Регулирование скорости в системе
«Управляемый выпрямитель – двигатель постоянного тока
Независимого возбуждения» (УВ-ДПТ НВ)
Цель работы: изучить схемы управляемых выпрямителей, схему электропривода с подчиненным регулированием координат, снять механические характеристики электропривода.
Управляемые выпрямители
Управляемые тиристорные выпрямители используют для якорного управления двигателем независимого возбуждения. При включении в цепь переменного тока тиристор может быть открыт в положительный полупериод питающего напряжения при подаче импульса напряжения на управляющий электрод. После исчезновения управляющего напряжения тиристор остается в проводящем состоянии до тех пор, пока анодное напряжение станет равно нулю.
По принципу действия схемы делят на две группы: однополупериодные (схемы с нулевым проводом), в которых используют только одну полуволну напряжения сети, и двухполупериодные (мостовые схемы), где используют обе полуволны переменного напряжения сети.
|
|
Рис. 1.
На рис.1 показана работа простейшей однополупериодной схемы. К сети подключены нагрузка R и тиристор Т, который открывается в момент a при подаче на управляющий электрод УЭ короткого импульса с крутым фронтом. В интервал к нагрузке подводится напряжение
.
Так как нагрузка резистивная, то кривая тока повторяет кривую напряжения. В момент времени ток уменьшается до нуля и тиристор закрывается. В отрицательный полупериод тиристор заперт напряжением сети.
Рис. 2. Схемы двухфазного однополупериодного (а) и однофазного мостового (б) управляемых выпрямителей с активно-индуктивной нагрузкой и кривые (в-е), поясняющие их работу
Процесс сложнее, если нагрузка активно-индуктивная. На рис. 2 показаны процессы для двухфазного однополупериодного и однофазного мостового управляемых выпрямителей. Отпирание тиристоров осуществляют в положительный полупериод напряжения вторичной обмотки трансформатора или путем подачи на управляющие электроды отпирающих импульсов в момент времени a для тиристоров и в момент времени для тиристора . За счет индуктивности нагрузки ток нарастает не скачком, а плавно. Когда напряжение питающей фазы проходит через нуль, ток не прекращается, а продолжает идти еще некоторое время под действием э.д.с. самоиндукции, создаваемой индуктивностью L. Тиристор закрывается в момент b, когда ток, протекающий через него, достигнет нуля. На участке от b до ток в цепи не идет.
Кривая выпрямительного напряжения при активно-индуктивной нагрузке имеет положительные и отрицательные участки, и среднее значение напряжения на нагрузке
|
|
. [1]
При уменьшении a угол b увеличивается и интервал проводимости одного тиристора может перекрыть момент отпирания другого тиристора. Наступает режим непрерывного тока, при котором .
Ток в нагрузке будет состоять из постоянной и переменной составляющих. Постоянная составляющая будет определять вращающий момент двигателя, а переменная составляющая тока будет вызывать дополнительный нагрев и потери в нагрузке. Для обеспечения режима непрерывного тока и уменьшения переменной составляющей последовательно с якорем включают дроссель L, который увеличит постоянную времени t, ухудшит динамические свойства привода.
Рис. 3. Зависимость выходного напряжения управляемого выпрямителя, выполненного по схеме рис. 1, от угла отпирания
На рис. 3 показана зависимость выходного напряжения управляемого выпрямителя от угла отпирания. Режим непрерывного тока сохраняется при изменении a в пределах , где граничный угол является функцией t.
При угол , т.е. при большой индуктивности нагрузки регулирование напряжения эффективно при изменении a в пределах .
Для равномерной нагрузки фаз и уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения используют трехфазные управляемые выпрямители (рис. 4).
Рис. 4. Схема трехфазного однополупериодного (с нулевым проводом) управляемого выпрямителя (а) и кривые (б – е), поясняющие его работу
Предположим, что вентили неуправляемые, то есть пропускают ток в течение всего положительного полупериода напряжения своей фазы. Тогда тиристор под действием напряжения был бы открыт в интервале . Но на участке тиристор заперт напряжением , большим напряжения и приложенным в запирающем тиристор направлении через открытый тиристор . Также тиристор окажется запертым и на участке за счет напряжения , приложенного плюсом к катоду тиристора через открытый тиристор . Интервал проводимости тиристора на рис. 4a заштрихован. Таким образом, управлять моментом отпирания тиристора можно с , и с этого значения отсчитывают угол a подачи на УЭ управляющих импульсов. Следовательно рис. 4б соответствует и максимальное напряжение на нагрузке
[2]
Изменяя a, можно управлять средним значением напряжения на нагрузке, которое будет равно
[3]
На рис. 4 в, г показаны кривые напряжения и тока при .
Характеристика управления при активно-индуктивной нагрузке и показана на рис. 5.
Рис. 5. Зависимость выходного напряжения трехфазного управляемого выпрямителя с нулевым проводом от угла отпирания
На участке она совпадает с характеристикой, построенной на рис. 3 при .
Рассмотрим работу управляемого выпрямителя при . При . При меняет знак. Отрицательное напряжение запирает тиристоры и выходная характеристика идет по оси абсцисс.
Если нагрузка имеет собственный источник э.д.с. с полярностью, обозначенной «выпр.», то на участке среднее значение тока нагрузки
,
а на участке ток .
Если э.д.с. имеет полярность, обозначенную «инв.», может наступить инверторный режим работы выпрямителя и на участке ток , то есть ток i протекает под действием э.д.с. нагрузки, преодолевая напряжение Uср выпрямителя. Вентили открыты, ток в них идет в проводящем направлении, энергия через трансформатор передается от нагрузки в сеть. Такой же ток идет и в схемах рис. 4, если нагрузка имеет источник э.д.с. «инверторной» полярности.