книги / Тиристорный электропривод для кранов

ходимо учитывать разное сопротивление двигателя токам прямой и обратной последовательностей. Основные предпосылки для такого расчета приведены в [Л. 3].

Расчет механических характеристик замкнутых систем осуществ­ ляется аналогично методике, приведенной в § 1-4.

2-4. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ п о с т о я н н ы м ТОКОМ

Использование метода наложения магнитных полей в асинхрон­ ном двигателе, например, вращающегося с синхронной угловой ско­ ростью и неподвижного в пространстве, давно привлекает своей про­ стотой и возможностью получения требуемых для крановых меха­ низмов регулировочных характеристик без применения обратных связей [Л. 29]. Однако лишь применение тиристоров способствовало реализации этого способа [Л. 21, 36], так как при использовании неуправляемых выпрямителей в цепь статора необходимо включать регулируемые силовые резисторы.

Существуют различные возможности включения тиристоров и

схема, приведенная на рис. 2-11. Она является упрощенным вариан­ том схемы, показанной на рис. 1-3,в; здесь также тиристоры защи­ щены от воздействия обратного напряжения, а при включении вен­ тилей после обмоток двигателя они оказываются защищенными и от токов -короткого замыкания.

Симметричным изменением угла а тиристоров регулируется со­ отношение между первой гармонической и постоянной составляющей напряжения. При полностью открытых тиристорах (а^ср) двигатель работает в симметричном режиме; когда а —к (тиристоры закрыты), наступает режим двухпульсного питания двигателя, и он развивает наибольший тормозной момент. Промежуточные значения а приво­ дят к работе двигателя в несимметричном режиме, когда имеются напряжения прямых и обратных последовательностей 1-й и высших гармонических.

Экспериментальные механические характеристики двигателя МТ-111-6 при R р*=0,1, работающего по схеме на рис. 2-11, приве­ дены на рис. 2-12. Из рис. 2-12 видно, что при больших углах а обеспечиваются устойчивые пониженные скорости и характеристика безопасного спуска, необходимая для опускания грузов. При малых а характеристика проходит только в I квадранте; при правильно подобранном угле а характеристика должна перекрывать весь тре­ буемый диапазон моментов в I квадранте, и потому она может использоваться для подъема грузов либо передвижения механизма с низкими скоростями. К сожалению, система не обеспечивает элек­ трического торможения при переходе с высоких скоростей на низ­

динамического торможения сопротивление цепи ротора должно быть минимальным. Поэтому большая часть потерь выделяется в обмот­ ках машины и по условиям нагрева двигателя этот режим является

очень тяжелым. Гармонический анализ системы [Л. 36] показал, что моменты, создаваемые прямыми и обратными последовательно­ стями 2-й и 3-й гармониками напряжения, не превышают 6% мо­ мента основной гармоники. Поэтому в инженерных расчетах необ­ ходимо учитывать лишь прямую и обратную последовательности 1-й гармоники, а также постоянную составляющую фазного напря­ жения. Расчет энергетических показателей в том же исследовании убеждает, что суммарные потери в двигателе, работающем при

s = 0,9 в зависимости от угла а, превышают номинальные в 5—8 раз с ^ р *= 0 ,3 и в 9—12 раз с Р р*= 0 ,1 .

Рассмотренную систему асинхронного электропривода с двумя тиристорами и двумя диодами целесообразно применять на малых кранах, где существенное значение имеет простота схемы и мини­ мальное количество электрооборудования, отсутствие цепей обрат­ ных связей н лр. Например, применение ее рационально для тельфе­ ров, кран-балок, управляемых с пола, работающих кратковременно с пониженной скоростью.

Глава третья

АСИНХРОННЫЙ э л е к т р о п р и в о д

С ТИРИСТОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ В ЦЕПИ РОТОРА

3-1. ВОЗМОЖНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА. ИМПУЛЬСНОЕ УПРАВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ВЫПРЯМЛЕННОГО ТОКА РОТОРА

Использование для кранов асинхронных двигателей с фазным ротором позволяет в переходных режимах вынести часть потерь из машины и регулировать ско­ рость привода. Традиционные способы управления мо­ ментом и скоростью электропривода с помощью рези­ сторов в цепи ротора и силовых контактных аппаратов

не позволяют получить плавного регулирования, устой­ чивых пониженных скоростей и, главное, при напряжен­ ной работе контактной аппаратуры приводят к частому выходу ее из строя [Л. 17]. Замена контакторов тири­ сторами принципиально устраняет эти недостатки, так как включение их в цепь ротора по определенной схеме в сочетании с различными обратными связями позво­ ляет плавно регулировать скорость и момент, получать жесткие механические характеристики, а также обеспе­ чивать бесконтактную коммутацию цепи ротора.

Таким образом, перед узлом импульсного управле­ ния в цепи ротора могут быть поставлены разные зада­ чи: либо тиристоры выполняют роль бесконтактных коммутаторов, плавно регулируя эквивалентное сопро­ тивление в переходных процессах. Тогда фазовое управ­ ление в цепи статора должно обеспечивать регулирова­ ние угловой скорости, если это необходимо; либо тири­ сторы в цепи ротора являются и коммутатором, и регулятором одновременно, а аппаратура в цепи ста­ тора лишь коммутирует двигатель и реверсирует его.

Принципиально возможны системы импульсного управления асинхронным двигателем с включением тиристоров как в цепь выпрямленного тока ротора, так и в цепь переменного тока. Вначале рассмотрим работу привода при импульсном управлении в цепи постоянного

тока.

Импульсное управление в цепи выпрямленного тока ротора подробно рассмотрено в [Л. 20, 33, 51]'. Отличи­ тельной особенностью этих систем является наличие трехфазного мостового неуправляемого выпрямителя, подключаемого к кольцам ротора. Регулирование осу­ ществляется тиристорами в цепи постоянного тока, что требует специального узла искусственной коммутации для их гашения. Этот узел обычно реализуется с по­ мощью конденсаторов, которые разрядом запасенной энергии прерывают ток в анодной цепи тиристора.

На рис. 3-1 приведены схемы силовой части двух

к изменению эквивалентного добавочного сопротивления от 0 до значения /?д. Для сглаживания пульсаций вы-

#д полностью введен, и у = \ , когда резистор зашунтирован, а характеристика близка к естественной, а также две характеристики (19 2) при промежуточных значе­ ниях скважности. Как видно, при работе системы по схеме на рис. 3-1,а имеется зона нечувствительности в области малых моментов между осью ординат и ха­ рактеристикой с сопротивлением /?д (у = 0 ).

В [Л. 20] описаны некоторые способы расширения области регулирования момента. Помимо увеличения сопротивления RA (при этом растет напряжение на ти­ ристорах), предлагается включать последовательно с Rд конденсатор достаточно большой емкости либо встречно

понижает его экономичность и надежность.

На рис. 3-1,6 приведена принципиальная схема им­ пульсного управления, обеспечивающая надежную рабо­ ту в зоне малых нагрузок, когда момент двигателя при регулировании меняется от нуля до значения, соответ­ ствующего реостатной характеристике с сопротивлением резистора R\. Рабочий тиристор lT f замыкающий цепь ротора через R\> имеет узел гашения, включающий вспомогательный тиристор 2ТУ резистор R2 и коммути­ рующий конденсатор С. Когда подается управляющий импульс на тиристор 1Т, он открывается, а конденсатор С заряжается от напряжения моста В через резистор /?2. После открывания 2Т разрядный ток конденсатора за­ крывает тиристор 1ТУ а сам конденсатор заряжается обратной полярностью. Через полпериода собственных колебаний контура ЬротС тиристор 2Т закрывается, и цепь ротора оказывается разомкнутой. При после­

рис. 3-1,а; при их сочетании заполнение квадранта ока­ зывается наибольшим. Как это следует из характери­ стик на рис. 3-2, системы могут обеспечить работу двигателя и в режиме противовключения (IV квадрант), а при подаче в обмотку статора постоянного тока — и в режиме динамического торможения.

Системы импульсного управления с искусственной коммутацией тиристоров характеризуются относитель­ ной простотой системы управления: так как регулирова-

токов через нуль. Открывание тиристоров в этом случае производится с частотой скольжения, регулирование то­ ка ротора и момента двигателя — изменением угла открывания тиристоров а. В литературе рассматривают­ ся и исследуются различные схемы: схемы с включе­

принципиальная схема си­ ловой части электропривода и схема цепи управления

системы с минимальным числом вентилей; здесь цепь ротора замкнута тиристорным коммутатором из трех тиристоров, включенных в рассечку нулевой точки. Блок фазового управления УУ выдает тиристорам импульсы управления, синхронизированные линейным напряже­ нием ротора. Угол открывания тиристоров при данном скольжении можно регулировать задающим напряже­ нием «з, при этом изменяется эквивалентное добавочное сопротивление от значения Rn до бесконечно большого значения. Добавочной резистор включается для улуч­ шения энергетических показателей, облегчения протека­ ния переходных процессов электропривода и возможно­ сти управления тиристорами.

Были сняты экспериментально механические харак­ теристики разомкнутой системы с двигателем МТ-11-6 при разных п3. Они показали, что при иэ= 0 характе­ ристика близка к реостатной; остальные характеристики с разным и3 обеспечивают регулирование момента. Од-

Рис. 3-5. Электромеханиче­ ские и механические харак­ теристики при #р*=0,25 и работе с отрицательной об­ ратной связью по току ро­ тора.

фициента этой обратной связи ток ротора не остается постоянным, а возрастает с ростом скольжения. При правильном выборе «коэффициента обратной связи для данного /?р момент при пуске может оставаться постоян­ ным (2). Как видно, характеристики в основном удов­ летворительны, но при столь малых сопротивлениях це­ пи ротора в режиме противовключения момент двига­ теля несколько уменьшается из-за значительного сниже­ ния cos ср с ростом скольжения.

Таким образом, низкочастотная система управления цепью ротора (с естественной коммутацией) обеспечи­ вает требуемые для крановых механизмов механические характеристики. Предварительно можно утверждать, что отсутствие узла принудительного гашения тиристо­ ров в системах без звена постоянного тока значительно упрощает силовуго часть. По той же причине исклю­ чаются импульсы перенапряжения на тиристорах в ра­ бочих режимах. Однако из-за малой частоты, с которой работает коммутатор, может иметь место большая амп­ литуда пульсаций скорости двигателя (особенно в элек­ троприводе с малым моментом инерции). Эту систему целесообразно детально сопоставить по различным по­ казателям с высокочастотными системами, рассмотрен­

ными в § 3-1.

3-3. ВЫБОР СЙЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ. СРАВНЕНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

За основу для технико-экономического сравнения примем описанные в литературе и приведенные на рис. 3-1 системы со звеном постоянного тока, а также

а с обратной связью по скорости и току можно получить

Т а б л и ц а 3-1

площадь заполнения квадрантов неодинакова, она опре­ деляется не только схемой, но и значением Rp, а послед­ нее в ряде случаев зависит от параметров 'применяемых тиристоров. В табл. 3-1 приведены данные по числу силовых вентилей в этих трех схемах, а также пара­ метрам, которые являются исходными при их выборе. В табл. 3-1 принято: Е2— э. д. с. ротора, 12— ток фазы ротора.

Напряжения и токи, по которым следует выбирать тиристоры для схемы на рис. 3-3, не требуют пояснений. Для схемы, показан­ ной на рис. 3-1,а, наибольшее напряжение на тиристорах и конден­ саторе

^ т . м а к с ^ ^ С ы а и с = Л|макс-^д.

Здесь /а м а к с= '1 ,2 3 /2макс, где /амакс — наибольшее значение вы­