Автоматическое управление электроприводом с применением тиристорных преобразователей

Тиристор представляет собой не полностью управляемый полупроводниковый прибор, который включается подачей соответствующего потенциала на управляющий электрод, а отключается только принудительным разрывом цепи тока за счет отключения напряжения или путем естественного перехода тока через ноль при подаче гасящего напряжения обратного знака. Изменением момента подачи управляющего напряжения (его задержкой по отношению ко времени естественного открытия диода) можно регулировать среднее значение выпрямленного напряжения тиристорного преобразователя и тем самым скорость двигателя. Все варианты тиристорных преобразователей, наряду с такими положительными свойствами, как малая инерционность, отсутствие вращающихся элементов, малые (по сравнению с электромеханическими преобразователями) габариты, обладают рядом недостатков.

1. Жесткая связь с питающей сетью, поэтому все колебания напряжения в сети непосредственно передаются в систему привода, а толчки нагрузки на двигателе немедленно передаются в сеть.

2. Низкий коэффициент мощности при регулировании напряжения в сторону снижения.

3. Генерация высших гармоник напряжения, загружающих питающую сеть.

Основные технические показатели привода – диапазон регулирования, возможность реализации того или иного способа торможения / реверса, вид механических характеристик и др., – в значительной степени определяются схемами силовой части. Все разнообразие которых может быть сведено к четырем основным вариантам.

1. Питание якоря двигателя от одного управляемого преобразователя – рис. 4.9.а. (Эта и последующие схемы для упрощения изображения и выявления принципиальных различий даются для случая однофазного тиристорного преобразователя). В данном случае регулирование скорости осуществляется за счет изменения напряжения, приложенного к якорю двигателя. Реверс – за счет изменения знака напряжения на якоре с помощью контакторов. А торможение – динамическое. Наличие контактов в цепи якоря делает привод пригодным лишь для механизмов, не требующих частых реверсов и торможений.

2. Питание якоря двигателя от двух преобразователей, включенных по перекрестной схеме – рис. 4.9.б. При одном направлении вращения работает один преобразователь, при другом – другой. Реверс осуществляется за счет управления тиристоров. Схема не требует контакторов в цепи якоря, обеспечивает плавное и надежное торможение с рекуперацией энергии в сеть и используется для часто реверсируемых приводов. Недостатки схемы – сложность и высокая стоимость, обусловленная необходимостью иметь двойной комплект тиристоров и удвоенное число обмоток трансформатора.

Рис. 4.9. Основные варианты реализации силовой части электропривода
при тиристорном управлении

3. Параллельно-встречное включение преобразователей – рис. 4.9.в. По свойствам схема аналогична предыдущей. Преимущество – меньшее число вторичных обмоток силового трансформатора.

4. Питание якоря двигателя от источника с нерегулируемым напряжением постоянного тока и использование регулируемого преобразователя в цепи возбуждения – рис. 4.9.г. Реверс осуществляется изменением направления тока в цепи обмотки возбуждения. Достоинством схемы является возможность использования тиристорного преобразователя малой мощности и высокий коэффициент мощности во всем рабочем диапазоне. Недостатком является низкий диапазон регулирования и затягивание переходных процессов при реверсе. Схема мало пригодна для механизмов, требующих большого числа реверсов и торможений.