Реверс вентильного электропривода постоянного тока.

3.6.1.Способы реверса вентильных электроприводов.

Односторонняя проводимость вентилей затрудняет реверс электропривода. В противоположность системе Г- Д, где непрерывным и плавным уменьшением возбуждения генератора можно сначала затормозить привод, переводя его в режим рекуперативного торможения, а затем, изменив полярность напряжения генератора разогнать двигатель в противоположном направлении, в вентильном приводе такой реверс выполнить сложнее. Проследим, как изменяется направление потока энергии в системе Г- Д.

В исходном состоянии, когда осуществляется движение электропривода “вперед”, генератор постоянного тока является источником энергии (ЭДС и ток совпадают по направлению), а двигатель- приемником (ЭДС и ток направлены встречно). При плавном уменьшении возбуждения генератора его ЭДС снижается, становится меньше встречной ЭДС двигателя и ток якоря при этом изменяет свое направление на противоположное. Сейчас уже бывший двигатель стал источником энергии, а бывший генератор- приемником. Это энергия вращения маховых масс электропривода и механизма, претерпев ряд превращений из механической- в электрическую и обратно в виде электрической энергии переменного тока отдается в питающую сеть.

Ключевой момент в этой цепи превращений энергии- изменение направления тока якоря. В системе Г- Д это происходит без затруднений. В системе ТП-Д это сопряжено с трудностями. Поэтому при необходимости осуществлять реверсирование схемы вентильного электропривода приходится усложнять. Схемы реверсивного вентильного электропривода можно разбить на две основные группы:

1. Схемы с одним комплектом вентилей и переключениями в цепи якоря или возбуждения;

2. Схемы бесконтактного реверса. Бесконтактный реверс может быть получен за счет использования двухкомплектных вентильных преобразователей, выполненных на вентилях с односторонней проводимостью (тиристорах).

Первая группа схем реверсивного вентильного электропривода, имея одно достоинство- относительную дешевизну, т.к. здесь используется простой и дешевый однокомплектный вентильный преобразователь, тем не менее, не нашла такого широкого распространения, как вторая группа схем. Это обусловлено целым рядом существенных недостатков реверсивного электропривода с одним комплектом вентилей. Рассматривать подробно эти недостатки не имеет смысла, т.к. мы сосредоточим свое внимание на схемах бесконтактного реверса. Тем не менее можно отметить главные недостатки первой группы:

1. Невысокое быстродействие;

2. Броски тока при переключениях;

3. При знакопеременной нагрузке трудности с регулированием скоростей привода из-за необходимости частого переключения из двигательного в тормозной режимы, и наоборот;

4. Износ реверсивных контакторов при большой частоте включений и отсутствие надежных контакторов на токи более (500 ¸ 600)А. Реверсоры на большие мощности получаются громоздкими, тяжелыми, дорогими и недостаточно надежными.

В соответствии с отмеченными достоинствами и недостатками схемы с переключениями в цепи возбуждения и в цепи якоря применяются для электроприводов небольшой и средней мощности со сравнительно небольшой частотой включений (до нескольких сот в час).

3.6.2.Бесконтактные реверсивные схемы с двухкомплектными ТП.

В тех случаях, когда требуются предельно быстрые реверсы и большая частота последних и нужны плавные и быстрые переходы с высших скоростей на низшие, применяются не схемы с переключениями, а бесконтактные схемы с двумя группами вентилей в цепи якоря, каждая из которых предназначена для питания двигателя в одном направлении (реверсивные тиристорные преобразователи- РТП).

РТП обеспечивают более плавный переход из двигательного режима в тормозной. Поэтому они применяются также и для нереверсивных электроприводов, если нагрузка имеет знакопеременный характер, а производственный механизм требует точного поддержания скорости.

Схемы реверсивных вентильных электроприводов с двумя комплектами вентилей делятся на два основных класса:

1. перекрестные схемы (или восьмерочные);

2. встречно- параллельные (противопараллельные).

В перекрестных схемах силовой трансформатор (Тр) имеет две изолированные группы вторичных обмоток, каждая из которых питает свою группу вентилей: ТПВ и ТПН.

Для нулевых схем выпрямления (рис 42) группы вентилей ТПВ и ТПН соединены в виде “восьмерки”, а нагрузка включена между нулевыми точками вторичных обмоток трансформатора или, что то же самое, между катодами групп вентилей (на схеме- между внешними зажимами уравнительных дросселей 1ДУ и 2ДУ, которые в других схемах могут отсутствовать).

В преобразователях с мостовыми схемами выпрямления (рис 43) нагрузка включается между общей точкой соединения уравнительных дросселей 1ДУ и 2ДУ и общей точкой соединения анодов группы ТПВ и катодов группы ТПН.

Встречно-параллельные или противо-параллельные схемы (рис 44, 45) - имеют одну группу вторичных обмоток питающего трансформатора.

При нулевых схемах выпрямления к каждой фазе трансформатора подключено по два встречно работающих вентиля, так что катод одного соединен с анодом другого. На стороне нагрузки для одного направления тока вместе соединены все катоды, а для другого направления тока- все аноды. Анодные (ТПН) и катодные (ТПВ) группы вентилей соединены между собой через два уравнительных дросселя. Нагрузка (т.е. якорь двигателя) подключена между нулевой точкой вторичной обмотки трансформатора и общей точкой уравнительных дросселей. При мостовых схемах выпрямления (рис...) якорь двигателя подключается между общими точками соединения уравнительных дросселей 1ДУ- 4ДУ и 2ДУ- 3ДУ.

Сравнивая перекрестные и встречно- параллельные схемы, можно отметить достоинства и недостатки каждого из этих классов.

Недостатком перекрестных схем является необходимость иметь более дорогой и хуже используемый трансформатор с двумя комплектами вторичных обмоток.

Достоинство- меньшее число уравнительных дросселей в трехфазной мостовой схеме (наиболее распространенной в вентильном электроприводе) и меньшая их индуктивность.

Во встречно- параллельных схемах размер и стоимость трансформатора меньше, т.к. требуется только одна вторичная обмотка. Более того, при применении противопараллельных схем можно вовсе обойтись без трансформатора, если уровень напряжения сети переменного тока соответствует потребной величине выпрямленного напряжения. Правда, в этом случае возможно превышение критического значения нарастания анодного тока в вентилях. Поэтому приходится устанавливать в двух фазах воздушные реакторы. Для их изготовления требуется большое количество меди, что, в какой-то степени, снижает преимущество этих схем.

Недостатком встречно- параллельных схем являются большие значения переменной ЭДС в контуре уравнительного тока, из-за чего приходится увеличивать индуктивность уравнительных дросселей, и следовательно, габариты, массу и стоимость последних.

В схемах с двумя комплектами вентилей при одном направлении вращения в выпрямительном режиме работает одна группа вентилей, а при противоположном- другая. При этом, в то время как одна группа вентилей работает в выпрямительном режиме, другая подготовлена к режиму инвертирования.

Процесс реверса может проходить двумя разными способами:

1. без запирания неработающей группы;

2. с запиранием неработающей группы.

3.6.3. Требования к системам управления и способы согласования работы вентильных групп в реверсивном ТП.

Из самого принципа действия схем с двумя комплектами вентилей следует, что работа вентильных групп должна быть взаимно скоординирована. При этом к СИФУ ТП предъявляются следующие дополнительные требования:

· минимальное время реверса тока, а значит, и момента двигателя;

· отсутствие или возможно меньшее значение уравнительного тока;

· безлюфтовое сопряжение механических характеристик двигателя (выпрямительного) и тормозного (инверторного) режимов работы двигателя и преобразователя.

3.6.3.1.Безлюфтовое сопряжение механических характеристик.

Безлюфтовое сопряжение означает такое сопряжение характеристик, когда при непрерывном изменении момента нагрузки и при смене знака этого момента двигатель плавно, без скачка скорости, переходит в режим рекуперативного торможения, т.е. электромеханическая характеристика тормозного режима является продолжением характеристики двигательного режима.

В системах управления электроприводами поворот оператором командного органа задания уровня скорости:

* обычно преобразуется в изменение задающего напряжения U_з. Тогда в случае безлюфтового сопряжения характеристик, в соответствии с рис 46, при небольшом повороте командного органа на снижение скорости электропривод сразу же переходит в режим рекуперативного торможения (из точки “а” переходит в точку “b” и за счет торможения снижает скорость до точки “с”).

В результате при любом повороте командного органа скорость сразу же начинает изменяться в нужном направлении. Это облегчает работу оператора, т.к. управление получается однозначным.

Безлюфтовое сопряжение характеристик облегчает также точное поддержание скорости независимо от знака момента и позволяет получить хорошие динамические показатели электропривода при переходе от двигательного режима к тормозному.

Как было уже сказано, существует два принципиально отличных способа согласования работы реверсивных групп вентилей, т.е. два принципа их управления:

1. Совместное управление;

2. Раздельное управление.

При совместном управлении включающие импульсы подаются на управляющие электроды вентилей обеих групп.

При раздельном управлении включающие импульсы подаются на управляющие электроды вентилей только той группы, через которую в данном режиме должен протекать ток двигателя. Вторая, неработающая группа при этом должна быть надежно заперта (заблокирована) и не пропускать никакого тока.