Система генератор-двигун (г-д) - студопедія

Спочатку для живлення двигунів використовувався електромашинний керований перетворювач (система «генератор-двигун») (рис. 4.13) [1; 2; 14].

Мал. 4.13. Схема системи «генератор-двигун».

У пунктир укладений електромашинні перетворювач, що включає в себе гону асинхронний двигун і генератор постійного струму. Такий перетворювач дозволяє в широкому діапазоні змінювати напругу на двигуні, змінюючи струм збудження генератора (ОВГ). Очевидно, що в даному випадку напруга на виході перетворювача визначається ЕРС генератора. Дана система дозволяє забезпечити всі можливі режими роботи двигуна. Механічні характеристики двигуна (рис. 4.14) розташовуються у всіх 4 квадрантах. Основний режим роботи двигуна в такій системі - це робота з постійним магнітним потоком, тобто. Ми можемо записати рівняння електромеханічної та механічної характеристик двигуна, вважаючи, що:

де - магнітний потік двигуна;

Rя - опір якоря двигуна;

Rг - опір якоря генератора.

Мал. 4.14. Механічні характеристики двигуна в системі Г-Д

Як бачимо, механічні характеристики представляють паралельні прямі, нахил яких трохи більше, ніж у природної характеристики двигуна (жорсткість менше) при Ф = const. Ми спостерігаємо їх у всіх чотирьох квадрантах, тобто двигун може працювати у всіх можливих режимах. Реверс двигуна здійснюється за рахунок зміни полярності струму в обмотці збудження генератора (ОВГ).

Дана система дозволяє здійснити двозонное регулювання:

1 зона - за рахунок зміни напруги (ЕРС генератора);

2 зона - за рахунок зміни магнітного потоку двигуна при

номінальній напрузі (характеристики показані пунктиром

Перевагою даної системи є плавність регулювання, широкий діапазон регулювання, можливість отримання лінійних безперервних характеристик у всьому діапазоні регулювання та доступ до всіх можливих режимів роботи двигуна.

До недоліків даної системи можна віднести: потрійну встановлену потужність машин, низький ККД, велику інерційність.

4.7.2. Система «тиристорний перетворювач - двигун (ТП-Д)»

Основним типом перетворювачів, які використовуються в даний час для управління ДПТ, є тиристорний перетворювач, тобто статичний напівпровідниковий перетворювач. Ці перетворювачі представляють керовані реверсивні або нереверсивні, однофазні або трифазні випрямлячі, зібрані по бруківці або нульовий схемою [2; 5; 14]. Певні перспективи розвитку тиристорних перетворювачів пов'язані з використанням в них транзисторів, які в даний час застосовуються в основному для імпульсного регулювання напруги.

Розглянемо характеристики приводу на прикладі використання в ньому найпростішого нереверсивного статичного перетворювача.

Мал. 4.16.Схема нереверсивного тиристорного перетворювача

Мал. 4.16. Механічні характеристики двигуна в схемі «нереверсивний перетворювач - двигун»

Перетворювач включає в себе в загальному випадку узгоджувальний трансформатор Т, два тиристора VS1 і VS2, згладжує дросель L і систему імпульсно-фазового управління (СІФУ). Перетворювач забезпечує регулювання напруги на Д за рахунок зміни середнього значення ЕРС перетворювача. Це досягається регулюванням за допомогою СІФУ кута управління тиристорами (кут є кут затримки відкриття тиристорів відносно моменту, коли напруга на анодах стає позитивним). Залежність середнього значення ЕРС від кута для багатофазного перетворювача:

де - число фаз перетворювача;

- амплітудне значення ЕРС перетворювача;

- ЕРС перетворювача при.

У зв'язку з пульсуючим характером ЕРС на виході перетворювача струм в ланцюзі Д також пульсує. Такий характер струму надає шкідливий вплив на роботу Д: погіршуються умови комутації, виникають додаткові втрати на нагрів. Для зменшення пульсацій струму в ланцюг якоря Д включають згладжує дросель. Габарити перетворювача і його вага визначаються розмірами дроселя і трансформатора. Рівняння електромеханічної та механічної характеристик мають вигляд:

- еквівалентний опір перетворювача;

- число фаз перетворювача;

і - приведені до вторинної обмотки трансформатора індуктивний опір розсіювання і активний опір обмотки трансформатора;

- активний опір обмотки дроселя L.

Особливістю характеристик Д під час роботи від керованого випрямляча є наявність зони переривчастих струмів, в межах якої характеристики нелінійні. Жорсткість характеристик в цій зоні різко змінюється. Внаслідок односторонньої провідності перетворювача характеристики розташовуються в першому і четвертому квадраті. Меншим кутах відповідає велика ЕРС і велика частота обертання. При ЕРС перетворювача дорівнює нулю і ми маємо режим динамічного гальмування.

Для отримання характеристик Д у всіх чотирьох квадрантах використовуються реверсивні керовані випрямлячі, які зазвичай складають з двох нереверсивними. Роботу в усіх чотирьох квадрантах можна також забезпечити і при використанні нереверсивними перетворювачів, за рахунок зміни напрямку струму в обмотці збудження Д. В реверсивних перетворювачах використовують два основних принципи управління: спільне і роздільне.

Мал. 4.17, а. Система ТП-Д з реверсивним керованим випрямлячем

Мал. 4.17, б. Механічні характеристики двигуна в системі ТП-Д з реверсивним керованим випрямлячем

При спільному управлінні в роботі беруть участь всі вентилі (тиристори). При цьому від СІФУ імпульси управління, що подаються на катодний комплект (VS1, VS3, VS5), і імпульси, що подаються на анодний комплект (VS2, VS4, VS6), зрушені на кут, близький до. Один комплект працює в випрямному режимі і проводить струм, а інший в інверторному режимі і струм не проводить. При цьому між середніми значеннями ЕРС випрямляча і інвертора встановлюється співвідношення:

але за рахунок різниці миттєвих значень ЕРС між комплектами вентилів протікають струми, звані зрівняльними. Для їх обмеження в схемі передбачені реактори і. Вид механічних характеристик Д залежить від способу узгодження кутів управління двома комплектами вентилів. При лінійному узгодженні сума кутів випрямляча і інвертора підтримується рівною (тобто). При цьому механічні характеристики лінійні у всіх чотирьох квадрантах і практично відповідають характеристикам в системі Г-Д.

У ряді випадків для зменшення зрівняльних струмів використовують нелінійне узгодження, при якому сума кутів управління і дещо відрізняється від. В цьому випадку зрівняльні струми зменшуються, але при переході Д з рухового в генераторний режим має місце помітне збільшення швидкості, тобто характеристики двигуна стають нелінійними, тому цей спосіб узгодження застосовується рідко.

Роздільне управління використовується для повного виключення зрівняльних струмів. Сутність його полягає в тому, що імпульси управління подаються тільки на один комплект вентилів, який в даний момент часу проводить струм. На другий комплект імпульси не подаються, і він закритий. Управління перетворювачем в цьому випадку здійснюється за допомогою спеціального логічного пристрою. Цей пристрій здійснює контроль за струмом перетворювача, забезпечує в функції вхідного сигналу включення і виключення комплектів вентилів з невеликою паузою в 5-10 мс. В результаті при переході з одного режиму роботи в іншій поблизу осі швидкості спостерігається режим переривчастих струмів, що призводить до нелінійності характеристик.

На сьогоднішній день система ТП-Д набула найбільшого поширення через наступних переваг:

1. Плавність і значний діапазон регулювання швидкості.

2. Висока жорсткість механічних характеристик.

3. Високий ККД електроприводу (ККД перетворювача визначають ККД трансформатора 0,93-0,98 і ККД випрямляча 0,9-0,92).

4. Мала інерційність, високу швидкодію.

5. Безшумність в роботі, простота в обслуговуванні і експлуатації.

Але поряд з цим існують і такі недоліки:

1. Одностороння провідність перетворювача.

2. Для отримання характеристик у всіх чотирьох квадрантах необхідність використання двухкомплектной реверсивного перетворювача.

3. Напруга на якорі двигуна має пульсуючий характер, що погіршує його роботу.

4. Необхідність згладжування пульсацій призводить до застосування складних багатофазних систем випрямлення і досить дорогих і важких дроселів.

5. Робота керованого випрямляча характеризується режимом переривчастих струмів, що призводить до нелінійності характеристик.

6. З ростом діапазону регулювання швидкості знижується коефіцієнт потужності (cos # 966; ≈ cos # 945 ;; cos # 966; = cos (# 945; + # 947; / 2), де # 947; - кут комутації).

7. Вентильний перетворювач вносить спотворення в форму струму і напруги джерела живлення.

8. Тиристорні перетворювачі мають невисоку перешкодозахищеність і малу перевантажувальну здатність.