Раздел 2
Выбор способа и средств управления энергией в роторной цепи асинхронной машины
2.1 Выбор функциональной схемы
Для решения целей диссертационной работы стоит задача выбора функциональной
схемы асинхронного ЭП на базе АВК, при использовании которой можно было бы
избавиться от известных недостатков каскадных схем включения АМ, а именно:
- низкий cos ц сетевого преобразователя при использовании традиционного
фазового управления;
- невозможность построения реверсивного АЭП при управлении только по роторной
цепи;
- несоответствие между уровнем роторного тока и момента на валу, приводящее к
повышенному нагреву машины;
- пониженная перегрузочная способность по моменту АМ в каскадных схемах
включения;
- неравномерность вращения ротора.
Последние три недостатка связаны с несинусоидальностью роторных токов АМ в
системе АВК.
К настоящему времени предложено много вариантов силовых цепей АВК, позволяющих
улучшить тот или иной показатель, поэтому требуется хотя бы ориентировочная
оценка основных вариантов.
В качестве показателей для сравнения могут быть выбраны массо-габаритные,
регулировочные, энергетические. Например, при одинаковом диапазоне
регулирования скорости они могут быть такими:
1) количество вентилей, используемых в силовой части АВК;
2) количество каналов систем импульсно-фазового управления вентилями;
3) количество каналов, используемых при управлении координатами ЭП;
4) установленная мощность преобразовательного оборудования;
5) перегрузочная способность ЭП на базе АВК;
6) коэффициент мощности используемых преобразовательных устройств (без
двигателя);
7) общий коэффициент полезного действия установки.
Для сравнения выберем несколько вариантов построения асинхронного ЭП на базе
АВК. Первый из них, условно назовем его традиционным, подробно описан в [25,
26]. Он содержит (рис. 2.1) роторный преобразователь (РП) U1 и сетевой
преобразователь (СП) U2, соединенные последовательно согласно по цепи
постоянного тока, а на стороне переменного тока подключены к роторной обмотке
двигателя (РП) и через согласующий трансформатор - к питающей сети переменного
тока (СП). Статорная обмотка подключается к сети через тиристорный коммутатор
U3 (реверсор на четырех биполярных вентилях). Для сглаживания и сужения зоны
прерывистости выпрямленного тока АВК служит дроссель L.
Рис. 2.1. Традиционный вариант построения системы АВК
Регулирование скорости ЭП реализуется, естественно, изменением угла открывания
тиристоров СП. Такой вариант АВК позволяет получить диапазон регулирования до
10 при постоянном моменте нагрузки на валу двигателя.
Поскольку выпрямленный ток АВК однонаправленный, а РП неуправляемый, то
требуется организация разнополярного вращающего момента двигателя, необходимого
с одной стороны для торможения ЭП, а с другой - его реверса. В [27] это
решается путем подключения статора двигателя через тиристорный пускатель, с
помощью которого реализуется возбуждение статора постоянным током при
рекуперативно-динамическом торможении, а также изменение порядка чередования
фаз подводимого напряжения при реверсе ЭП. По такой схеме строятся ЭП серии
ПАВК и со станциями управления ПРБУ.
Достоинством такого варианта построения ЭП является, прежде всего, симметрия
механических характеристик относительно направления вращения вала
электродвигателя, поскольку магнитное поле машины вращается всегда по
направлению вращения ротора или неподвижно в пространстве. Кроме того, РП
реализуется на диодах, что значительно упрощает схему управления вентильными
преобразователями. Но, с другой стороны, для реверсирования ЭП требуются
дополнительные тиристоры, что усложняет общую схему АВК. К тому же, из-за
реакции ротора магнитный поток машины в режиме рекуперативно-динамического
торможения непостоянен, что делает систему АВК нелинейной как в статистике, так
и в динамике. Это вносит дополнительные трудности при реализации систем
управления, особенно при оптимизации контуров регулирования.
У второго варианта (рис. 2.2) оба преобразователя в роторной цепи построены на
тиристорах и надобность в реверсоре отпадает, поскольку реверс ЭП
осуществляется посредством фазового сдвига управляющих импульсов роторного
преобразователя в область инвертирования. По такому варианту организованы
тормозные режимы асинхронного двигателя в [28, 29].
В связи с тем, что при реверсе ЭП двигатель вращается против поля, то при
обратной скорости, близкой к таковой поля машины, на зажимах ротора
генерируется удвоенное напряжение по отношению к номинальной э.д.с. Ерн. Это
потребует использования согласующего трансформатора удвоенной мощности по
отношению к номинальной двигателя Рн (если роторное напряжение значительно
отличается от сетевого) и более высокого класса вентильных элементов.
Рис. 2.2. Вариант построения системы АВК с использованием двух
тиристорных преобразователей.
Для изменения фазы роторного тока относительно его э.д.с РП используется как в
выпрямительном, так и в инверторном режимах. Если он работает в выпрямительном
режиме, а СП - в инверторном, то при вращении вала двигателя как по полю, так и
против него, энергия скольжения ротора передается в сеть. При переводе
роторного преобразователя в инверторный режим, а сетевого - в выпрямительный,
механическая энергия, получаемая машиной с вала, преобразуется в электрическую
и за вычетом потерь в машине отдается через статорную обмотку снова в сеть,
если ротор вращается по полю (рекуперативное торможение). При вращении же
ротора против поля в двигательном режиме электрическая энергия поступает в
ротор от сетевого преобразователя и в ви
- Київ+380960830922