависимости от способа управления выпрямительными группами реверсивного тиристорного преобразователя различают: реверсивные преобразователи с совместным управлением и реверсивные преобразователи с раздельным управлением. В настоящее время в основном применяется раздельное управление группами, при котором импульсы управления подаются только на ту группу, которая проводит ток, на другую группу импульсы блокируются.

125

Рис. 6.7. Перекрѐстная схема реверсивного преобразователя

6.2.2. Основные характеристики тиристорного преобразователя и системы ТП-Д

Основными характеристиками ТП являются регулировочная ха-

126

Выпрямленная ЭДС преобразователя является функцией угла регулирования , который отсчитывается от точки естественного включения вентилей ( см. рис. 6.8).

Рис. 6.8. Зависимость e2 f ( 0t) , ed f ( 0t) для трѐхфазной нулевой схемы выпрямления

В режиме непрерывного тока выпрямленная ЭДС (среднее значение) может быть определена по уравнению

включения тиристора в работу;

127

m – число фаз выпрямления;

Для трѐхфазной нулевой схемы выпрямления ксх 1,17 ; для мостовой ксх 2,34 , так как трѐхфазная мостовая схема является двухполупериодной. Для трѐхфазной мостовой схемы выпрямления при определении Ed 0 удобнее использовать линейное (т.е. межфазное) напря-

жение трансформатора (сети) E2 л . Тогда для этой схемы выражение для определения ЭДС имеет вид

Кроме того, для шестипульсной мостовой и эквивалентной двенадцатипульсной схем выпрямления с параллельным соединением мостов можно воспользоваться формулой

а для эквивалентной двенадцатипульсной схемы с последовательным соединением мостов

где E2m - амплитуда линейного напряжения вторичной ЭДС каждого

моста.

Изменение угла управления , т.е. регулирование выпрмленной ЭДС Ed , осуществляется с помощью системы импульсно – фазового

управления СИФУ, являющейся основной частью СУ тиристорного преобразователя. Принципиальная схема СИФУ представлена на рис.

6.9.

128

Рис. 6.9. Принципиальная схема СИФУ

СИФУ преобразует непрерывный входной сигнал управления U у в фазовый сдвиг управляющего импульса , формируемого гене-

ратором импульсов ГИ и отсчитываемый от момента естественного отпирания тиристоров. СИФУ современных тиристорных преобразователей являются полупроводниковыми с вертикальным принципом управ-

ления, который заключается в сравнении опорного напряжения U оп генератора переменного напряжения ГОН, определенным образом сфазированного с силовым напряжением, с напряжением U у , поступаю-

щим из системы автоматического управления (САУ) электроприводом. Формирование управляющего импульса в ГИ производится в момент изменения знака разности указанных напряжений. При изменении

управляющего напряжения U у импульсы сдвигаются относительно

опорного напряжения и, следовательно, относительно напряжения силовой схемы.

Вид фазовой характеристики СИФУ f (U у ) полностью оп-

ределяется формой опорного напряжения. На рис. 6.10 для фазы "а" показано пилообразное опорное напряжение с линейно-нарастающим

рабочим участком a- б. Значение начального угла нач устанавливает-

ся напряжением смещения U см на входе СИФУ. При увеличении

129