Технические реализации. Применения

Управляемый преобразователь УП в электроприводах, регулируемых изменением напряжения, может быть выполнен на основе либо регулируемого электромашинного агрегата, либо управляемого выпрямителя.

В первом случае электропривод носит название “система генератор-двигатель” (Г-Д) - рис. 3.25. Это традиционное техническое решение, обычно применявшееся при значительных мощностях (сотни кВт и выше). ЭДС генератора Г, вращаемого с практически неизменной скоростью w_г приводным асинхронным или синхронным двигателем ПД, служит источником питания якорной цепи двигателя Д. Поскольку

E_г = k_гФ_гw_г,

то ее можно изменять, воздействуя на напряжение цепи возбуждения U_вг = U_вх.

Рис. 3.25. Система генератор – двигатель

К очевидным и важным достоинствам такой реализации УП относятся двусторонняя проводимость генератора, т.е. естественная возможность работы во всех четырех квадрантах, отсутствие искажений питающей сети, высокий коэффициент мощности.

Недостатки - две дополнительные вращающиеся машины, необходимость обслуживать генератор, инерционность цепи управления.

Система Г-Д до настоящего времени находит применение в металлургии, мощных экскаваторах и т.п.

Во втором случае, ставшем в последние десятилетия основным, УП представляет собой статическое устройство - управляемый выпрямитель (рис. 3.26), собранный на тиристорах, включаемых схемой управления СУ с задержкой на угол a против момента естественного включения, благодаря чему

Е_a = Е_a0 cosa,

где Е_a0 - среднее значение ЭДС неуправляемого выпрямителя ( ).

Рис. 3.26. Система управляемый выпрямитель (тиристорный

преобразователь) – двигатель

В электроприводе используются все типы управляемых выпрямителей - однофазные, трехфразные, многофазные; мостовые и нулевые; нереверсивные и реверсивные.

Преимущества УП, выполненных таким образом, - отсутствие вращающихся машин, не требуют обслуживания, имеют высокое быстродействие. Недостатки - низкий коэффициент мощности

,

искажение напряжения питающей сети, трудно компенсируемое при значительных мощностях, необходимость в двух комплектах вентилей для работы в четырех квадрантах, необходимость в сглаживающих и уравнительных реакторах, утяжеляющих конструкцию.

Система тиристорный преобразователь-двигатель (система ТП-Д) является штатным техническим решением практически везде, где используется электропривод постоянного тока и лишь в последние годы активно вытесняется частотно-регулируемым асинхронным электроприводом.

Источник тока (I = const) в системе “источник тока - двигатель” также может быть организован на основе управляемого выпрямителя с сильной отрицательной обратной связью по току, и такое решение будет обладать всеми перечисленными выше недостатками.

Интересны параметрические источники тока, выполненные на основе резонансных LC - цепей. Рассмотрим кратко принцип действия таких источников тока - индуктивно-емкостных преобразователей (ИЕП) на примере схемы, показанной на рис. 3.27,а. Схема состоит из трех одинаковых реакторов переменного тока с реактивным сопротивлением х_L и трех одинаковых батарей конденсаторов с реактивным сопротивлением х_С. Точки А, В, С подключены к симметричной трехфазной сети переменного тока с напряжением U_1л; к точкам a, b, c подключена нагрузка - три одинаковые резистора, соединенные в звезду, причем величина их сопротивления может изменяться от нуля до R_2макс. В электроприводе нагрузкой является якорь двигателя, включенный через неуправляемый выпрямитель (рис. 3.27,б); тогда

а) б)

Рис. 3.27. . Схема индуктивно-емкостного преобразователя, нагруженного резисторами (а) и подключение двигателя (б)

Принцип действия ИЕП основан на явлении резонанса напряжений в цепи L-C. Пусть U_1л = const, f = const, х_L = х_С = х_р.э, активные сопротивления реакторов и конденсаторов пренебрежимо малы. Так как схема симметрична, рассмотрение проведем для одной фазы; токи и напряжения в других фазах будут иметь соответственно одинаковые амплитуды, но будут сдвинуты по фазе на .

Для схемы на рис. 3.27,а справедливы следующие уравнения, записанные в комплексных величинах:

Решая эти уравнения, с учетом равенства реактивных сопротивлений получим:

, (3.25)

то есть ток I₂ не зависит от величины R₂, а определяется лишь величинами U_1л и х_р.э - схема по отношению к нагрузке обладает свойствами источника тока.

Характеристики источника тока на рис. 3.27,а показаны на рис. 3.28 в относительных единицах; за базовые приняты I₂ и U_1ф.

Рис. 3.28. Характеристики индуктивно-емкостного преобразователя

Рассмотренное устройство отличается простотой, высокой надежностью, высокими технико-экономическими показателями, мало искажает при работе на неуправляемый выпрямитель напряжение сети, не нуждается в трансформаторе для согласования напряжений сети и нагрузки.

Электроприводы по системе “источник тока - двигатель”, практически не известные за рубежом, успешно применяются в отечественной практике в установках, транспортирующих гибкую ленту, полосу, нить, жилу кабеля с поддержанием натяжения при любой скорости (кабельная, текстильная промышленность, металлургия), в специальных лебедках с дозированным усилием, в нагрузочных устройствах испытательных стендов для создания заданных условий нагружения испытуемых двигателей, муфт, трансмиссий и т.п.

*

* *

Мы весьма подробно рассмотрели электроприводы постоянного тока, несмотря на то, что они в последние годы заметно сдали свои позиции. Если до недавнего времени практически все регулируемые электроприводы выполнялись как электроприводы постоянного тока, то, по мнению европейских экспертов, в 2000 году они составят лишь 15% всех регулируемых электроприводов: их место во многих применениях занимает частотно-регулируемый асинхронный электропривод.

Вместе с тем, изучение электропривода постоянного тока позволяет лучше понять некоторые общие вопросы: энергетические режимы, регулирование координат, ограничения, накладываемые на координаты и т.п. К тому же в современных регулируемых электроприводах переменного тока с векторным управлением стараются приблизить свойства к свойствам электропривода постоянного тока - и в этой части его изучение полезно.

* Буквой U здесь обозначена ЭДС источника