Тиристорное управление электроприводом

Основными факторами, обусловившими быстрое развитие тиристорного электропривода, являются следующие: высокий КПД тиристорного преобразователя (0,95−0,97); относительно малые габариты, масса и инерционность тиристоров; незначительная мощность устройств управления.

Использование тиристоров и соответствующих систем управления позволяет получать требуемые регулировочные характеристики и динамические режимы двигателей как переменного, так и постоянного тока.

Тиристорный электропривод переменного тока. Для регулирования частоты вращения асинхронного двигателя тиристоры включаются в цепь статора или ротора. В первом случае с их помощью можно регулировать амплитуду (фазное регулирование) или частоту (частотное регулирование) синусоидального напряжения на обмотках статора и, следовательно, изменять вращающий момент на валу двигателя и частоту его вращения

Во втором случае можно изменять активное сопротивление цепи ротора и таким образом регулировать его частоту вращения путём изменения критического скольжения.

На рис. 6.16 приведена схема преобразователя (регулятора) переменного напряжения в цепи статора асинхронного двигателя М с двумя встречно-параллельными тиристорами в каждой фазе: VS1; VS2; VS3; VS4; VS5; VS6. Вместо двух встречновключенных тиристоров (например VSI, VS2) может быть включен один симистор. Устройство управления синхронно открывает тиристоры в порядке чередования фаз. Изменяя момент времени отпирания тиристоров (VS1-VS6), относительно момента перехода фазного напряжения сети через ноль (угол управления тиристорами рис. 6.14), можно регулировать амплитуду напряжения основной гармоники.

Отпирание тиристоров осуществляется подачей импульсов управления на УЭ тиристоров с блока фазного управления. Выключение тиристоров осуществляется автоматически при изменении полярности напряжения соответствующей фазы. Такой режим называется естественной коммутацией. Реверс вращения двигателя осуществляется переключателем S1.

Искусственной коммутацией называется выключение тиристора посредством подключения к его выводам какоголибо источника энергии, создающего в нём ток обратного направления. Примером может служить тиристорное управление в цепи ротора асинхронного двигателя М (рис. 6.17.). В цепи ротора включен неуправляемый выпрямитель на диодах VD1-VD6, на выходе которого включены последовательно соединённые рабочий тиристор VS1 и резистор R1. Рабочий тиристор VS1, замыкающий цепь выпрямленного тока через резистор R1, имеет узел искусственной коммутации, который содержит вспомогательный тиристор VS2, конденсатор С и резистор R2.

Рис. 6.16. Схема регулирования скорости вращения асинхронного двигателя с помощью тиристоров в цепи статора.

Рис. 6.17. Схема регулирования скорости вращения асинхронного двигателя с помощью тиристоров в цепи ротора

Пусть первоначально рабочий тиристор VS1 открыт, а вспомогательный VS2 закрыт. В это время конденсатор С заряжается через резистор R2 и тиристор VS1 так, как показано на рис. 6.17. Подадим теперь на управляющий электрод вспомогательного тиристора VS2 отпирающий сигнал из блока управления. Вспомогательный тиристор VS2 включится, и конденсатор начнёт разряжаться через него и рабочий тиристор VS1. Так как при этом разрядный ток конденсатора направлен навстречу прямому току рабочего тиристора VS1, то последний выключается. После этого конденсатор перезаряжается через резистор RI и открытый вспомогательный тиристор VS2 полярностью, показанной в скобках (рис. 6.17).

Чтобы вновь включить рабочий тиристор VS1, на его управляющий электрод надо подать сигнал из блока управления. При этом конденсатор С своим разрядным током выключает вспомогательный тиристор VS2, а сам конденсатор перезаряжается, как указано выше, возвращаясь к состоянию, показанному на рис. 6.17.

Следующий цикл начинается с подачи сигнала из блока управления на управляющий электрод вспомогательного тиристора VS2. Эквивалентное сопротивление цепи ротора зависит от отношения интервалов времени открытого и закрытого состояний рабочего тиристора VS1. Регулируя это отношение, можно изменять среднее значение тока ротора и, следовательно, момент, развиваемый асинхронным двигателем, а также скорость вращения двигателя.

Одним из наиболее перспективных способов регулирования частоты вращения асинхронных двигателей является изменение частоты напряжения на обмотках статора. Для этой цели широко используются тиристорные автономные инверторы, т. е. устройства преобразования постоянного напряжения в переменное с любым числом фаз.

Рассмотрим простейшую схему однофазного автономного инвертора (рис. 6.18), в которой источник постоянного напряжения Е соединён со средней точкой первичной обмотки трансформатора ТУ.

Когда тиристор VS1 включается сигналом блока управления, а тиристор VS2 закрыт, то источник постоянного напряжения Е подключается к левой половине первичной обмотки м>/ трансформатора ТУ. Ток этой части первичной обмотки возбуждает магнитный поток в магнитопроводе трансформатора. При этом во вторичной обмотке W2 трансформатора TV индуктируется ЭДС, а конденсатор С заряжается (приложение 2), как показано на рис. 6.18.

Рис. 6.18. Схема однофазного автономного инвертора.

Если управляющий сигнал включает тиристор VS2 то перезарядка конденсатора С закрывает тиристор VS1, а источник постоянного напряжения Е подключается к правой половине первичной обмотки трансформатора TV. В магнитопроводе возбуждается магнитный поток противоположного направления, чему соответствует и изменение направления ЭДС, индуктируемой во вторичной обмотке м>2. Частота переменного напряжения, получаемого на выходе инвертора, определяется частотой генератора управляющих сигналов блока управления, включающих поочередно тиристоры VS1 и VS2. Форма выходного напряжения U_ebix является прямоугольной, однако при включении на выходе инвертора фильтра она будет близка к синусоидальной.

Тиристорные выпрямители и тиристорные инверторы, принято называть тиристорными преобразователями. В электроприводе иногда используют и более сложные тиристорные преобразователи, например тиристорный выпрямитель-инвертор-выпрямитель.

Таким образом, применение различных способов тиристорного управления позволяет плавно и экономично регулировать частоту вращения асинхронных двигателей, а также двигателей постоянного тока в диапазоне 50:1 и выше.