Система тиристорный регулятор напряжения асинхронный двигатель

Электропривод с тиристорным регулятором напряжения

date image2015-06-04
views image6322

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Наряду с преобразователями частоты в регулируемом асинхронном электроприводе иногда используется тиристорный регулятор напряжения (ТРН) (рис. 3.17). Он изменяет амплитуду напряжения, подводимого к статору без изменения частоты, и используется главным образом для управления пуском (мягкие пускатели) и осуществления ряда других полезных функций.

Принцип действия тиристорного регулятора напряжения рассмотрим на примере регулирования напряжения на однофазной нагрузке переменного тока zн с помощью однофазного ТРН. Силовая часть ТРН (рис. 3.17, а) образована двумя тиристорами VS1 и VS2, включенными в цепь нагрузки по встречно-параллельной схеме, которая обеспечивает протекание тока в нагрузке в оба полупериода напряжения сети U1. Управление тиристорами осуществляется с помощью системы импульсно-фазового управления (СИФУ), которая подает на тиристоры импульсы управления Uα и обеспечивает их сдвиг на угол управления а в соответствии с величиной внешнего сигнала управления Uy.

Если на тиристоры VS1 и VS2 не подаются импульсы управления от СИФУ, то они закрыты и напряжение на нагрузке Uper равно нулю. При подаче на тиристоры импульсов управления в момент их естественного открывания (угол управления α = 0) они полностью откроются (рис. 3.17, б) и к нагрузке будет приложено нее напряжение сети U1 = Uper за вычетом небольшого (1. 3 В) падения напряжения на тиристорах.

Если осуществлять подачу импульсов управления на тиристоры с некоторой задержкой относительно момента их естественного открытия (угол управления α ≠ 0), то к нагрузке будет прикладываться часть напряжения сети (рис. 3.17, б). Изменяя угол управления α от нуля до π, можно регулировать напряжение на нагрузке от полного напряжения сети до нуля при неизменной частоте этого напряжения.

Рис. 3.17. Схема (а) и кривые напряжения (б) однофазного тиристорного регулятора напряжения

При активной нагрузке ТРН кривая тока / в нагрузке будет повторять кривую напряжения на ней, а при активно-индуктивном характере нагрузки будет от нее отличаться. Форма напряжения на нагрузке является несинусоидальной. Несинусоидальное напряжение можно представить как совокупность нескольких синусоидальных напряжений (гармоник). Частота изменения первой из них (основной гармоники) равна частоте питающего напряжения, а частоты других гармоник больше, чем первой. Обычно 1-я гармоника имеет наибольшую амплитуду и по ней ведутся все основные расчеты.

Закрытие тиристоров в непроводящий полупериод происходит за счет напряжения сети (так называемая естественная коммутация тиристоров), что позволяет использовать в схемах ТРН наиболее простые, надежные и дешевые однооперационные тиристоры.

На основе однофазной схемы (см. рис. 3.17, а) построены ТРН для регулирования напряжения на трехфазной нагрузке (рис. 3.18, а). Пример силовой части схемы для регулирования напряжения на статоре трехфазного асинхронного двигателя АД, состоящей из шести тиристоров VS1. VS6, приведена на рис. 3.18, б. За счет добавления в эту схему двух пар тиристоров создаются реверсивные схемы электропривода, а с помощью соответствующего управления ТРН могут обеспечивать и динамическое торможение двигателей.

В схемах ТРН вместо одной пары встречно-параллельно включенных тиристоров может применяться полупроводниковый прибор — симистор, обеспечивающий протекание тока в нагрузке в оба полупериода питающего напряжения и имеющий такой же принцип действия, что и тиристор. Его применение сокращает число электронных приборов вдвое и упрощает схему СИФУ, хотя он и менее надежен в работе.

Рис. 3.18. Схемы включения тиристорного регулятора напряжения на трехфазной нагрузке:
а — общая; б — силовая части

Рис. 3.21. Структурная схема электропривода с экстремальным регулятором

На рис. 3.21 приведена одна из них — схема с так называемым экстремальным регулятором*, позволяющая минимизировать потребляемый двигателем ток при различных нагрузках Mс. Схема содержит асинхронный двигатель АД, ТРН со схемой управления СУ, датчики тока ДТ и напряжения ДН, функциональный преобразователь ФП и инерционное звено ИЗ. За счет выбора характеристики ФП обеспечивается минимизация потребления тока при различных нагрузках двигателя, а инерционное звено ИЗ совместно с отрицательной обратной связью по напряжению устраняет возможные автоколебания в системе.

Показано**, что экстремальные значения переменных двигателя обеспечиваются при определенных (оптимальных) его скольжениях, которые должны поддерживаться постоянными при любых нагрузках. Эти скольжения sопт определяются по формулам:

• при минимизации тока статора —

• при минимизации потерь мощности —

• при минимизации активной потребляемой мощности —

• при максимализации коэффициента мощности —

где R1 R’2, Rμ — соответственно активные сопротивления статора, приведенное ротора и контура намагничивания; Хμ, Хк.з. — соответственно индуктивные сопротивления контура намагничивания и короткого замыкания.

Значение тока статора при оптимальном скольжении может быть вычислено по следующей формуле:

где Мс — момент нагрузки двигателя; ω0 — скорость холостого хода.

Рис. 3.22. Схема замкнутой системы ТРН — АД с обратной связью по скорости

Требуемый уровень оптимального скольжения может быть реализован в замкнутой по скорости системе ТРН—АД, схема которой приведена на рис. 3.22. На схеме обозначено: ТГ — тахогенератор, ЗП — потенциометр задания требуемой скорости (скольжения) двигателя. Схема обеспечивает поддержание скорости со и тем самым скольжения с определенной точностью при изменениях момента нагрузки Мс.

В качестве примера проведены расчеты по этим формулам применительно к двигателю 4A200L6Y3, имеющему следующие номинальные данные: Pном = 30 кВт; скольжение sном = 0,021; ток статоpa I1ном = 55,8 А; КПД ηном = 90,5 %; cosφном = 0,9. Результаты расчетов при моменте нагрузки 29 Н м, равном 10% номинального момента, приведены в табл. 3.2.

Источник

Асинхронный двигатель с тиристорным регулятором напряжения

Скорость асинхронного двигателя (АД) можно регулировать изменением напряжения, подводимого к статору, при этом частота напряжения на двигателе не изменяется и равна частоте сети 50 Гц.

Для регулирования напряжения на статоре АД (рис. 8.11) наибольшее распространение получили тиристорные регуляторы напряжения (ТРН), которые обладают большим быстродействием, высоким КПД, небольшой стоимостью. В каждую фазу трехфазного ТРН включаются два тиристора по встречно-параллельной схеме, которая обеспечивает протекание тока в нагрузке в оба полупериода напряжения сети U1. Тиристоры получают импульсы управления Ua от системы импульсно-фазового управления (СИФУ), которая обеспечивает их сдвиг на угол управления αа в функции внешнего сигнала Uy. Изменяя угол управления αа от 0 до 180°, можно регулировать напряжение на статоре от полного напряжения сети U1 до нуля. Форма напряжения статора является несинусоидальной.

Несинусоидальное напряжение представим как совокупность нес-кольких синусоидальных напряжений –— гармоник с определенной час-тотой. Частота изменения первой из них (основной) равна частоте питающего напряжения f1,ь а частоты других гармоник больше, чем первой. Основная гармоника имеет наибольшую амплитуду, и по ней ведутся все основные расчеты.На рис.8.14,(б)показаны механические характеристики АД при изменении напряжения на его статоре.

Регулирование напряжения на статоре не приводит к изменению скорости ХХωw0 и не влияет на критическое скольжение sK, но изменяет значение критического (максимального) момента МKк. Критический момент пропорционален квадрату напряжения: МK к

Рис. 8.11.Схема асинхронного ЭП с тиристорным пусковым устройством

Скольжение s определяется зависимостью, где ω0 – скорость идеаль-

ного холостого хода АД:

Скольжение sопределяется зависимостью

где w0 — скорость идеального холостого хода АД.

Полная мощность на валу, включающая потери на трение и венти-ляцию:

где М – — электромагнитный момент двигателя.

Полная электромагнитная мощность, передаваемая от статора к ро-тору через воздушный зазор:

Разность мощностей рассеивается в виде теплоты в активных сопротивлениях ротора. Потери в роторе определяются как

. (8.1)

Часть электромагнитной мощности, пропорциональная скольжению s, рассеивается в виде теплоты в обмотке ротора, другая часть, пропор-циональная (1 — s), передается на вал двигателя, т.е.

(8.2)

Т. о.,Способ регулирования скорости изменением напряжения является неэкономичным, так как потери в роторе при постоянном моменте наг-рузки возрастают пропорционально скольжению.

Из (8.1) получим выражение длямомент двигателя:

, (8.3)

где т –— число фаз статора; r2–— сопротивление ротора.

.

В установившемся режиме работы момент двигателя М равен мо-менту сопротивления МсМС. Для вентиляторной нагрузки

Вывод. Токи АД обратно пропорциональны .

Продифференцировав последнее выражение, легко показать, что токи имеют максимальное значение при s = 1/3 или ωw = 2/Зωw0. Для постоянного момента нагрузки полу-чаем:

.

Рис. 8.12. Характеристика АД с повышенным сопротивлением статора

Cопротивление ротора является важным параметром, влияющим на токи двигателя. Для получения удов-летворительных режимов работы двигателя с вентиляторным моментом сопротивления на валу необходимо применять двигатели с повышенным сопротивлением ротора, обеспечи-вающим номинальное скольжение 10. 12 %. При работе с постоянным моментом нагрузки сопротивление ротора должно быть еще больше.

На рис. 8.12 приведены харак-теристики двигателя с повышенным сопротивлением ротора. Их сравнение с характеристиками на рис. 8.11 показывает, что при применении двигателя с повышенным сопротив-лением ротора удается несколько увеличить диапазон регулирования. Для рассматриваемого способа используются также двигатели с пере-менным сопротивлением ротора. Обычные глубокопазовые или двух-кле-точные двигатели в этих случаях оказываются малоэффективными. Луч-шие характеристики имеют двигатели с массивным ротором или клиньями, изготовленными в виде постоянных магнитов. В этом случае нагрев двигателя уменьшается, так как часть потерь в роторной цепи рассеивается вне двигателя.

Все перечисленные мероприятия не могут существенноо устранить потери в роторной цепи,что сильно ограничивает диапазон регулирования в этой системе. Для реверса АД, (см. рис.7.8,а) могут быть использованы обычные контакторы, которые переклю-чают два провода в цепи статора при отсутствии тока в силовой цепи, за счет предварительного устранить потери в роторной цепи, что сильно ограничивает диапазон регулирования в этой системе. Для реверса АД, рис.7.8,а, могут быть использованы обычные контакторы, которые переключают два провода в цепи статора при отсутствии тока в силовой цепи за счет предварительного запирания тиристоров. Бестоковая коммутация позволяет повы-сить безотказность работы контакторов. Реверсирование фаз статора можно осущес-твить также бесконтактным способом за счет включения дополнительных тиристор-ных групп (рис.8.13). При прямом враще-нии двигателя тиристоры дополнительных групп Х иУ закрыты.

Рис. 8.13. Схема тиристорного регулятора напряжения для реверсивной схемы
Рис. 8.14. Схема несимметричного регулятора напряжения асинхронного двигателя

Управляющие импульсы к этим ти-ристорам подаются в том случае, если группы А и С закрыты. При этом изме-няется порядок чередования фаз прило-женного напряжения к статору напряже-ния, и двигатель реверсируется. Группы Х и У должны открыватьсяпосле полного запирания групп A и C, в противном случае возникает режим КЗ. Для предотвращения режима КЗ в фазы статора включают датчики тока, которые запрещают перек-лючение тиристорных групп до тех пор, пока токи не станут равными нулю. На рис. 8.17 приведена схема, которая содержит только две пары тиристоров, а третья фаза наг-рузки подключена непосредственно к сети.

Схема регулятора напряжения может содержать только два тирис-тора, включенных в одну из фаз статора двигателя. Однако в несиммет-ричных схемах усугубляются проблемы, связанные с нагревом двига-теля, так как нагрузка между его фазами распределяется неравномерно и некоторые фазы оказываются сильно перегруженными. Для несиммет-ричной нагрузки линейные напряжения, приложенные к зажимам статора в общем случае не равны друг другу

Если магнитная цепь АД не насыщена, то система несимметричных напряжений с помощью метода симметричных составляющих заменяется двумя системами симметричных напряжений прямой и обратной после-довательностей, которым соответствуют магнитные потоки двигателя, вращающиеся в противоположных направлениях. Если принять угловую скорость прямого поля ωwпр = ωwо за положительную, то угловая скорость обратного поля ωwобр = -ωwо В соответствии с этим скольжение относительно поля прямой последовательности вычисляется по формуле

а последовательности:относительно поля обратной последовательности по формуле

Момент, развиваемый двигателем при асимметричной системе нап-ряжений, равен алгебраической сумме моментов, обусловлен­ных полями прямой и обратной последовательностей::

.

Поскольку каждая из рассматриваемых систем напряжений симмет-рична, для них справедливы известные формулы расчета момента АД.

Несмотря на все отмеченные недостатки, система ТРН-АД вследст-вие ее простого конструктивного исполнения, нашла широкое примене-ние в связи с тем, что она позволяет обеспечить плавный пуск и тормо-жение электродвигателя, ограничить пусковой момент и токи, изменять направление скорости АД. На базе ТРН изготовляются тиристорные ре-версивные и нереверсивные контакторы для пуска, реверса и торможе-ния АД.

Одна из реальных областей применения системы ТРН-АД связана с использованием ее в ЭП насосных и вентиляторных установок.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Тиристорный регулятор двигателя

Тиристорный регулятор двигателя чтобы можно было изменять частоту вращения вала электродвигателя переменного тока, его подключают к тиристорному регулятору мощности. При этом электродвигатель включают либо в разрыв сетевого провода, либо после выпрямительного моста, питающего анодную цепь тринистора. Если в цепи нагрузки контакт не нарушается, тиристорный регулятор двигателя работает надежно. При подключении же коллекторного электродвигателя характер нагрузки изменяется — ток через нее течет как бы импульсами, в результате чего на коллекторных щетках наблюдается искрение. Тиристорный регулятор с такой нагрузкой работает неустойчиво.

Тиристорный регулятор двигателя

Предлагаемый тиристорный регулятор мощности, специально предназначенный для управления коллекторным электродвигателем (электродрель, вентилятор и т. д.), имеет некоторые особенности. Во-первых, электродвигатель с силовым тиристором включены в одну из диагоналей выпрямительного моста, а на другую подано сетевое напряжение. Кроме того, этот тринистор управляется не короткими импульсами, как в традиционных устройствах, а более широкими, благодаря чему кратковременные отключения нагрузки, характерные для работающего коллекторного электродвигателя, не сказываются на стабильности работы регулятора.

На однопереходном транзисторе VT1 собран генератор коротких (доли миллисекунд) положительных импульсов, используемых для управления вспомогательным тиристором VS1. Питается генератор трапецеидальным напряжением, получаемым благодаря ограничению стабилитроном VD1 положительных полуволн синусоидального напряжения, следующих с частотой 100 Гц. С появлением каждой полуволны такого напряжения конденсатор С1 начинает заряжаться через цепь из резисторов R1—R3. Скорость зарядки конденсатора можно регулировать в некоторых пределах переменным резистором R1.

Как только напряжение на конденсаторе достигает порога открывания транзистора (он зависит от напряжения на базах транзистора и может регулироваться резисторами R4 и R5), на резисторе R5 появляется положительный импульс, поступающий затем на управляющий электрод тринистора VS1. Этот тринистор открывается и появляющийся на резисторе R6 более длительный (по сравнению с управляющим) импульс включает силовой тринистор VS2. Через него напряжение питания поступает на электродвигатель M1.

Момент открывания управляющего и силового тиристоров, а значит, мощность на нагрузке (иначе говоря, частоту вращения вала электродвигателя) регулируют переменным резистором R1. Поскольку в анодную цепь тринистора VS2 включена индуктивная нагрузка, может наблюдаться самопроизвольное открывание тринистора даже без сигнала на управляющем электроде. Чтобы избежать этого, параллельно обмотке возбуждения LB электродвигателя включен диод VD2.

Кроме указанного на схеме тиристорный регулятор двигателя, вспомогательный тиристор VS1 может быть другой маломощный, с допустимым прямым напряжением не менее 100 В; тринистор VS2 — КУ202М, КУ201К, КУ201Л; стабилитрон — с напряжением стабилизации 27…36 В; диод VD2 — любой выпрямительный с током не менее 0,3 А и обратным напряжением более 400 В; диоды VD3—VD6 — рассчитанные на выпрямленный ток более пускового тока электродвигателя и обратное напряжение не менее 400 В. Переменный резистор — СП-1, постоянные — МЛТ-0,25 (R2—R6) и МЛТ-2 (R7), конденсатор — КМ-6.

Детали тиристорный регулятор двигателя, кроме переменного резистора и диода VD2 (его устанавливают на электродвигателе), монтируют на плате (рис. 2) из фольгированного стеклотекстолита. В местах точек 1—3 на плате устанавливают пустотелые заклепки (они видны на рис. 3), к которым в дальнейшем припаивают проводники от переменного резистора и электродвигателя. Плату с переменным резистором размещают в подходящем по габаритам корпусе, на стенке которого можно установить розетку для подключения электродвигателя.

печатная плата тиристорный регулятор двигателя

При налаживании тиристорный регулятор двигателя пользуются стробоскопом, измеряющим частоту вращения патрона электродрели либо крыльчатки вентилятора, или вольтметром переменного тока (желательно электромагнитной или электродинамической системы), подключенным параллельно нагрузке. Сначала резистор R2 ставят сопротивлением 30 кОм, а вместо R3 включают переменный резистор сопротивлением 220 ком. Перемещая движок резистора R1 из одного крайнего положения в другое, отмечают изменение напряжения на нагрузке. С помощью резистора R3 устанавливают диапазон регулировки этого напряжения 90…220 В, после чего измеряют получившееся сопротивление резистора R3 и впаивают в регулятор постоянный резистор такого же или возможно близкого номинала. Если при минимальном питающем напряжении электродвигатель работает неустойчиво, устанавливают резистор R2 с меньшим сопротивлением.

Источник

Поделиться с друзьями
Электрика и электроника
Adblock
detector