Типы вентильных преобразователей, области применения, структуры систем управления

Для питания якорных цепей и обмоток возбуждения двигателей постоянного тока применяются ВП, которые по конфигурации силовой схемы различаются на нулевые и мостовые, а по числу фаз источника питания – на однофазные и трехфазные. Однофазная мостовая и трехфазная нулевая схемы в силу неравномерной загрузки сети и увеличенной расчетной мощности трансформатора, соответственно, находят применение в электроприводах малой (до 10 кВт) мощности. В промышленных электроприводах средней (от 10 до 2000 кВт) и большой (более 2000 кВт) мощности применяется трехфазная мостовая схема ВП и другие схемы на ее основе /1,2,6/.

Реверсивные ВП в отличие от нереверсивных содержат, как правило, два нереверсивных преобразователя (рис. 1а¼1е, 1з), либо реверсор в цепи якоря (рис. 1ж). Преобразователи с реверсором применяются в станочном электроприводе малой мощности.

Наибольшее распространение получили двухкомплектные ВП со встречно-параллельным соединением вентильных групп, выполненных по трехфазной мостовой схеме (рис. 1д). Они имеют простой двух обмоточный трансформатор, с минимальной, в сравнении с другими схемами, расчетной мощностью. Кроме того, такие ВП могут питаться непосредственно от трехфазной сети через линейные токоограничивающие реакторы, а также позволяют унифицировать конструкцию реверсивных и нереверсивных преобразователей.

Наряду со встречно-параллельными применяются перекрестные схемы ВП (рис.1в,е), которые имеют только один контур уравнительного тока, а также меньшую мощность и массу уравнительных реакторов /1/. Разновидностью перекрестных ВП является Н-схема с одним уравнительным реактором (рис.1з).

Реверсивные ВП с двумя комплектами вентилей могут работать в режимах раздельного и совместного управления. Раздельное управление применяют в случаях, когда по условиям работы привода допустима пауза в управлении им длительностью 5…10 мс, необходимая для выключения тиристоров выходящей из работы тиристорной группы. Это позволяет обойтись без уравнительных реакторов, необходимых для ограничения уравнительных токов в режиме совместного управления, и уменьшить потери энергии в ВП, что особенно важно для мощных электроприводов.

Системы импульсно-фазового управления (СИФУ) ВП выполнены, как правило, по вертикальному принципу и имеют несколько каналов управления. Каждый из каналов содержит генератор опорного напряжения, компаратор и генератор импульсов. В реверсивных ВП устройство управления кроме СИФУ вентильными группами содержит также логическое переключающее устройство (ЛПУ), выполняющее автоматическое переключение этих групп.

Подробно работа устройств управления ВП изложена в литературе /2,3,5,10,11/.

3.2. Расчет параметров и выбор преобразовательного

трансформатора (линейных реакторов)

3.2.1. Расчет преобразовательного трансформатора

Трансформатор применяется для согласования напряжения питающей сети с напряжением нагрузки (якоря электродвигателя).

Расчет начинается с предварительного определения вторичного фазного напряжения трансформатора. Точное определение его затруднено, т. к. в начальной стадии расчета неизвестны падения напряжения на отдельных элементах силовой схемы. Учитываются эти падения с помощью коэффициентов.

Действующее значение напряжения вторичной фазной обмотки

U_2ф = k_c·k_g·k_R·k_U·U_dн ,

где k_с – учитывает возможное снижение напряжения сети;

k_g – учитывает коммутацию и асимметрию напряжений;

k_R – учитывает падение напряжения в вентилях, обмотках трансформатора

и реакторов;

k_U – коэффициент схемы ВП (табл.1);

U_dн – номинальное напряжение на якоре двигателя.

Значение k_с определяется по формуле

k_с = = ,

где U_1Н, DU_1Н – номинальное напряжение сети и его отклонение,

соответственно.

Значения коэффициентов k_g и k_R предварительно принимают равными

k_g = 1,05 и k_R = 1,05 .

Расчетная мощность силового трансформатора

S_Т = k_S×P_d0 ,

где k_S – коэффициент, зависящий от типа силовой схемы ВП ;

P_d0 – наибольшая потребляемая нагрузкой мощность.

Величина мощности P_d0 определяется из равенства

P_d0 = E _d0× I_dн ,

где E _d0 – наибольшее среднее значение э.д.с. ВП;

I_dН – номинальный ток нагрузки (двигателя).

Расчетные коэффициенты различных схем ВП Таблица 1

№ п/п	Тип схемы	kU	kI2	kI1	kS	kB	kуm	k1	k2
	Однофазная мостовая встречно-параллельная	1,11	1,0	1,0	1,11	1,57	1,41	1,11	0,212
	Трехфазная нулевая встречно-параллельная Y(D)/YН	0,855	0,577	0,817	1,345	2,09	0,62	1,21	0,239
	Трехфазная нулевая встречно-параллельная Y(D)/ZН	0,855	0,577	0,817	1,46	2,09	0,62	1,21	0,239
	Трехфазная нулевая перекрестная	0,855	0,577	0,817	2,09	2,09	0,7	1,21	0,239
	H-схема	0,428	0,577	0,817	1,345	1,045	0,7	1,21	0,239
	Трехфазная мостовая встречно-параллельная	0,428	0,817	0,817	1,045	1,045	0,62	1,05	0,159
	Трехфазная мостовая перекрестная	0,428	0,817	0,817	1,571	1,045	0,18	1,05	0,159
	Трехфазная мостовая с реверсором	0,428	0,817	0,817	1,045	1,045	-	1,05	0,159

Условные обозначения схем соединений обмоток: D - «треугольник», Y – «звезда», Z – «зигзаг».

Наибольшее среднее значение э.д.с. преобразователя рассчитывается по формуле

E_d0 = .