Реверсивные тиристорные электроприводы: принципы работы, согласование режимов и современные решения

Реверсивные тиристорные электроприводы с совместным управлением вентильными группами обеспечивают плавное регулирование скорости и момента электродвигателей. Их работа основана на согласовании углов управления выпрямительной и инверторной групп, что минимизирует уравнительные токи и обеспечивает стабильность характеристик.

Ключевые методы согласования
1. Линейное (симметричное) согласование
Углы управления удовлетворяют условию:
- α₁ + α₂ = 180° или α₁ = β₂ (формула 3-38).

Преимущества:
- Безлюфтовое сопряжение характеристик двигательного и тормозного режимов.
- Минимальное изменение скорости при переходе между режимами (Δω ≈ 2ΔUв / Cе).

Недостатки:
- Требуются массивные уравнительные дроссели (до 70% массы трансформатора).
- Ограничение минимального угла управления (α ≥ β_min) для предотвращения сбоев коммутации.

2. Нелинейное (несимметричное) согласование
Условие: α₁ + α₂ > 180°.

Особенности:
- Уменьшение уравнительных токов за счет снижения индуктивности дросселей.
- Наличие зоны нечувствительности (люфта) в управлении, устраняемой в замкнутых системах с обратной связью.

Анализ уравнительных токов. Источники возникновения:
- Разность мгновенных ЭДС выпрямительной и инверторной групп.
- Пульсации напряжения в контуре (частота — 6f_сети для 3-фазных схем).

Расчет индуктивности дросселей:
Формула: Lур = (E₂max × k_эф) / (ω_с × Iур_эф) − 2Lф, где k_эф — коэффициент, зависящий от схемы выпрямления (рис. 50).

Современные решения:
- Использование двухобмоточных дросселей (рис. 54) для снижения массы и взаимной компенсации магнитных потоков.

Динамика переходных процессов. Броски тока:
- Возникают при резком изменении нагрузки или смене режима.
- Ограничиваются ПИ-регуляторами в двухканальных системах (рис. 52-53).

Цифровое управление:
- Микроконтроллеры (например, TI C2000) с алгоритмами прогнозирования тока.
- Внедрение SiC-тиристоров для снижения потерь и повышения быстродействия.

Обновленные стандарты и технологии
1. ГОСТ Р 58095-2018: Требования к изоляции и испытаниям дросселей.

2. Цифровые СИФУ:
- Автоматическая коррекция углов управления с учетом температуры и старения компонентов.
- Интеграция с SCADA-системами для мониторинга в реальном времени.

3. Применение в промышленности:
- Металлургия: реверсивные прокатные станы с точностью позиционирования до ±0.1 мм.
- Электромобили: рекуперативное торможение с КПД до 95%.

Заключение. Реверсивные тиристорные электроприводы с совместным управлением остаются востребованными в задачах точного регулирования. Современные тенденции включают:
- Замену аналоговых систем на цифровые платформы с адаптивными алгоритмами.
- Использование широкозонных полупроводников (SiC, GaN) для повышения эффективности.
- Сокращение массы оборудования за счет оптимизированных магнитных систем.

Устранение традиционных недостатков (люфт, громоздкие дроссели) открывает новые возможности для внедрения в робототехнику и системы «умного» производства.