книги / Электроприводы с полупроводниковым управлением. Системы постоянного тока с кремниевыми выпрямителями

его скорости вращения быстро уменьшить сопротивление регулятора возбуждения. При этом э. д. с. двигателя становится больше напря­ жения выпрямителя, прекращается протекание тока в прямом на­ правлении и обратное напряжение на вентилях может достигнуть опасных величин. Так как реальная вольт-амперная характеристика вентиля существенно нелинейна, то для расчета величин перенапря­ жений необходимо рассмотреть два предельных случая, между кото­ рыми заключена действительная вольт-амперная характеристика по­ лупроводникового вентиля {Л. 7J:

1. Ток вентиля пропорционален напряжению с одинаковым коэф­ фициентом пропорциональности для обеих ветвей характеристики. При этом максимальное обратное напряжение на вентиле определяет­ ся выражением

к весьма значительным изменениям тока и прямые напряжения вызы­ вают неизмеримо большие токи, чем обратные. Максимальное обрат­ ное напряжение на вентилях в этом случае

где f/гф — фазное напряжение вторичной цепи трансформатора. Действительные характеристики вентилей лежат между рассмот­

ренными предельными случаями, и £/в.макс для них лежит где-то между значениями, определяемыми приведенными выражениями. Если принять для определения максимального значения обратного напря­ жения выражение (56), то получается некоторый запас (не более

0,2 U 2Ф).

В реальных приводах постоянного тока определение наибольшего значения э. д. с. двигателя следует производить с учетом процесса форсирования возбуждения и электромеханических процессов элек­ тропривода.

При форсировке возбуждения поток изменяется по закону (46). Изменение относительного значения э. д. с. двигателя опреде­

Так как ток якоря при этом равен нулю (вентили заперты обратным напряжением), то момент, развиваемый двигателем, тоже равен нулю (М=0) и уравнение моментов имеет вид:

22

где /т — время торможения с номинальной скоростью при Мс,

статический момент Мс принимается постоянным при изменении ско­ рости вращения, что имеет место в большинстве приводов механиз­ мов и машин.

Решение дифференциального уравнения (60) дает выражение

Для определения максимального значения э. д. с. следует иссле­ довать выражение (63) на экстремум, при этом получается транс­

что для приводов постоянного тока с широким диапазоном регули­ рования скорости вращения путем ослабления магнитного потока допустимое обратное напряжение вентиля в основном определяется э. д. с. двигателя и величиной диапазона регулирования. Так, если для неуправляемого выпрямителя с выпрямленным напряжением U(1=220 в и U2ф = 104 в требуемое допустимое обратное напряжение •вентилей в выпрямительном режиме и в.макс=:230 в, то в приводе

с диапазоном регулирования 1 :2 путем ослабления поля обратное напряжение £/в.макс = 367 в, а при диапазоне 1:3 С/В.макс = 600 в.

В приведенных выше выражениях принято, что э, д. с. двигателя распределяется поровну на два плеча мостовой схемы. Однако из-за

23

различия динамических характеристик вентилей распределение э. Д. с. может быть неравномерным и в отдельных случаях может достичь опасных значений для отдельных вентилей. Для равномерного рас­ пределения напряжения между вентилями параллельно каждому вен­ тилю устанавливаются сопротивления порядка 2,5—3 ком.

Не менее важным вопросом является защита кремниевых венти­ лей от коротких замыканий и перегрузок.

Рис. 7. Кривые зависимости величины и времени достижения перенапряжений при форсировке возбуждения.

Небольшие размеры кремниевых вентилей и малая масса перехо­ да обусловливают относительно высокое тепловое сопротивление вен­ тиля. Поэтому средняя температура р-я-перехода оказывается значи­ тельно выше температуры корпуса вентиля, а температура отдельных мест в p-я-переходе может быть еще выше. В связи с этим пере­ грузки по току даже при кратковременных режимах могут привести к выходу вентилей из строя.

Наиболее надежной защитой вентилей от токов короткого замы­ кания является ограничение величин токов до допустимых значений по перегрузке вентилей. При этом необходимо резко увеличить на­ пряжение короткого замыкания трансформатора или сопротивление реакторов, что приводит к ухудшению как энергетики привода (г] и cosqp), так и его механических характеристик вследствие резкого снижения выпрямленного напряжения при увеличении нагрузки за счет явления коммутации вентилей. Также значительно увеличивает^ ся величина коммутационных перенапряжений, что является опасным

для вентилей.

Более целесообразно для предохранения вентилей от выхода из строя при коротком замыкании возможно быстрее отключать цепь и тем самым ограничить ток короткого замыкания и уменьшить пере­ напряжения.

24

Защита кремниевых вентилей от коротких замыканий выполняет­ ся различными способами: быстродействующими плавкими предохра­ нителями, автоматическими выключателями и сверхбыстродействую­ щими коммутационными аппаратами (короткозамыкателями).

Для защиты в настоящее время могут быть применены быстро­ действующие предохранители серии ПНБ-2 и автоматические выклю­ чатели типов АП-50, АК-50 и А-3100.

* Эффективное значение периодической составляющей тока короткого замыка­ ния в первый период его возникновения.

Для приводов станков по эксплуатационным условиям нежела­ тельна защита с помощью быстродействующих предохранителей в виду сложности их перезарядки и возможности применения нестан­ дартных плавких вставок. Защита осуществляется с помощью авто­ матических выключателей. Такая защита, как показали испытания и опытная эксплуатация приводов ПКВ, работает надежно при усло­ вии, если отключающий ток автомата не превышает 3—4-кратного номинального тока вентиля и времени срабатывания автомата не бо­ лее 0,012—0,017 сек при напряжении короткого замыкания силового трансформатора не ниже цк^ 5 % .

В приводах серии ПКВ применяются автоматические выключате­ ли типа АП-50-ЗМ-ЗД АК-50-ЗМ и А-3100, технические данные кото­ рых приведены в табл. 2, а общий вид и габаритные размеры на рис. 8.

25

Автомат типа АП-50-ЗМ-3,5 состоит из следующих основных узлов: кожуха, коммутирующего устройства, дугогасительных ка­ мер и механизма управления. Механизм свободного расцепления обеспечивает моментное размыкание контактов с постоянной ско­ ростью, не зависящей от скорости движения, кнопки управления. Автомат содержит приспособление для регулировки тока уставки с точностью до 20% тока следующей по шкале уставки.

Для приводов с кремниевыми выпрямителями разработана спе­ циальная модификация серии автоматических выключателей АП-50-ЗМ-3,5 с током срабатывания электромагнитных расцепителей, равным 3,5-кратному от номинального тока автомата.

Автомат типа АП-50-ЗМ-3,5 отличается от серийных конструкцией магнитной системы максимальной защиты и числом витков катушки, которое примерно в 2 раза больше. Время срабатывания автомата

10-.кратной мгновенной отсечкой от номинального тока. В приводах серии ПКВ применяются автоматы с 5-кратной отсечкой.

Автомат типа А-3100 имеет электромагнитные расцепители, срабатывающие при токах около 7-к>ратн(>го от номинального тока уставки (табл. 2), что является их недостатком относительно автома­ тов типа АП-50-ЗМ-3,5.

В настоящее время начата разработка специальных быстродей­ ствующих автоматических выключателей для защиты полупроводни­ ковых вентилей в промышленных установках с номинальным током от 50 до 250 а и временем отключения порядка 1Q—20 мсек.

26

4.ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИВОДОВ

СКРЕМНИЕВЫМИ ВЫПРЯМИТЕЛЯМИ

Основными элементами приводов серии ПКВ являются двигате­ ли постоянного тока серии Л [Л. /17], кремниевые вентили серии (ПВКЛ, понизительные трансформаторы типа ТТ, аппаратура управ­ ления и защиты. В модификации приводов для питания цепей воз­ буждения применяются тиристоры или магнитные усилители.

Кремниевые вентили серии ПВКЛ

Силовой кремниевый вентиль является тем основным элементом, появление которого и решило вопрос создания высокоэкономичной системы регулируемого электропривода постоянного тока.

Общий вид вентилей серии ПВКЛ приведен на рис. 8. Вентили серин ПВКЛ выпускаются в трех исполнениях по току и

вчетырех исполнениях по напряжению. Технические данные вентилей

иих габаритные размеры приведены в табл. 3.

Следует отметить, что величина допу­ стимого номинального тока вентиля зависит от системы охлаждения: температура пере­ хода не должна превышать 100—120° С. Кроме того, предусматривается запас на возможные перегрузки по току, указанные в табл. 3.

Вентили серии ПВКЛ являются лавин­ ными, у которых равномерно распределяет­ ся обратный ток по всей площади р-/г-пере- хода, и поэтому они допускают кратковре­ менно весьма высокие перенапряжения при ограниченной мощности рассеяния [Л. 30]. На рис. 9 приведены кривые зависимости допустимой мощности рассеяния Р0бр в об­ ратном направлении от длительности им­ пульса обратного перенапряжения т мксек.

27

Мощность рассеяния определяется по формуле

I тР л г ,

Ро6р = Гобо И»»].

где / т — амплитуда импульса обратного тока через вентиль, вызван­ ного перенапряжением, а;

Un — напряжение лавинного пробоя вентиля, в.

Тиристоры серии УПВКЛ

Принцип действия и устройство кремниевых управляемых венти­ лей— тиристоров — подробно рассмотрен в [Л. 12 и 13].

рассеяния управляющего электрода 2 вт не должна быть превышена. Подача на управляющий электрод отрицательного напряжения отно­ сительно катода не рекомендуется.

Трансформаторы серии ТТ

Трехфазные трансформаторы серии ТТ мощностью от 6 до 32 Kta (семи типоразмеров) разработаны специально для питания приводом с кремниевыми преобразователями.

Трансформаторы серии ТТ отличаются малыми габаритами и ве­ сом и высокими энергетическими показателями, достигаемыми за

29

30