2.10.3. Способы и схемы реализации реверсивной системы «Тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока»
Так как любой вентиль, в том числе и тиристор, является элементом с односторонней проводимостью, то необходимы специальные меры для реализации реверсивных приводов, которые требуются для большего числа рабочих механизмов.
Для осуществления реверса может быть применен один из следующих способов:
изменение направления магнитного потока электродвигателя. В этом случае при неизменном направлении тока изменяется знак момента;
изменение полярности напряжения на двигателе;
применение двух групп вентилей, то есть фактически двух преобразователей для одного и другого направлений вращения двигателя.
Первый и второй способы намного дешевле третьего, но в первом случае велико время реверса из-за наличия большой индуктивности обмотки возбуждения двигателя, а во втором – из-за необходимости жесткой последовательности операций и наличия времени восстановления запирающих свойств тиристора. Поэтому в подавляющем большинстве случаев применяется третий способ, то есть используются две реверсивные группы вентилей. Все существующие схемы реверсивных преобразователей можно объединить в две группы: перекрестные и встречно-параллельные. На рис.2.42 и рис.2.43 приведены перекрестные и встречно-параллельные схемы соответственно реверсивного электропривода: а – на базе нулевых, б – на базе мостовых схем.
Рис.2.42. Реверсивные перекрестные схемы выпрямления
Рис.2.43.
Реверсивные встречно-параллельные
схемы выпрямления
Если электрическая
машина работает в двигательном режиме,
то один комплект тиристоров работает
в режиме выпрямления, а второй закрыт
или подготовлен к инверторному режиму.
Во втором случае для предотвращения
передачи энергии первого преобразователя
в сеть через второй необходимо, чтобы
ЭДС
второго комплекта была не меньше ЭДС
первого, то
есть
(2.93)
При работе электропривода в режиме рекуперации первый из комплектов работает в инверторном режиме, а второй заперт или подготовлен к работе в выпрямительном режиме. Здесь также должно соблюдаться условие (2.93).
Следовательно, углы зажигания реверсивных групп вентилей должны находиться в некотором взаимоотношении, которое определяется способом управления группами. Существуют совместный и раздельный способы управления.
При совместном управлении управляющие сигналы подаются на обе группы вентилей таким образом, чтобы соблюдалось условие (2.93). Но при этом существует разность мгновенных значений ЭДС групп вентилей, за счет которой по цепи преобразователя протекают так называемые уравнительные токи, являющиеся паразитными. Для их уменьшения в цепь включаются уравнительные реакторы.
Взаимное расположение скоростных и механических характеристик зависит от способа согласования углов зажигания групп вентилей.
Если управление осуществляется на основании условия равенства нулю среднего уравнительного напряжения, то такое согласование называется линейным. Для его реализации необходимо, чтобы
(2.94)
где
– углы зажигания инвертора и выпрямителя
соответственно.
Скоростные характеристики при этом способе согласования представлены на рис.2.44.
Рис.2.44. Скоростные характеристики двигателя при совместном линейно согласованном, управлении группами вентилей
Характеристики линейны и не имеют зоны прерывистых токов. Основным недостатком линейного способа согласования является наличие уравнительных токов. Для их уменьшения применяется неполное или нелинейное согласование, когда
(2.95)
Обычно изменяется в функции какого-либо параметра, чаще всего уравнительного тока, с целью его минимизации. При этом характеристики теряют свою линейность в области малых токов и имеют вид, приведенный на рис.2.45.
Рис.2.45. Скоростные характеристики двигателя при совместном нелинейно согласованном управлении группами вентилей
При раздельном управлении группами вентилей управляющий импульс подается только на работающий комплект вентилей при запертом неработающем комплекте. При этом возникает режим прерывистых токов, но отсутствуют уравнительные токи. Скоростные характеристики для этого случая приведены на рис.2.46.
При раздельном управлении группами вентилей нет необходимости применения уравнительных реакторов, более полно используются трансформаторы, уменьшаются потери и увеличивается КПД в результате отсутствия уравнительных токов. К недостаткам этого способа управления можно отнести некоторое увеличение времени реверса за счет паузы в управлении при реверсе.
Рис.2.46. Скоростные характеристики двигателя при
раздельном управлении группами вентилей