шпоры билоус1. 1 вопрос Место силовых преобразователей в электроприводе

• Название: 1 вопрос Место силовых преобразователей в электроприводе
• Анкор: шпоры билоус1.doc
• Дата: 04.05.2018
• Размер: 5.01 Mb.
• Имя файла: шпоры билоус1.doc
• Тип: Документы; #18887
• страница: 8 из 10

В- вращение “вперед”; Н- вращение “назад”- колонка №2.

В- выпрямительный; И- инверторный; Д- двигательный;

Т- тормозной режимы - колонка №5.

Для получения безлюфтного сопряжения характеристик двигательного и тормозного режимов и предотвращения больших толчков тока при переходе от выпрямительного режима к инверторному, осуществляемому вторым комплектом вентилей, (или при обратном переходе), напряжение вновь вступающей в работу реверсивной группы в момент переключения должно быть согласовано по величине и направлению с ЭДС двигателя.

от некоторых недостатков:

1. 
   Усложнение связей электропривода и преобразователя при необходимости получения безлюфтового сопряжения характеристик двигательного и тормозного режимов;
   
2. 
   Возможность ложных переключений при высоких значениях коэффициента усиления из-за действия случайных помех
   

26 вопрос

системы самонастройки (сканирующей логики) при раздельном управлении ТПР.

Работа систем самонастройки основана на автоматическом “поиске” группы, в которой существуют условия для протекания тока нагрузки.

Структурная схема рис 57а. На рис57б - диаграммы, поясняющие работу.

Переключения реверсивных групп осущ-тся с помощью блока реверса БР (ЛПУ + мультивибратор МВ). На вход ЛПУ поступает знакопеременное напряжение от внеш. источника- мультивибратора МВ.

При отсутствии тока в преобразователе, МВ работает в режиме автоколебаний и ЛПУ непрерывно переключается, выдавая запрещающие сигналы Uз.в. и Uз.н. на соответ-щие группы вентилей, разрешая, попеременно работать то одной, то другой. Время включенного состояния группы t_в (t_н ) < полупериода переключающего напряжения на величину аппаратной паузы t_н.

Пуск двигателя в направлении “В”: под действием U_У (управления) угол управления группы ТПВ _в уменьшится, а группы ТПН увеличится. Тогда при очередном включении группы “В” в ней возникнет ток, и двигатель начнет разгоняться в направлении “В”. C датчика тока ДТ на МВ и ЛПУ будет подан сигнал токовой блокировки U_i , ( запретит переключения мультивибратора и ЛПУ) интервал t₁- t₂.

Если за счет уменьшения U_У будет подана команда на снижение частоты вращения (момент времени t₂), то угол управления группы ТПВ увеличится, а группы ТПН - уменьшится. ЭДС группы “Вперед” будет < ЭДС двигателя, и ток якоря начнет снижаться….до значения тока удержания i_уд - снимется токовая блокировка с МВ, и он переключится в противоположное состояние, и на ранее работавшую группу с ЛПУ поступит запрещающий сигнал U_з.в (По истечение времени аппаратной паузы t_н).

Переключения групп начинается после снижения тока до нуля, когда снижение величины “ошибки” Uвх ЭДС работающей вентильной группы ТПВ окажется ниже ЭДС двигателя (→режим рекуперативного торможения).

На закон согласования углов управления не накладывается к-л дополн. условий, это позволяет применять симметричное согласование и получать регулировочную характеристику E_d = (U_У ) без “люфта” и “безлюфтовое” сопряжение характеристик двигат. и тормозн. режимов без дополнит. устройств.

На рис 58 – внеш. хар-ики, исп-мые при переходе на низшую частоту вращения.

Переход с двигательного режима в тормозной и обратно происходит при токе равном нулю. при этом первый переход должен осуществляться на более низкое напряжение инверторной группы, а обратный- на более высокое напряжение выпрямительной группы. Это видно из диаграммы (рис 58).

Переход на соседние характеристики одной и той же группы происходит при одном значении напряжения, как это показано на диаграмме.

На рис 59 показаны направления и примерные соотношения мгновенных значений ЭДС преобразователя и якоря двигателя, направление протекания тока при его снижении в двух режимах работы преобразователя- в выпрямительном (рис 59а) и в инверторном (рис 59б).

Недостатки:

3. 
   Усложнение систем управления из-за выработки сигнала управления переключением групп и обеспечения условий для безаварийного переключения;
   
4. 
   Необходимость пауз между работой групп, что снижает быстродействие;
   
5. 
   Нестабильность хар-к электропривода в области малых нагрузок, т.е. из-за отсутствия уравнительных токов работа происходит в обл. прерывистого тока, что затрудняет исп-е раздельного упр-я для электроприводов, которые могут работать в режиме идеального ХХ, напр-р, приводы лифтов;
   
6. 
   Трудность поддержания частоты вращения при знакопеременном моменте нагрузки;
   
7. 
   Возможность возникновения толчков тока при переключении групп, т.к. за время паузы теряется непрерывность управления.
   

Достоинства:

2. 
   Отсутствие урав-ного тока, т.е не нужны урав-ные дроссели;
   
3. 
   Полное исп-е питающего трансформатора по напряжению и по мощности, т.к. здесь допустима работа в выпрямительном режиме с углом управления, =0;
   
4. 
   Более высокий КПД электропривода, т.к. нет потерь от уравнительных токов;
   
5. 
   Меньшая вероятность опрокидывания инвертора, т.к. общее время работы ТП в инверторном режиме уменьшается во много раз;
   
6. 
   Хорошие динамические показатели (отсутствие уравнительных дросселей суммарная индуктивность якорной цепи меньше, чем при совместном управлении);
   
7. 
   Исключение появления больших динамических урав-ных токов в переходных режимах работы из-за различного быстродействия систем инвертора и выпрямителя вследствие неполной управляемости вентилей;
   
8. 
   Более простое соединение вентилей.
   

27 вопрос

КПД и коэффициент мощности тиристорного электропривода постоянного тока.
При определении КПД управляемого выпрямителя нужно учитывать, что понятие мощности, выделяемой в цепи нагрузки =I, может иметь двоякий смысл.

1- это мощность P_d , определяемая как произведение постоянных составляющих (средних значений) выпрямленного тока I_d и напряжения U_d :

P_d = U_d * I_d

2- действительная полная мощность P_d, выделяемая в нагрузке, определяется как средняя мощность от мгновенных значений i_d и u_d в нагрузке за период повторяемости формы выпрямленного напряжения(Т):

(3-57)

Разница в значениях этих мощностей обусловлена наличием пульсаций в выпрямленном напряжении и в токе нагрузки.:

(3-58)

Очевидно, что в случае идеально сглаженного тока нагрузки, когда i_d равен нулю (u_d может быть не равен нулю), значения мощностей P_d и P_d совпадают.

При значительных пульсациях выпрямленного напряжения и тока P_d >> P_d .

Основные потери активной мощности тиристорных преобразователей:

3. 
   В трансформаторе P_т
   
4. 
   В тиристорах преобразователя P_в
   
5. 
   Во вспомогательных устр-ах P_всп (в сист. упр-я, защиты, охлаждения, сигнализации…)
   
6. 
   Дополнительные потери P_доп (потери, обусловленные пульсациями U и I на нагрузке, потери при переключениях вентилей).
   

С учетом потерь КПД:  = (U_d I_d) / (U_d I_d + P_т +P_в +P_всп +P_доп)
3.7.1. Коэффициент мощности тиристорного электропривода постоянного тока.

Коэффициентом мощности (КМ)

в установках переменного тока называется отношение активной мощности, потребляемой установкой к полной.

При опред-ии КМ ТП необходимо уч-ать несинусоидальность потребляемого им тока. На рис 60 представлены диаграммы напряжения u₁ пит. сети и тока i₁, потребляемого однофазным мостовым ТП из сети при допущении идеал. сглаженности выпрямленного тока (L_н = ) и мгновенной коммутации.

Из несинусоидального тока i₁ может быть выделена первая гармоника i₁₍₁₎, отстающая от напр-ия u₁ на угол . Соответственно активная мощность P, потребляемая преобразователем:

P = U₁ I₁₍₁₎ cos 



Полная мощность:

где I₁ - действующее зн-е несинусоидального тока, поступающего из сети;

I_n - действующее значение его n-ой гармоники.

Коэффициент мощности преобразователя:

 - это отношение активной мощности к полной:

Степень несинусоидальности тока в данном случае хар-ся коэф-ом искажения формы первичного тока  (отношение действ. значения первой гармоники тока к дейст-у зн. всего I).

Для несинусоидального тока- мощность искажения T:

Она хар-ет степень различия в формах кривых тока и напряжения.

Коэффициент мощности:  =  cos 

(в идеализированных сх. 3-х фазного нулевого и 3-х фазного мостового преобразователей углы  и  =).

Коэффициенты искажения формы первичного тока при прямоугольной форме потребляемого тока:  = (22 / ) - для однофазной мост. сх.;  = (3 / ) - для 3-х фаз. Мост. сх.

На рис 61 показаны формы первичного тока, при идеальном сглаживании выпрямленного тока I_d для однофазной мостовой (а), 3-х фазной нулевой (б), 3-х фазной мостовой (в) и для 12-ти пульсной (г) схем выпрямления.

При ув-ии пульсности форма первичного тока приближается к синусоиде коэф-т искажения  приближается к 1.

Для более точного определения учитывают угол коммутации  и коэффициент сдвига (cos ) определен приближенно: cos  = cos ( + (/2))

КМ вентильного преобразователя носит индуктивный характер (преобразователь потребляет из сети реактивную мощность) и в основном определяется углом управления .

При определении энергетического режима работы силовой установки (тиристорного преобразователя) важно выяснить, когда она является приемником электрической энергии и когда- источником. Для определения этого необходимо воспользоваться известными признаками источника и приемника, что рассмотрено в параграфе 3.3.1. Эти признаки нужно применить к таким объектам энергетического процесса, как питающая сеть и силовая установка (ТП).

Рассмотрим диаграммы напряжения и тока, изображенные на рис 60.

Здесь питающее напр-ние u₁ синусоидальное. Ток представлен первой гармоникой в общем несин-ом токе i₁₍₁₎ . На уч. 0-1 u₁ и i₁₍₁₎ разного знака (сеть – приемник энергии, силовое устр-во – источник). На уч.1-2 знаки (сеть- ист-к, сил. установка- приемник).

В зависимости от соотношения длительности интервалов времени 0-1 и 1-2 изменяется коэф-т сдвига (cos ). Наибольшее значение он имеет при полной сонаправленности полуволны тока с полуволной напряжения сети, или при полной противонаправленности полуволны (cos  = 1).

Наименьшее значение коэф-т сдвига имеет при отставании синусоиды тока от синусоиды нап-ия на угол 90(В питающем транс-ре тиристорного преобразователя, индуктивности в цепи выпрямленного тока накапливается энергия в виде магнитного поля, затем при размаг-ии эта энергия отдается в сеть). При этом тиристоры, включаясь с углом упр-ния  = 90 только управляют потоками энергии, но не аккумулируют ее.

28 вопрос

Влияние работы вентильного электропривода на питающую сеть.

В вентильном электроприводе =I есть непосредственная связь нагрузки с сетью, то процессы в цепи нагрузки влияют на питающую сеть (как правило негативно), искажая 3-х фазное синусоидальное напряжение питающей сети.

Виды искажений и их причины:

1.Снижение действующего значения U из-за потребления из сети акт. Мощности.

2.Индуктивная составляющая тока сети сдвинута на 90 относительно синусоиды напряжения, вызывает намагничивание железа трансформаторов (снижая их перегрузочную способность), и снижает общий коэффициент мощности сети.

3. Несинусоидальность тока, потребляемого тиристорным преобразователем, а также возможная асимметрия тока в фазах вызывают искажения питающего напряжения (отклонение формы от синусоиды и сдвиг фазных и линейных синусоид, относительно друг друга).

4. 
   Коммутационные провалы в кривых синусоид питающего напряжения. На интервале коммутации имеет место междуфазовое короткое замыкание коммутируемых фаз. .
   

Изменение тока в индуктивностях сети вызывает появление ЭДС самоиндукции, которая проявляется в виде более или менее глубоких провалов в синусоидах напряжения (рис 62).



Глубина провалов зависит от соотношения мощностей вентильного электропривода и мощности короткого замыкания сети. Их можно рассматривать как высокочастотные искажения пит. U.

Высшие гармоники вызывают доп-ные потери мощности в стали тр-ов и эл. машин..

29.Способы увеличения коэффициента мощности

Улучшение коэффициента мощности тиристорных преобразователей.
С ростом угла управления  увеличивается реактивная мощность Q, потребляемая преобразователем из сети, а его коэффициент мощности согласно (3-62) становится меньше, т.е. ухудшается.

Это явление снижает технико- экономические характеристики электрической сети. Поэтому на практике часто принимают меры по повышению коэффициента мощности вентильных электроприводов. Принятие таких мер тем более целесообразно, чем выше мощность электропривода, т.к. в этом случае даже небольшое повышение коэффициента мощности дает значительный экономический эффект за счет экономии электрической энергии.

Простейшим способом повышения коэффициента мощности является установка источников реактивной мощности, например, конденсаторов на первичной стороне трансформатора, питающего преобразователь. Емкость, включенная на синусоидальное напряжение, обеспечивает опережающий сдвиг тока относительно напряжения, т.е. эти устройства вырабатывают реактивную мощность и, таким образом, компенсируют отставание тока от напряжения, вызванное работой ТП на активно- индуктивную нагрузку.

При установке статических конденсаторов с целью улучшения коэффициента мощности тиристорного электропривода постоянного тока (система ТП-Д) возникает опасность выхода из строя этих конденсаторов из-за высокочастотных искажений синусоидального напряжения сети (коммутационных провалов). Дело в том, что для высших гармоник емкостное сопротивление конденсаторов очень мало и через эти емкости проходят большие токи высокой частоты, которые разогревают емкости и статические конденсаторы взрываются от перегрева. Поэтому в системах ТП-Д повышение коэффициента мощности с помощью статических конденсаторов возможно только в тех случаях, когда мощность короткого замыкания сети не менее, чем на два порядка превышает мощность тиристорного электропривода, и т.о. высокочастотные искажения напряжения незначительны.

Для мощных электроприводов нашли применение преобразовательные установки с последовательным соединением двух преобразователей, каждый из которых состоит из 3-х фазной мостовой схемы с питанием от отдельных трансформаторов или от одного трансформатора с двумя системами вторичных обмоток.



Мосты рассчитываются на половинное напряжение и на полный ток нагрузки, т.е. на половину полной мощности преобразовательной установки.

Такой преобразователь с двумя мостами работает следующим образом.

Если оба моста полностью включены (₁ =₂ =0),напряжение преобразователя максимальное. При регулировании напряжения в сторону снижения вначале изменяется угол ₁ и снижается выпрямленное напряжение одного моста, а напряжение второго моста остается постоянным. Когда напряжение первого моста снижается до нуля, результирующее напряжение преобразователя снижается до половинного значения, а при переводе первого моста в инверторный режим (_min) напряжение преобразователя стремится к нулю. Затем увеличивается угол управления ₂ второго моста и напряжение преобразователя стремится к максимальному отрицательному в инверторном режиме.

Таким образом, напряжение преобразователя определяется соотношением:

U_{d } = U_{d0 } ((cos ₁ + cos ₂)/2) (3-66)

Описанный способ управления преобразователем называют согласно-встречным управлением.

Одним из достоинств рассмотренной схемы последовательного соединения мостов является значительное уменьшение потребления реактивной мощности и повышение коэффициента мощности.

Это связано с тем, что при регулировании напряжения один из мостов всегда работает с минимальным потреблением реактивной мощности, т.е. этот мост работает в выпрямительном режиме при значении угла  близком к нулю, или в инверторном режиме при угле ₁ близком к 180.

Потребляемая реактивная мощность всего преобразователя определяется, в основном, реактивной мощностью второго моста. Эта мощность вдвое меньше реактивной мощности одномостового преобразователя, т.к. мощность каждого моста в двухмостовой схеме равна половине полной мощности преобразовательной установки.

Необходимо также отметить, что в рассмотренной схеме преобразователя повышается значение коэффициента искажения формы первичного тока  и, значит повышается значение коэффициента мощности (3-64). Повышение коэффициента  связано с тем, что мост ТП1 питается от вторичной обмотки трансформатора, включенной по схеме “звезда”, а мост ТП2- от обмотки трансформатора, включенной по схеме “треугольник”. Напряжение питания ТП2 сдвинуто от напряжения питания ТП1 на угол 30. Таким образом в результате получается двенадцатипульсное выпрямление.

Кроме рассмотренных выше способов повышения коэффициента мощности электропривода по системе ТП-Д существует ряд других способов. Одним из них является реализация регулирования напряжения за счет опережающего угла , при этом реактивная мощность генерируется в сеть.

Однако широкого распространения в практике этот способ не находит из-за его сложности и ненадежности.

31 вопрос

Принципы импульсного регулирования постоянного напряжения.

Нагрузка подключена к источнику напряжения через ключевой элемент “к”, который периодически замыкается и размыкается. Время замкнутого (t_р) и разомкнутого (t₀) состояний ключа можно автоматически изменять, воздействуя на него сигналами, поступающими из системы управления “СУ”. В результате к нагрузке будет приложено импульсное напряжение, форма которого соответствует диаграмме, представленной на рис 64б.

Очевидно, что среднее значение напряжения на нагрузке будет зависеть от соотношения времени замкнутого и разомкнутого состояний ключа К.



Согласно определению среднего значения напряжения можно записать:

(4-67)

где U_d - среднее значение напряжения на нагрузке;

 = t_р + t₀ - период переключения ключа или время цикла регулирования;

 = 1/ - частота переключения ключа.

Отношение (t_р /) =  (4-68) называют коэффициентом заполнения периода рабочим импульсом. Изменяя , можно регулировать выходное напряжение на нагрузке.

При установлении соотношений между входным и выходным напряжениями, выявляя зависимость тока импульсного преобразователя от регулирующей переменной мы будем использовать коэффициент .

Регулирование напряжения в рассматриваемой схеме за счет изменения коэффициента  можно рассматривать как широтно-импульсное регулирование напряжения на нагрузке.

Возможны три способа регулирования напряжения:

Широтно-импульсное регулирование (ШИР), когда время t_р - переменное, а частота - постоянная;