Способы регулирования напряжения для АД

 

Для регулирования напряжения на статоре могут быть использованы различные электромеханические устройства, а также тиристорного регулятора напряжения (далее ТРН).

Рассмотрим способ регулирования скорости асинхронного двигателя изменением величины напряжения питания посредством применения ТРН, предназначенных для регулирования среднего значения напряжения в цепи статора асинхронного двигателя.

Различают ТРН с естественной, принудительной и искусственной коммутацией. При естественной коммутации тиристоры, включены в фазные обмотки статора или ротора встречно-параллельно. На рис.4 представлены схемы, которые могут применяться для двигателей с обмоткой статора, соединенной в звезду без нулевого провода.

Для всех схем естественной коммутации частота коммутации жестко связана с частотой сети и кратна ей, причем кратность определяется числом тиристоров в фазах. Число тиристоров в схемах ТРН может быть равным 6, 4, 3 и 2. Это число одновременно характеризует их название: 6ТРН, 4ТРН, 3ТРН и 2ТРН.

Рис.4. Варианты исполнения ТРН с естественной коммутацией

тиристоров, а- по схеме 6ТРН в нулевой точке, по схеме 6ТРН в

фазах, б- по схеме 6ТРН в нулевой точке, в- по схеме 3ТРН в

фазах, г- по схеме 3ТРН в нулевой точке, д- по схеме 4ТРН в

фазах, е - по схеме 2ТРН,

 

При естественной коммутации изменение среднего значения напряжения осуществляется системой фазного управления, которая регулирует угол , соответствующий моменту времени, когда открываются тиристоры. При этом начало коммутации отдельных фаз строго синхронизировано с соответствующими напряжениями сети со стандартной частотой ( Гц) с учетом сдвига по фазе 0,0067 (для 3ТРН) или 0,0035 (для 6ТРН).

Время включенного состояния тиристора связано с углом проводимости

(17)

 

Относительное время включенного состояния тиристора

(18)

Углы и связаны сложной трансцендентной зависимостью, определяемой схемой тиристорного регулятора.

ТРН с искусственной коммутацией тиристоров применяются при импульсном управлении асинхронным двигателем.

Сущность такого управления заключается в том, что нулевые точки фазных обмоток статора замыкаются в звезду на заданный период через трехфазный выпрямительный мост тиристорным коммутатором. Величина этого периода зависит от времени открытого состояния тиристоров коммутатора. Хотя силовая часть схемы в этом случае усложняется по сравнению со схемой, когда используется естественная коммутация, однако она позволяет изменять в широких пределах частоту коммутации. Периоды включения двигателя и тиристора совпадают и определяются принятой частотой коммутации , которую практически выбирают такой, чтобы снизить по возможности электрические потери и уменьшить пульсации электромагнитного момента асинхронного двигателя. Для этого тиристор коммутируется с частотой, превышающей частоту сети.

Рис.5 Схема ТРН с импульсным управлением двигателем

 

Одна из возможных схем импульсного управления асинхронным двигателем показана на рис. 5.

По этой схеме режим коммутации обеспечивается с помощью импульсов от внешних источников постоянного тока СУ1 и СУ2. В этой схеме фазные обмотки статора АД замыкаются в звезду через силовой выпрямительный мост Д1 на время открытого состояния тиристора Т1. После подачи сигнала управления на Т1 двигатель подключается к сети, а конденсаторы С1 и С2 заряжаются от выпрямительного моста Д2 по цепи Д2 R 2 C 1T1 C 2. При последующей подаче управляющего сигнала на тиристор Т2 он так же открывается в результате чего происходит разряд конденсаторов С1 и С2 по контуру С 1Т2 С 2Т1, а вследствие этого к тиристору Т1 прикладывается гасящее напряжение с последовательно включенных конденсаторов С 1 и С 2 и он закрывается.

После закрытия тиристора Т1 происходит разрыв звезды в фазных обмотках статора двигателя и он отключается от сети, а от моста Д1 эти конденсаторы С1 и С2 перезаряжаются. И как только произойдет очередное импульсное включение тиристора Т1, происходит следующий разряд конденсаторов С1 и С2 по вышеописанной схеме, вследствие чего уже к тиристору Т2 прикладывается гасящее напряжение. Таким образом, работа одного из тиристоров гасит работу другого.

Время открытого состояния тиристора Т1 является и временем работы двигателя, с увеличением относительного времени q (скважности) включения этого тиристора растут среднее значение напряжения на статоре и развиваемый двигателем момент. Если тиристор Т1 включен весь период коммутации (), то к двигателю приложено все напряжение сети. Наоборот, когда , напряжение на статоре, а следовательно, и момент двигателя равны нулю. Так, регулируя время включенного состояния тиристора, меняют среднее значение напряжения, прикладываемого к двигателю.

Регуляторы статорного напряжения асинхронного двигателя не обеспечивают глубокого регулирования скорости на линейном участке его механической характеристики без добавочных резисторов в роторе. Поэтому целесообразно регулировать статорное напряжение при включении в цепь ротора нагрузочных резисторов (для АД с фазовым ротором).

Как упоминалось выше (12), момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения на статоре, поэтому механические характеристики электропривода по системе ТРН-АД практически отличаются лишь в той мере, в какой отличаются зависимости квадратов скольжения при заданном относительном времени включения тиристоров.