Регулирование скорости двигателей постоянного тока в тиристорных электроприводах

В общем случае тиристорный электропривод постоянного тока состоит из следую

щих основных элементов ( рис. 226 ):

.

Рис. 226. Структурная схема тиристорного электропривода постоянного тока

1. силовой трансформатор Тр;

2. вентильный преобразователь Вп;

3. сглаживающий фильтр СФ;

4. электродвигатель М;

5. система управления СУ.

Силовой трансформатор Тр служит для согласования номинального напряжения двигателя с выходным напряжением преобразователя.

Поясним это на примере.

Пусть обмотка якоря двигателя постоянного тока номинальным напряжением U =

= U = 220 В питается с выхода однополупериодной трехфазной схемы ( рис.227, а ).

В этом случае действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформа

тора

U = 0,855 U = 0,855*220 = 188,1 ≈ 190 В.

Таким образом, для этой схемы нужен трансформатор напряжением 380 / 190 В.

Поскольку напряжение U = 190 В не является стандартным ( ближайшее значение стандартного напряжения равно 220 В ), для схем выпрямления производят специальныетрансформаторы ( в данном примере напряжением 380 / 190 В ).

Кроме того, первичная и вторичная обмотки трансформатора имеют большую ин-

дуктивность. Это позволяет при помощи трансформатора уменьшить скорость нарастания прямого тока тринисторов и повысить их срок службы, а также ограничить токи коротко-

го замыкания ( например, в обмотке якоря двигателя ).

При отсутствии необходимости согласования силовой трансформатор заменяют реактором.

Вентильный преобразователь выпрямляет напряжение и регулирует его в нуж-

ных пределах.

Для питания цепей якоря двигателя применяют однополупериодные схемы с нуле

вым выводом ( рис. 227, а ) или двухполупериодные мостовые схемы ( рис. 227, б ).

Рис. 227. Схемы включения якоря двигателей постоянного тока на вентильный преобразователь: с нулевым выводом ( а ); мостовая ( б )

В таких схемах обмотки возбуждения двигателей обычно получают питание от об-

щей сети переменного тока через маломощные однофазные выпрямители.

Сглаживающий фильтр ( дроссель Др на рис.227) предназначен для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. При этом улучшаются условия коммутации и уменьшается нагрев обмотки якоря двигателя.

В общем случае среднее значение выпрямленной ЭДС

Е = E cosα,

где E - максимальное значение выпрямленной ЭДС ( при α = 0º );

α – угол отпирания тринисторов.

В свою очередь максимальное значение выпрямленной ЭДС

E = E ( m / π ) sin ( π / m ),

где E - действующее значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора ( для схем с нулевым выводом, рис. 226, а, берется фазное значение E , для мостовых схем ,

рис. 227, б – линейная ЭДС E );

m – число фаз преобразователя, равное числу пульсаций выпрямленного напряже-

ния.

Пример.

Рассчитать трансформатор для мостовой схемы выпрямления, питающей двигатель постоянного тока напряжением 220 В ( рис. 227, б ). Найти значение ЭДС Eпри углах α = 0º, 90º и 180º. Напряжение питающей сети U = 380 В.

Решение

1. для мостовой схемы m = 6 ( из курса предмета «Преобразовательная техника» );

2. по условию ЭДС E = U = E ( m / π ) sin ( π / m ), откуда

E = U / [ ( m / π ) sin ( π / m )] = 220 / [ ( 6 / 3,14 ) sin ( 180º / 6 )] =

= 162,9 ≈ 163 В

3. напряжение трансформатора U / U = 380 / 163 В

4. значение ЭДС E при углах α = 0º, 90º и 180º соответственно:

E = E cosα = 163 cos0º = 163*1 = 163 В;

Е = E cosα = 163 cos 90º = 163*0 = 0;

Е = E cosα = 163 cos180º = 163*( -1 ) = - 163 В.

Механические характеристики двигателя при разных значениях угла отпирания тринисторов α приведены на рис. 228.

Рис. 228. Электромеханические характеристики двигателя при разных значениях угла α

На рис. 228 штриховой линией показана граница между режимами непрерывного

( справа от пунктирной линии ) и прерывистого ( слева от этой линии ) токов якоря двига-

теля.

Электромеханические характеристики имеют такие особенности:

1. при уменьшении угла отпирания тринисторов от α = π / 2 = 90º до α = 0º ( все

характеристики выше второй снизу ) скорость двигателя увеличивается, двигатель работа-

ет в двигательном режиме;

2. при увеличении угла α свыше 90º ( нижняя характеристика ) ток якоря меняет

направление, двигатель переходит в режим рекуперативного торможения с возвратом энер

гии в сеть ( например, при спуске тяжелого груза ).

При этом выпрямитель переходит работать в инверторный режим.