Электромагнитные процессы в силовой цепи

Электромагнитные процессы рассмотрим на примере системы электропривода «однофазный несимметричный выпрямитель с симистором – двигатель постоянного тока». Схема силовой цепи изображена на рис. 26, а временные диаграммы тока и напряжения – на рис. 27

Рис. 2.26 Схема силовой цепи однофазного

полууправляемого выпрямителя

Рис. 2.27 Временные диаграммы напряжения, ЭДС и тока

В момент подачи открывающего импульса, соответствующий углу α, открываются симистор VS1 и диоды VD1, VD4. Процессы в якорной цепи при питании от полууправляемого ПВ протекают так же, как и при питании от полностью управляемого ПВ, за исключением следующего. При ω₁t > πU₁ меняет полярность. Прямое падение напряжения на диодах VD1…VD4, создаваемое за счет действия ЭДС самоиндукции e_L, поддерживает диоды VD1,VD4 в открытом состоянии и переводит VD2,VD3 в открытое состояние. При этом симистор VS1 закрывается. Цепь якоря двигателя в интервале π < ω₁t ≤ π + α шунтирована параллельно включенными парами диодов VD2, VD4, VD1 и VD3, поэтому ЭДС e = 0. Продолжающий проходить по якорной цепи ток i_я создает электромагнитный момент двигателя. В такой схеме режим инвертирования невозможен. В момент подачи открывающего импульса, соответствующего углу π + α, открывается симистор VS и ток к двигателю начинает проходить через симистор VS1 и диоды VD2, VD3. При этом к диодам VD1, VD4 через открытые диоды VD2, VD3 прикладывается напряжение обратной полярности и закрывает их.

На основании рис. 27 запишем:

или

(32)

Выражение (2.11) представляет собой характеристику управления вентильного полууправляемого выпрямителя. Угол α_мин.гр можно определить аналогично, как и для управляемого выпрямителя (п. 2.5.2). Из кривой ЭДС e видно, что E = 0 при α = 180°. Однако по условию безаварийной работы полууправляемого выпрямителя α_нач = α_макс = 160°.

2.6.2. Электромеханические и механические характеристики системы электропривода «ПУВ-ДПТ»

Подставив уравнение E = E₀(1+cosα)/2 и уравнение связи (13) и (14) для средних значений в уравнение (26) получим уравнения электромеханической характеристики:

,

и механической

для режима непрерывного тока.

Для режима прерывистого тока уравнение электромеханической характеристики

,

и механической

,

где

Граница гранично-непрерывного тока определяется по формуле

,

где φ – фазовый угол, определяемый параметрами силовой цепи системы электропривода «ПУВ-ДПТ»,

.

Гранично-непрерывный ток I_я.гр определяется по формуле

,

где .

Для упрощения процесса построения электромеханических и механических характеристик в зоне прерывистого тока можно воспользоваться методикой аналогичной для системы электропривода «УВ-ДПТ».

Система электропривода «ПУВ-ДПТ» может работать (Рис. 28) в режимах: двигательном в зоне ограниченной осями ω, I_я и характеристикой при α = α_мин.гр, режиме противовключения (зона наклонной штриховки), режиме динамического торможения при α =π / 2.

Рис. 2.28 Режимы работы системы электропривода «ПУВ-ДПТ»

2.7 Реверсирование двигателя в системе электропривода «нереверсивный выпрямитель – двигатель постоянного тока» («НВ-ДПТ»)

Реверсивным называется электропривод позволяющий изменить направление вращения двигателя. Направление вращения определяется знаком электромагнитного момента. Для двигателя постоянного тока момент определяется выражением: M = kФI_я. Из него очевидно, что изменить направление момента возможно либо изменив направление тока якоря I_я, либо изменив направление тока возбуждения и следовательно магнитного потока Ф.

НВ является однонаправленным устройством, в котором ток проходит только в одном направлении, поэтому в системах ЭП с НВ, реверсирование тока, а следовательно момента и скорости можно выполнить установив в цепь якоря или в цепь ОВ специальное устройство, называемое реверсором. Реверсор предназначен для изменения направления вращения за счет изменения полярности подключения якорной цепи или цепи возбуждения (Рис. 29). Для обеспечения вращения двигателя вперед замыкаются контакты КВ и размыкаются контакты КН. Для обеспечения вращения назад, замкнуты контакты КН и разомкнуты КВ. При реверсе по цепи якоря управление осуществляется в силовой цепи (со значительным током), а при реверсе по цепи возбуждения управление осуществляется по цепи возбуждения (с малым током). Следовательно, реверсор для цепи возбуждения имеет меньшую массу, габариты и стоимость. Однако цепь возбуждения из-за значительной индуктивности имеет значительно большую инерционность (постоянную времени ). Реверсирование двигателя с помощью реверсора используется для реверсирования механизмов с редкими изменениями направления вращения, так как такой способ не может обеспечить высокое быстродействие.

Рис. 2.29 Схема датчика проводимости вентилей

2.8 Системы реверсивного электропривода «реверсивный выпрямитель - двигатель постоянного тока» («РВ-ДПТ»)

2.8.1 Схемы силовых цепей системы «РВ-ДПТ»

Максимальное быстродействие реверсивного электропривода достигается при использовании реверсивного выпрямителя, обеспечивающего возможность прохождения тока в якоре в обоих направлениях при одном и том же направлении вращения двигателя.

Реверсивный выпрямитель образуется соединением по соответствующей схеме двух нереверсивных, называемых комплектами тиристоров. Комплекты в большинстве применений включаются по перекрестным или встречно-параллельным схемам, питаются от общей сети (или трансформатора) и имеют общие элементы системы управления тиристорами (СУТ).

В перекрестных схемах для питания обязательно используется трансформатор, причем каждый из комплектов тиристоров получает питание от изолированных друг от друга групп вторичных обмоток трансформатора (Рис. 30).

Во встречно-параллельных схемах оба комплекта тиристоров могут получать питание от одной группы вторичных обмоток трансформатора, либо от сети через коммутационные реакторы (Рис. 31).

Рис. 2. 31 Встречно-параллельные схемы реверсивного электропривода

с трехфазными тиристорными преобразователями

Для управления комплектами тиристоров применяют два принципа: совместное и раздельное управление.