ЭП с вентильным двигателем и тиристорным коммутатором

Преобразование постоянного тока источника в переменный ток в фазах ВД (инвертирование тока) осуществляется с помо­щью инверторов (преобразователей мощности).

Для ЭП-ВД большой мощности в качестве ключевых элементов применяются тиристоры, для отключения которых используются схемы либо с искусственной, либо с естественной (называемой также машин-ной) коммутацией. При естественной коммутации используется ЭДС вращения, наводимой в обмотках статора, для создания паузы прохож-дения тока, в течение которой тиристор запирается.

Схема трехфазного тиристорного мостового инвертора с машинной коммутацией рис.11.9,а. Электромагнитные процессы в ВД носят цикли-ческий характер; период каждого цикла определяется угловым расстоя-нием между двумя соседними чувствительными элементами или проме-жутками времени между двумя следующими друг за другом коммута-циями фаз.

При числе фаз, равном трем, этот угловой период равен π/3. Для анализа квазиустановившегося режима достаточно рассмотреть процессы внутри только одного какого-либо периода, выделив два участка, комму-тационный и внекоммутационный. На коммутационном участке фаза А выходит из работы, для чего тиристор VS1 должен выключиться, фаза В включается в работу за счет отпирания тиристора VS3. Длительность коммутационного процесса определяется углом коммутации. Для обес-печения коммутации с фазы А на фазу В, тиристор VS3 необходимо включить левее точки пересечения фазных ЭДС е _а и е _b, т.е. в момент времени, когда е _а > е _b; угловой сдвиг влево относительно точки пересе-чения фазных ЭДС коммутируемых фаз называется текущим углом опе-режения. В контуре коммутации, состоящем из фаз А, В и тиристоров VS1 и VS3, проходит коммутационный ток I_КОМ и VS1 запирается. Процесс коммутации заканчивается при i _a =0, после чего необходимо создание паузы t₀ для восстановления запирающих свойств тиристора (t₀ = 10...15мкс). Машинная коммутация значительно упрощает схему пре-образователя, но проблемы возникают при пуске ВД, когда ЭДС в обмотках отсутствуют. Для обеспечения пуска применяют асинхронный пуск, временный перевод инвертора в режимискусственной коммутации и др., что в целом усложняет схему ЭП.

Рис.11.9. Схема тиристорного инвертора с машинной коммутацией (а) и схема узла искусственной коммутации (б)

Для обеспечения искусственной коммутации в схему инвертора (рис.11.9,а) подключается узел искусственной коммутации (рис.11.9,б), состоящий из коммутирующих конденсаторов С1, СЗ и С5 и тиристоров VS7 и VS8. В межкоммутационные интервалы конденсаторы заряжают-ся так, что их фазные зажимы приобретают потенциалы соответствую-щих фазных обмоток. Например, при работающей фазе А открыт основной тиристор VS1 и открывается коммутирующий тиристор VS8. Конденсатор С1 заряжается по цепи Uj – VS1 – С1 – VS8 – Uj, приобре-тая «+» на правой обкладке. Для гашения VS1 тиристор VS7 отпирается и положительный заряд С1 прикладывается к катоду VS1. По об­разующейся цепи С1⁺ – VS1 – VS7 – Cl~ кратковременно проходит ток через тиристор VS1 в обратном направлении, и VS1 выключается.

При синусоидальных u, i и пренебрежении активным сопротивлени-ем обмотки статора получим уравнение скорости ротора

, (11.9)

где L _X – индуктивность фазы статора; I – ток двигателя; β – угол опере-жения коммутации.

Из уравнения (11.9) следуют три способа регулирования скорости в рассматриваемом ЭП с ВД: 1) изменением напряжения; 2) изменением потока возбуждения для ВД с электромагнитным возбуждением (сущес-твуют также схемы, позволяющие регулировать скорость изменением потока для ВД с постоянными магнитами, они основаны на векторном управлении ВД; 3) изменением угла опережения β при коммутации тиристоров инвертора.

Влияние угла опережения сказывается на линейности механических характеристик, КПД и коэффициенте использования ВД по мощности

откуда

.

Таким образом, при регулировании скорости вверх от номинальной за счет ослабления потока (при U_C = const) необходимо увеличивать угол β пропорционально увеличению скорости и нагрузки. Приведенные соотношения являются приближенными и носят качественный характер.

Дата добавления: 2014-11-29