Система управления асинхронным тиристорным электроприводом

1. Постановка задачи.

Системы «Тиристорный преобразователь напряжения — асинхронный двигатель» («ТПН-АД») широко используются при построении устройств плавного пуска АД. Существующие устройства плавного пуска, как правило, обеспечивают формирование заданной диаграммы напряжения, ограничение тока или электромагнитного момента [1] двигателя.

При выполнении научно-исследовательской работы, проводимой на кафедре «Электропривод и автоматизация промышленных установок» УГТУ-УПИ, возникла необходимость анализа свойств системы ТПН-АД, имеющей в своём составе контур электромагнитного момента.

В работе рассматриваются вопросы построения системы автоматического регулирования (САР) электромагнитного момента асинхронного двигателя без датчика на его валу, питаемого от ТПН.

2. Описание решения.

Для реализации САР электромагнитного момента двигателя на базе системы ТПН-АД требуется наличие сигнала обратной связи по моменту. Установка датчика момента на валу двигателя, как правило, невозможна из-за повышенной сложности его конструкции. Поэтому возникает задача косвенной оценки момента АД на основе измерения электрических переменных двигателя (напряжение, ток).

Оценка мгновенного значения электромагнитного момента АД может быть получена при использовании следующего выражения:

где т — мгновенное значение электромагнитного момента двигателя; k = 1/ ω_s — масштабный коэффициент, определяемый как величина, обратная угловой частоте напряжения на статоре ω_s; P_s— активная мощность, потребляемая двигателем, которая может быть определена по выражению

где u_sa, u_sb, u_sc, i_sa, i_sb, i_sc— мгновенные значения напряжений и токов фаз А, В и С статора соответственно; ∆P_S — мощность потерь в меди статора, вычисляемая по формуле

где R_s— активное сопротивление фазы обмотки статора.

Структура САР электромагнитного момента приведена на рис. 1. На рис. 1 изображены следующие элементы: РМ — регулятор момента интегрального типа; ФБ — функциональный блок, необходимый по условиям линеаризации и выполняющий операцию извлечения квадратного корня; СИФУ -система импульсно-фазового управления; ВМ — вычислитель момента.

Рис 1. Структура САР электромагнитного момента АД

Описанная система выполнена в виде стенда [2], структура которого показана на рис. 2. Стенд состоит из короткозамкнутого асинхронного двигателя, тиристорного преобразователя напряжения, датчиков мгновенных значений тока i_s(ДТ) и напряжения u_s (ДН) и персонального компьютера (ПК), оснащенного платой сбора данных Nl PCI-6221 с системой LabVIEW.

Рис. 2. Структура исследовательского стенда

При практической реализации САР момента нет необходимости в выдаче управляющего преобразователем сигнала на выбранном такте работы АЦП (т.е. каждые 0,0001 с) поэтому вместо выражений (2) и (3) использованы следующие алгоритмы:

расчёт которых проводится на периоде сети, равном 0,02 с. Стенд позволяет реализовать практически любые типы САР системы ТПН-АД путём модификации его программного обеспечения.

Особенностью ПО стенда является то, что часть программы, отвечающая за обработку сигналов, выполнена в виде функций динамически подключаемой библиотеки (DLL), созданной в системе программирования Delphi. В функциях библиотеки реализованы следующие задачи: определение электромагнитного момента двигателя по выражениям (1), (4) и (5), расчет регулятора момента и функционального блока.

Средствами LabVIEW выполнен опрос датчиков, выдача управляющих воздействий, отображение временных диаграмм всех сигналов (от датчиков и вычисленных программой) и формирование заданного значения момента двигателя. Код программы системы управления электроприводом показан на рис. 3.

Рис. 3. Программа системы управления, реализованная в LabVIEW

Информация от датчиков тока и напряжения передается в узел вызова основной функции библиотеки в виде указателей на массивы, содержащие значения соответствующих сигналов, при этом рабочая частота АЦП и размер буферов выбраны таким образом, что массивы содержат значения сигналов на одном периоде сети (0,02 с). На рис. 4. показано диалоговое окно параметрирования узла вызова основной функции библиотеки, производящей все расчёты и формирующей сигнал управления преобразователем.

Рис. 4. Параметры узла вызова основной функции библиотеки

Функции библиотеки рассчитываются на частоте 50 Гц, сигналы датчиков тока и напряжения оцифровываются на частоте 10 кГц.

Диаграммы пуска электропривода с контуром электромагнитного момента представлены на рис. 5, 6.

Рис. 5. Пуск привода с контуром момента на холостом ходу: 1 — скорость, 2 — электромагнитный момент АД

Рис. 6. Пуск привода с контуром момента при моменте сопротивления на валу М_с = 0,4 Мм: 1 — скорость, 2 — электромагнитный момент АД

Из приведённых диаграмм видно, что темп запуска привода сильно зависит от момента сопротивления на валу двигателя, а поддержание электромагнитного момента двигателя на заданном уровне обеспечивает плавный и безударный пуск двигателя, не гарантируя при этом постоянства темпа его разгона.

Список литературы:

1. Chouffier J., Cornilleau H., Duclos P. Control method for a start-up control unit and an apparatus to make use of this method // United States patent № 5859514, 01.12.1999.

2. Зюзев А. М., Нестеров К.Е. Стенд для исследования системы управления асинхронным тиристорным электроприводом на основе программно-аппаратных средств Natonal Instruments // Материалы пятой международной НПК «Образовательные, научные и инженерные технологийй в среде LabVIEW и технологии National Instruments». Москва: РУДН, 2006. С. 395-399.

Тиристорное управление асинхронным двигателем короткозамкнутым ротором — Студопедия

Поделись  

В схеме разомкнутого управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором в качестве силовых элементов, включенных в статорную цепь двигателя, используются тиристоры в сочетании с релейно-контактными аппаратами в цепи управления. Тиристоры, выполняя роль силовых коммутаторов, легко позволяют осуществить необходимый темп изменения напряжения на статоре двигателя путем регулирования угла включения тиристоров. При непрерывном изменении угла включения тиристоров в процессе пуска осуществляется так, чтобы приложенное напряжение к статору изменялось от нуля до номинального значения, и можно было ограничить токи и моменты двигателя.

Эффективное динамическое торможение имеет место в схемах с демпфирующими контурами. Добавление одного шунтирующего тиристора замыкающего цепь тока между двумя фазами, приводит к увеличению постоянной составляющей тока для создания достаточного тормозного момента в области высокой угловой скорости.

Типовая схема комплектного устройства (рис. 14.10) состоит в силовой части из группы включенных встречно — параллельно тиристоров VД1, VД2 в фазе L1, тиристоров VД3, VД4 в фазе L3 и одного короткозамыкающего тиристора VД7 между фазами L1 и L2, для управления двигателем М. Схема включает блок управления БУ и релейно — контактный узел управления.

При нажатии кнопки SB2 включаются реле KL1 и KL2, на управляющие электроды тиристоров VД1…VД4 подаются импульсы, сдвинутые на 60° относительно питающего напряжения. К статору двигателя прикладывается пониженное напряжение, в связи с чем снижается пусковой ток и уменьшается пусковой момент. Двигатель начинает разгонятся. Размыкающий контакт реле КL1 отключает реле KV с выдержкой времени, определяемой резистором R7 и конденсатором С4. Размыкающими контактами реле KV шунтируются соответствующие резисторы в блоке управления тиристорами БУ, и к статору прикладывается полное напряжение.

Рис. 14.10. Схема тиристорного управления пуском и торможением асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

При нажатии кнопки SB1 теряет питание релейная схема управления, тиристоры VД1…VД4 отключаются, и напряжение со статора двигателя снимается. Включается за счет, запасенной конденсатором С5 энергии, на время торможения реле КV, которое своими контактами включает тиристоры VД2 и VД7. Через фазы L1 и L2 обмотки статора двигателя протекает ток однополупериодного выпрямления, обеспечивающий эффективное динамическое торможение. Это ток регулируется резисторами R1 и R3.

В схеме предусмотрен шаговый режим, выполняемый нажатием кнопки SB3. При этом включаются реле КVШ1 и тиристоры VД2, VД7. В этом случае по фазам L1 и L2 обмотки статора двигателя протекает ток однополупериодного выпрямления. При отпускании кнопки SB3 выключаются реле КVШ1 и тиристоры VД2 и VД7, включаются на короткое время за счет энергии, запасенной в конденсаторе С6, реле КVШ2 и тиристор VД3, и ротор двигателя совершает шаг (поворачивается на некоторый угол вследствие поворота примерно на тот же угол результирующего вектора потока статора). Размер шага не строго фиксирован и зависит от напряжения сети, момента инерции привода и от среднего значения выпрямленного тока. Переход на шаговый режим работы двигателя возможен после динамического торможения и остановки, так как реле КVШ1 первоначально можно включить только после замыкания размыкающих контактов КL1 и KV.

Техника безопасности при монтаже и эксплуатации средств механизации и промышленных роботов



Тиристорное управление трехфазными асинхронными двигателями

РЕКЛАМА:

В этой статье мы обсудим: 1. Тиристорное управление регуляторами переменного тока. 2. Регулирование переменного напряжения и частоты. 3. Регулирование переменного тока и переменной частоты. 4. Тиристорное управление циклопреобразователями. Контроль сопротивления 7. Схема восстановления мощности скольжения.

Тиристорное управление регуляторов переменного тока

:

Регулятор переменного тока преобразует постоянное переменное напряжение в переменное переменное напряжение той же частоты. Несомненно, уровень переменного напряжения можно изменить с помощью автотрансформатора, РПН, реактора насыщения и т. д. Эти устройства используются уже давно и используются до сих пор. Но регуляторы переменного тока, использующие тиристоры и симисторы, становятся все более популярными из-за их высокого КПД, быстрого управления и компактных размеров. Однако регуляторы переменного тока, использующие тиристоры и симисторы, вносят нежелательные гармоники в цепи. Регуляторы переменного тока классифицируются как однофазные и трехфазные. Каждый из них может быть полуволновым (т. е. однонаправленным) или полноволновым (т. е. двунаправленным).

Поскольку на вход регулятора переменного тока подается переменный ток, он всегда коммутируется от сети. Поэтому принудительная коммутация не требуется. Таким образом, схемы регуляторов переменного тока довольно просты. В регуляторах переменного тока используются два типа управления. Они известны как интегральное управление циклом и фазовое управление.

РЕКЛАМА:

В интегральном цикле управления, также известном как двухпозиционное управление, тиристоры используются в качестве переключателей для подключения двигателя к источнику питания на определенное количество циклов напряжения источника, а затем для его отключения на другое определенное количество циклов . Каждое время включения и выключения состоит из целого числа циклов. Тиристоры включаются импульсами затвора при пересечении нулевого напряжения входного напряжения.

При фазовом управлении тиристоры используются в качестве переключателей для подключения двигателя к источнику питания на определенную часть каждого цикла напряжения питания. Большинство регуляторов переменного тока используют управление фазой. Конфигурации силовых цепей для управления интегральным циклом и управления фазой ничем не отличаются.

Плавное изменение трехфазного переменного напряжения может быть реализовано за счет различных конфигураций силовой цепи.

Трехфазные регуляторы могут быть полуволновыми или двухполупериодными. Схема трехфазного полуволнового регулятора для двигателей, соединенных треугольником или звездой, у которых нейтральная точка недоступна, показана на рис. 3.34. В этой схеме используются три тиристора и три диода. Хотя полуволновой регулятор переменного тока, показанный на рис. 3.34, снижает стоимость полупроводниковых приборов и не приводит к возникновению постоянных составляющих ни в одной части системы, но он вносит больше гармоник в линейный ток, чем двухполупериодный регулятор. . Двухполупериодная схема на практике не используется.

На рис. 3.35 показан трехфазный двухполупериодный регулятор. В нем используется 6 тиристоров, по 2 на каждую фазу. Входной трансформатор может использоваться или не использоваться. Что касается нагрева обмоток двигателя, двигатель, соединенный звездой, питаемый от двухполупериодного регулятора переменного тока, предпочтительнее, чем двигатель, соединенный треугольником, питаемый от двухполупериодного регулятора переменного тока. Это так, потому что любая третья гармоника напряжения, генерируемая противо-ЭДС двигателя, может вызвать блуждающие токи в случае двигателя, соединенного треугольником.

Для цепей нагрузки, соединенных треугольником, в которых доступен каждый конец каждой фазы, используется схема, показанная на рис. 3.36. Такое расположение имеет то преимущество, что уменьшает ток устройства, поскольку теперь оно должно проводить 1/√3 тока, если бы они были соединены в линию обмотки треугольником. Как только волна фазного тока известна, волна линейного тока может быть построена с помощью суперпозиции.

Для цепей нагрузки, соединенных звездой, в которых нейтральная точка доступна и может быть разомкнута, может использоваться схема, показанная на рис. 3.37. При таком расположении необходимое количество тиристоров уменьшается до трех, а схема управления значительно упрощается. Потребляемая мощность двигателя может быть на 100 % больше, чем при управлении синусоидальным напряжением, особенно на пониженных скоростях.

Регулятор напряжения и частоты :

РЕКЛАМА:

Если изменяется только частота, а напряжение статора поддерживается постоянным, магнитный поток статора не будет соответствовать номинальному значению. Работа с потоком ниже или выше номинального значения нежелательна. Для работы с постоянным потоком необходимо, чтобы ЭДС индукции увеличивалась или уменьшалась линейно с приложенной частотой. При более высоких напряжениях и при работе на высокой частоте потери на статоре очень малы, и, таким образом, работа с постоянным потоком достигается за счет поддержания постоянного отношения V/f.

Регулируемое напряжение и частота статора могут быть получены из систем, показанных на рис. 3.38 или на рис. 3.41, известных как прямоугольный инвертор и инвертор с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) соответственно.

Схема питания прямоугольного инвертора показана на рис. 3.38. Трехфазный источник переменного тока преобразуется в постоянный с помощью управляемого выпрямителя. Выход выпрямителя подается на схему фильтра для удаления гармоник. Выход постоянного тока от фильтра подается на управляемый инвертор, который обеспечивает выход переменного напряжения и переменной частоты. Это питание подается на статор трехфазного асинхронного двигателя, скорость которого необходимо регулировать.

РЕКЛАМА:

На рис. 3.39 показаны осциллограммы фазного напряжения V _AN , V _BN , V _CN и осциллограммы линейного напряжения V _AB , V _BC и V _CA . Каждая форма сигнала линейного напряжения смещена по фазе во времени на 120 электрических градусов относительно друг друга и представляет собой квазипрямоугольную волну шириной 120°. Примечательно, что тиристоры инвертора принудительно коммутируются, поскольку асинхронный двигатель является нагрузкой с отстающим коэффициентом мощности. Диоды обратной связи помогают циркулировать реактивной мощности нагрузки с фильтрующим конденсатором и поддерживают волны выходного напряжения фиксированными на уровне напряжения звена постоянного тока.

Требуемое соотношение напряжения и частоты асинхронного двигателя показано на рис. 3.40. Когда частота меньше нормальной частоты, напряжение уменьшается в той же пропорции, чтобы поддерживать постоянное значение V/f. На очень низких частотах, когда падение реактивного сопротивления становится меньше по сравнению с падением сопротивления статора (ω L < R), для компенсации этого эффекта требуется приложение дополнительного напряжения. Это означает более высокое отношение V/f. Когда частота превышает нормальную частоту, крутящий момент уменьшается с уменьшением потока в воздушном зазоре, и теперь двигатель работает в области постоянной мощности, как показано на рис. 3.40. Это эквивалентно режиму ослабления поля при управлении скоростью двигателя постоянного тока.

При работе на пониженном напряжении снижается напряжение преобразователя и, следовательно, уменьшается коммутационная способность конденсатора. Таким образом, инвертор обычно снабжен вспомогательным источником постоянного напряжения постоянного тока для целей коммутации.

РЕКЛАМА:

Упомянутый выше инвертор не может возвращать мощность обратно в линии питания переменного тока, если для формирования реверсивной системы не добавлен другой выпрямитель с фазовым управлением. Этот метод управления скоростью используется в 3-фазных асинхронных двигателях малых и средних размеров, где передаточное число обычно ограничено до 10:1.0003

Примечательно, что электрическая машина спроектирована в соответствии с точкой, близкой к точке насыщения на кривой намагничивания (или кривой B-H). Это сделано с точки зрения полной загрузки ядра. Если уменьшить частоту статора, поддерживая постоянное напряжение статора, двигатель будет работать в области насыщения и, следовательно, двигатель будет потреблять большой ток намагничивания, что приведет к увеличению потерь в сердечнике и статоре и, следовательно, к снижению эффективности двигателя. Однако, если увеличить только частоту питания, поддерживая постоянное напряжение статора, двигатель будет работать с низкой магнитной индукцией и, таким образом, мощность двигателя будет использоваться недостаточно.

Схема управления широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) переменного напряжения с переменной частотой для асинхронного двигателя показана на рис. 3.41. Это новейший метод, который заменяет описанную выше схему инвертора прямоугольных импульсов.

Инверторы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ)

используют прерывание или импульсный метод для управления выходным переменным напряжением статического инвертора. Напряжение в звене постоянного тока не регулируется диодным выпрямителем. Прямоугольное или ступенчатое выходное напряжение быстро включается и выключается несколько раз в течение каждого полупериода, так что формируется ряд импульсов одинаковой амплитуды. Каждый импульс имеет амплитуду входного напряжения инвертора В _DC . Величина основного выходного напряжения регулируется изменением общего времени включения в течение полупериода. Коммутируя одну сторону моста несколько раз в течение полупериода, можно получить выходное напряжение формы волны, показанной на рис. 3.42 (а).

Простые ШИМ-инверторы могут быть легко созданы для создания формы сигнала всего с двумя импульсами за полупериод в пределах шестиступенчатой ​​огибающей, как показано на рис. 3.42 (b). В таком сигнале присутствуют значительные пятая и седьмая гармоники, которые вызывают заметное ухудшение низкоскоростных характеристик двигателя переменного тока. Для устранения гармоник низкого порядка используются более совершенные методы ШИМ, в которых высокочастотные импульсы возникают на протяжении всего полупериода.

В сложных системах ШИМ ширина импульса изменяется в течение полупериода синусоидальным образом, как показано на рис. 3.43. На самом деле импульсы должны располагаться через равные интервалы, а ширина импульса в определенном положении должна быть пропорциональна площади под синусоидой в этом положении. В сигнале ШИМ самая низкая частота гармоники приходится на частоту повторения импульсов, и, если она намного выше основной частоты, адекватная фильтрация обеспечивается индуктивностью машины.

Такие сигналы обычно создаются с помощью схемы управления, в которой высокочастотный треугольный сигнал смешивается с синусоидальным сигналом желаемой частоты. Управление напряжением достигается за счет изменения ширины всех импульсов без изменения синусоидального соотношения.

На рис. 3.44 показан метод синусоидальной ШИМ, в котором равнобедренная треугольная волна сравнивается с сигналом синусоидальной волны, а точки коммутации определяются точками пересечения. Если индекс модуляции оказывается меньше единицы, на выходе появляются только гармоники несущей частоты с боковыми полосами, связанными с основной частотой.

Такая форма волны генерирует меньше гармонического нагрева и пульсации крутящего момента по сравнению с прямоугольной волной. Когда индекс модуляции превышает единицу, максимальное напряжение получается в прямоугольном режиме. Таким образом, режим ШИМ применим в области постоянного крутящего момента, в то время как в области постоянной мощности работа аналогична работе в режиме прямоугольной волны.

Транзисторное ШИМ-управление, показанное на рис. 3.45, используется для управления двигателями малых и средних размеров. Безусловно, силовые транзисторы стоят намного дороже, чем тиристоры той же мощности, но экономия за счет исключения схемы коммутации и соответствующих коммутационных потерь, схема оказывается более экономичной и эффективной. Кроме того, транзисторы работают быстрее, ШИМ возможен на более высокой частоте. Это дополнительно снижает потери машины.

Регулятор частоты переменного тока :

Схема управления переменной частотой тока для асинхронного двигателя показана на рис. 3.46. Переменное постоянное напряжение, обеспечиваемое выпрямителем с фазовым управлением, преобразуется в источник тока путем последовательного подключения большой катушки индуктивности. Большая индуктивность поддерживает постоянный ток. Напряжение, доступное на клеммах статора трехфазного асинхронного двигателя, почти синусоидальное с наложенными пиками напряжения из-за коммутации. Используемый преобразователь представляет собой коммутируемую линию, в то время как инвертор коммутируется принудительно, поскольку асинхронный двигатель работает с отстающим коэффициентом мощности. Преобразователь с фазовым управлением можно заменить диодным выпрямителем, за которым следует прерыватель постоянного тока.

Схема имеет следующие преимущества:

(i) Поскольку входной ток постоянен, пропуски зажигания устройств и короткие замыкания не представляют проблемы.

(ii) Меньшее количество компонентов в цепи инвертора и меньшие коммутационные потери.

(iii) Прочная и надежная силовая цепь.

(iv) Более простая и надежная схема управления. Это связано с тем, что нужно управлять только 6 тиристорами.

(v) Пиковый ток устройств ограничен.

(vi) Он может работать с реактивными или рекуперативными нагрузками без обратных диодов.

Недостатки:

(i) Несколько вялая реакция привода.

(ii) Несколько громоздкий и дорогой инвертор. Это связано с большими размерами индуктивности и коммутационных конденсаторов.

(iii) Низкочастотный диапазон инвертора.

(iv) Он не может работать без нагрузки. Это связано с тем, что для удовлетворительной коммутации инвертора необходим некоторый минимальный ток нагрузки.

Тиристорное управление циклопреобразователями

:

Циклоконвертер преобразует переменный ток одной частоты в переменный ток другой частоты. Циклопреобразователи можно классифицировать как однофазные в однофазные, трехфазные в однофазные и трехфазные в трехфазные устройства. Их также можно разделить на повышающие и понижающие циклопреобразователи. Повышающий циклоконвертер обеспечивает выходную частоту, частота которой выше, чем входная, в то время как понижающий циклоконвертер обеспечивает выходную частоту ниже, чем входная.

Понижающий циклоконвертер использует линейную или естественную коммутацию. Циклопреобразователи изначально разрабатывались для систем электрической тяги, работающих на частотах 25 Гц и 16 2/3 Гц. На ранних этапах использования циклопреобразователи использовали ртутно-дуговые выпрямители. С развитием тиристоров увеличилось применение циклопреобразователей.

Принципиальная схема силовой цепи трехфазного циклопреобразователя показана на рис. 3.47.

Независимое управление выходной частотой и напряжением достигается изменением только одного параметра, а именно изменением точек включения управляемых выпрямителей. Частота выходного напряжения регулируется скоростью, с которой точки срабатывания изменяются относительно точки покоя, а выходное напряжение регулируется максимальным отклонением точек срабатывания от точки покоя. Циклопреобразователь со связанной с ним схемой зажигания выдает выходное напряжение, которое является копией опорного напряжения.

Работа циклоконвертера характеризуется рядом особенностей. Как правило, они используются в качестве понижающих преобразователей частоты. Не существует фиксированного минимального отношения входной частоты к выходной; однако выходная частота обычно ограничивается одной третью или половиной входной или сетевой частоты. Ниже этих соотношений эффективность как циклопреобразователей, так и двигателей, поставляемых ими, начинает значительно падать.

Реверсивность — еще одна особенность приводных систем циклоконвертера. Привод двигателя переменного тока с питанием от циклопреобразователя будет реагировать на изменение полярности входных сигналов путем изменения направления вращения двигателя без использования контакторов для изменения последовательности фаз.

Еще одной важной характеристикой является способность циклопреобразователя управлять потоком мощности в любом направлении. Это, вместе с упомянутой выше функцией реверсивности, обеспечивает привод асинхронного двигателя, способный работать в любом из четырех квадрантов кривой скорости двигателя.

Хотя циклоконвертер имеет много привлекательных с теоретической точки зрения характеристик, у него есть несколько ограничений, из-за которых он не стал популярным. Ему нужно больше силовых полупроводников, чем инвертору. Например, для трехфазного циклопреобразователя требуется 18 тиристоров, тогда как для комбинации выпрямитель-инвертор (рис. 3.38) требуется только 12 тиристоров.

Циклопреобразователи

могут производить только субчастотный выход. Загрязнение линии гармониками и низким коэффициентом мощности также может быть проблемой для циклопреобразователей высокой номинальной мощности. Однако недавние достижения в области устройств быстрого переключения привели к созданию устройств, известных как преобразователи частоты с принудительной коммутацией (FCDFC), которые работают с высокой эффективностью и имеют низкое содержание гармоник.

Приводы циклопреобразователей

обычно используются для двигателей больших размеров, поскольку стоимость и сложность силовых цепей и цепей управления не позволяют использовать их для обычных приложений. Циклопреобразователи использовались в дизельных электровозах, где высокочастотный генератор переменного тока, соединенный с валом двигателя, обеспечивает мощность на входе. Они также использовались в безредукторных приводах цементных мельниц или шаровых мельниц.

Пуск при пониженном напряжении (плавный пуск) :

Пусковой линейный ток при полном напряжении асинхронного двигателя может примерно в 6 раз превышать номинальный ток при полной нагрузке. Такой большой ток может вызвать сильное падение напряжения в сети, питающей асинхронный двигатель.

Схема, показанная на рис. 3.48, может использоваться для подачи пониженного напряжения при пуске. Как видно, это трехфазный регулятор переменного тока. При правильном управлении углом открытия регулятор обеспечивает низкое выходное напряжение, подаваемое на асинхронный двигатель. Когда двигатель достигает полной или номинальной скорости, регулятор может быть закорочен механическим контактором, чтобы двигатель работал нормально при номинальном напряжении. Более того, если двигатель используется для привода с постоянной скоростью, можно работать с двигателем при пониженном напряжении, когда механическая нагрузка невелика. Работа при пониженном напряжении приводит к уменьшению потерь мощности в двигателе и, таким образом, к экономии энергии.

Контроль сопротивления ротора :

Обычный метод подключения сопротивлений через контактные кольца асинхронного двигателя с фазным ротором представляет собой форму контроля напряжения ротора. Основным недостатком этого метода управления скоростью является его низкая эффективность из-за потери мощности во внешних резисторах.

На рис. 3.49 (а) показаны трехфазный диодный выпрямитель и запирающий тиристор (GTO), включенные в цепь ротора асинхронного двигателя с фазным ротором. ГТО, работающий как прерыватель, изменяет сопротивление R в соответствии с рабочим циклом α. Эффективное сопротивление R _e определяется как-

R _e = R (1 – α) …(3,59)

Таким образом, скорость асинхронного двигателя с фазным ротором регулируется путем изменения соотношения времени включения и времени выключения.

Схема рекуперации мощности тиристора:

Рис. 3.49 (б) показывает схему, известную как восстановление мощности скольжения Рис. 3.48. Выводы ротора подключены к трехфазной сети переменного тока через два полностью управляемых тиристорных моста. Мост 1 действует как выпрямитель (или преобразователь), а мост 2 действует как инвертор. Выходная мощность ротора может возвращаться обратно к источнику питания. Поскольку частота токов ротора является частотой скольжения, этот метод известен как схема восстановления мощности скольжения. Управляя углами открытия двух мостов, можно изменять выходную мощность ротора.

Таким образом, скольжение и скорость двигателя (при том же крутящем моменте) также изменятся. Однако недостатком этой схемы является то, что оба моста потребляют реактивную мощность от питающей сети. Следовательно, общий коэффициент мощности двигателя плохой. Если желательны скорости только ниже синхронной, мост 1 может быть неуправляемым и, таким образом, может состоять из диодов. Если оба моста управляются, работа двух мостов также может быть реверсирована для получения скорости выше синхронной.

Фактически мощность скольжения либо возвращается в сеть питания, как в схеме Шербиуса, либо используется для привода вспомогательного двигателя, который механически соединен с валом асинхронного двигателя, как в схеме Крамера.

1. Статический привод Шербиуса:

Статический привод Шербиуса также использует принцип восстановления мощности скольжения. Принципиальная схема показана на рис. 3.50. Для достижения как субсинхронного, так и сверхсинхронного управления скоростью преобразователи 1 и 2 должны быть полностью управляемыми тиристорными мостами, один из которых работает на частоте скольжения как выпрямитель или инвертор, а другой работает на частоте сети как инвертор или выпрямитель. Стоимость преобразователей весьма ощутима, а также требуется стробирующая схема со сдвигом частоты.

Кроме того, при скоростях, близких к синхронным, когда ЭДС частоты скольжения достаточно малы для естественной коммутации, требуются специальные соединения для методов принудительной коммутации. Если преобразователь 1 взять неуправляемый (диодный мост), каскад преобразователя и блок управления станут экономичными и простыми, но тогда будет доступно только подсинхронное управление скоростью.

Трехфазный трансформатор между источником питания и инвертором 2 предназначен для доведения напряжения цепи ротора до значения, соответствующего напряжению источника питания. Основным недостатком субсинхронного каскадного привода является низкий коэффициент мощности, особенно на пониженных скоростях.

Этот привод применяется в приводах вентиляторов и насосов большой мощности, которым требуется регулирование скорости только в узком диапазоне. Номинальная мощность инвертора и трансформатора с диодным мостом равна максимальному скольжению, умноженному на номинальную мощность двигателя, что приводит к низкой стоимости привода. Этот привод обеспечивает постоянный контроль крутящего момента. Постоянный контроль мощности можно получить с помощью привода Kramer, обсуждаемого ниже.

2. Статический привод Kramer:

На рис. 3.51 показана принципиальная схема каскада Крамера со статическим преобразователем. Цепь ротора асинхронного двигателя с контактными кольцами подает мощность скольжения, выпрямленную диодным мостом, на якорь двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, механически связанного с асинхронным двигателем. Регулирование скорости достигается путем изменения тока возбуждения двигателя постоянного тока. Можно считать, что ЭДС, пропорциональная противоЭДС двигателя постоянного тока, вводится в цепь ротора асинхронного двигателя, вызывая изменение скорости системы.

Для достижения большего диапазона скоростей потребуется замена диодного моста на тиристорный мост. С помощью тиристорных мостов скорость можно регулировать вплоть до полной остановки.

Статический привод Крамера не имеет инвертора с линейной коммутацией, он потребляет меньше реактивной мощности и вносит меньше гармоник в токи, чем статический привод Шербиуса. Однако у него есть проблемы с техническим обслуживанием, которые возникают из-за коллектора и щеток вспомогательного двигателя постоянного тока. Он также имеет недостаток большой момент инерции.

Системы статического привода Kramer используются в насосах большой мощности и нагрузках компрессорного типа, где регулирование скорости осуществляется в узком диапазоне и ниже синхронной скорости.

Главная ››

Тиристорное управление двигателями — EEEGUIDE.COM

Тиристорное управление двигателями. Для использования в управлении двигателем были разработаны различные схемы тиристорного управления в зависимости от типа питания (переменный/постоянный ток), а также типа и размера двигателя.

Для управления двигателем постоянного тока регулируемая мощность постоянного тока от источника переменного тока постоянного напряжения получается с помощью управляемые выпрямители или преобразователи , использующие тиристоры и диоды. Управление постоянным напряжением достигается за счет включения тиристоров под регулируемым углом по отношению к приложенному напряжению. Этот угол известен как угол включения , а схема управления называется фазовым управлением . Другой базовый метод управления известен как управление интегральным циклом . Здесь ток пропускают от источника переменного тока в течение нескольких полных циклов, а затем гасят в течение еще нескольких циклов, при этом процесс повторяется непрерывно. Управление осуществляется путем регулировки соотношения длительности включения и выключения. Этот метод подходит для управления двигателями постоянного тока мощностью в несколько десятков кВт. Линейная коммутация легко применяется для обеих этих схем управления.

Методы фазового управления и управления с интегральным циклом также применимы для двигателей переменного тока, для которых не требуется схема преобразователя.

Управление двигателями постоянного тока, питающимися от источника постоянного тока, осуществляется с помощью схемы тиристорного переключения, называемой прерывателем . Контроллер прерывателя периодически открывается и закрывается, при этом управление средним напряжением достигается путем изменения продолжительности включения и выключения. Это обеспечивает эффективное и бесступенчатое управление двигателями. Тиристорное управление двигателями также может работать в режиме рекуперативного торможения. Контроллер прерывателя требует принудительной коммутации тиристора.

Для управления двигателями переменного тока, питающимися от источника постоянного тока, используются инверторы на основе тиристоров, транзисторов или полевых МОП-транзисторов. Эти схемы переключения передают энергию от источника постоянного тока к нагрузке переменного тока с переменной частотой и/или переменным напряжением. Из-за операции переключения формы сигналов переменного напряжения ступенчатые, гармоники которых отфильтровываются двигателем переменного тока. Поскольку источником питания обычно является переменный ток, полная схема получения мощности с переменным напряжением и частотой включает использование как инвертора, так и преобразователя.

Циклоконвертер представляет собой блок управления для получения мощности переменного напряжения и частоты непосредственно от источника фиксированной частоты без необходимости использования промежуточного каскада постоянного тока. Механизм управления напряжением и частотой представляет собой комбинацию механизмов, используемых в фазоуправляемом преобразователе и инверторе с импульсной модуляцией.