Сандлер А. С.
Преобразователи частоты на тиристорах для управления высокоскоростными двигателями
БИБЛИОТЕКА ПО АВТОМАТИКЕ
Выпуск 377
ЭНЕРГИЯ
МОСКВА 1970
Редакционная коллегия: И. В. Антик, Г. Т. Артамонов, А. И. Бертинов, А. А. Воронов, Л. М. Закс, В. С. Малов, В. Э. Низе, Ю. В. Слежановский, Б. С. Сотсков, Ф. Е. Темников, М. Г. Чиликин, А. С. Шаталов
В книге излагаются требования, которым должны удовлетворять статические (тиристорные) преобразователи частоты для управления высокоскоростными асинхронными двигателями. Дается обоснование выбора рациональной системы преобразователя с промежуточным звеном постоянного тока, состоящего из регулируемого тиристорного выпрямителя и инвертора регулируемой частоты. Рассматриваются физические основы работы, а также даются методы расчета отдельных силовых элементов и системы управления преобразователя частоты для высокоскоростных двигателей.
Для защиты асинхронных электродвигателей используются устройства плавного пуска.
Книга предназначена для инженеров, занятых проектированием и эксплуатацией автоматизированных электроприводов промышленных установок, и может быть использована в качестве учебного пособия студентами старших курсов, специализирующимися в области электропривода и электромашиностроения.
А. С. Сандлер, Г. К. Аввакумова, А. В. Кудрявцев, А. А. Никольский. Преобразователи частоты на тиристорах для управления высокоскоростными двигателями. Москва, «Энергия», 1970. 80 с. с илл. (библиотека по автоматике, вып. 377).
Издательство Энергия
Содержание книги
Преобразователи частоты на тиристорах для управления высокоскоростными двигателями
Введение
Глава первая. Автономные инверторы
1. Требования к автономным инверторам
2. Коммутирующие элементы автономных инверторов
3. Схемы автономных инверторов
а) Автономные инверторы с одноступенчатой коммутацией
б) Автономные инверторы с двухступенчатой коммутацией
4. Открывание и закрывание тиристоров в автономных инверторах
5. Методика расчета автономных инверторов
6. Особенности работы автономного инвертора с высокоскоростным двигателем
Глава вторая. Регуляторы напряжения
7. Законы регулирования напряжения
8. Способы регулирования напряжения
9. Схемы регуляторов напряжения
Глава третья. Системы управления преобразователями частоты
10. Схема управления автономным инвертором
11. Расчет схемы управления автономным инвертором
а) Расчет схемы совпадений с ключевыми транзисторами
б) Расчет задающего генератора по схеме Ройера
12. Схемы управления регулируемыми выпрямителями
а) Схемы управления однофазными тиристорными выпрямителями
б) Схема управления трехфазными тиристорными выпрямителями
13. Расчет схемы управления трехфазным мостовым регулируемым выпрямителем
14. Источники питания схем управления
15. Релейно-контакторная автоматика и защита преобразователи
Глава четвертая. Схемы и характеристики выполненных преобразователей частоты
Литература
Введение
В настоящее время все большее применение в промышленности находят высокоскоростные электроприводы, состоящие из высокоскоростных электродвигателей и управляемых преобразовательных устройств. Высокоскоростные электродвигатели (3—150 тыс. об/мин и выше) широко используются в станкостроении (во внутришлифо-вальных, координатно-шлифовальных и др. станках), в деревообрабатывающей и текстильной промышленности, при ускоренных испытаниях опор качения и скольжения, при различных физических исследованиях и в других отраслях народного хозяйства.
В качестве высокоскоростных электродвигателей, как правило, применяются двухполюсные асинхронные электродвигатели повышенной частоты (200—2 500 гц) с короткозамкнутым ротором. Для питания таких электродвигателей требуются преобразователи частоты, преобразующие энергию промышленной частоты или постоянного тока в энергию повышенной частоты. В большинстве случаев требуется не только получение высоких скоростей вращения, но и регулирование скорости в определенном диапазоне.
Известны различные способы регулирования скорости вращения асинхронных короткозамкнутых двигателей. К ним можно отнести регулирование: а) переключением числа полюсов статорной обмотки; б) изменением подводимого напряжения, например, с помощью насыщающихся дросселей; в) совмещением первого и второго способов; г) изменением частоты.
Из приведенных способов регулирования наиболее экономичным, отличающимся высокой плавностью, легко поддающимся автоматизации, является способ регулирования скорости вращения изменением частоты напряжения, подводимого к статору двигателя, при этом одновременно с изменением частоты необходимо, как правило, по определенному закону регулировать и величину напряжения. Преобразователи частоты могут быть как вращающимися, так и статическими.
Из многообразия вращающихся (электромашинных) преобразователей частоты можно выделить четыре основные группы агрегатов: с синхронными генераторами, с индукционными генераторами, с асинхронным преобразователем частоты и коллекторные преобразователи.
Сравнительно высокая частота (2 000 гц и выше) может быть получена практически только от индукционного генератора. Создание остальных типов генераторов на такую частоту практически невозможно по конструктивным соображениям.
Агрегат с индукционным генератором содержит непосредственно генератор, приводимый во вращение двигателем постоянного тока. Плавное изменение частоты на выходе генератора осуществляется изменением скорости вращения приводного двигателя, а изменение напряжения — изменением тока возбуждения генератора.
Для питания приводного двигателя постоянного тока можно использовать генератор постоянного тока или регулируемый выпрямитель на тиристорах. Общее количество электрических машин преобразовательного агрегата в системе генератор — двигатель равно четырем.
Независимое возбуждение индукционного генератора позволяет в некоторых пределах раздельно регулировать выходное напряжение и частоту. Однако вследствие насыщения магнитной цепи генератора имеется возможность получить напряжение на его выходе, лишь незначительно превышающее величину, соответствующую закону регулирования.
К достоинствам такого электромашинного преобразователя частоты следует отнести: 1) использование серийных электрических машин и 2) плавное изменение частоты в широком диапазоне.
К недостаткам его относятся: 1) значительный вес и габариты; 2) малое быстродействие, так как изменение частоты связано с изменением скорости вращения индукционного генератора; 3) относительно низкий к. п. д. ввиду многократного преобразования энергии; 4) значительный шум, создаваемый машинами преобразователя.
В связи с отмеченными недостатками электромашинные преобразователи регулируемой частоты почти не получили применения.
Проводимые в последние годы работы по созданию статических преобразователей частоты стали особенно перспективными в связи с налаженным производством полупроводниковых приборов — тиристоров. Использование тиристоров придает преобразователям частоты ряд ценных свойств, выгодно отличающих их от аналогичных преобразователей, выполненных на электронных и ионных приборах. При этом:
1) увеличивается к. п. д. преобразователя за счет малого падения напряжения на тиристоре в открытом состоянии (не более 1,5—2 в) и отсутствия потребления энергии на накал катода, неизбежного в электронных и ионных приборах;
2) уменьшаются вес и габариты преобразователей частоты;
3) благодаря меньшему времени восстановления достигаются существенно большие рабочие частоты;
4) за счет высокого коэффициента усиления упрощается и облегчается система управления преобразователем.
Кроме того, преобразователи частоты, выполненные на тиристорах, отличаются постоянной готовностью к действию, вибро- и ударостойкостью, бесшумностью в работе, практически не требуют обслуживания.
Существующие статические преобразователи частоты можно разделить на следующие основные группы:
а) преобразователи с непосредственной связью;
б) преобразователи с промежуточным звеном переменного тока повышенной частоты;
в) преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока.
Преобразователи с непосредственной связью позволяют получить выходное напряжение регулируемой частоты путем непосредственного преобразования напряжения сетевой частоты. Коммутация тиристоров естественная, без применения коммутирующих конденсаторов.
Невозможность получения выходной частоты более примерно одной трети от частоты питающей сети делает преобразователи этой группы неприменимыми для получения высоких частот.
Существуют схемы преобразователей частоты с непосредственной связью для получения повышенных частот, в которых применяется искусственная (емкостная) коммутация тиристоров, но они содержат большое количество тиристоров, из-за чего их применение нельзя считать целесообразным.
В преобразователях с промежуточным звеном переменного тока повышенной частоты трехфазное напряжение сетевой частоты вначале преобразуется в однофазное переменное повышенной частоты. Далее напряжение повышенной частоты преобразуется в трехфазное напряжение регулируемой частоты. Большое количество тиристоров, необходимость получения промежуточной частоты, значительно превосходящей наибольшую выходную, ограничивает применение данного типа преобразователей для получения высоких частот. Поэтому преобразователи с промежуточным звеном переменного тока повышенной частоты также не могут быть использованы.
В преобразователях с промежуточным звеном постоянного тока переменное напряжение питающей сети выпрямляется и подается на автономный инвертор, преобразующий постоянное напряжение в переменное регулируемой частоты. Напряжение на выходе преобразователя регулируется путем изменения напряжения регулируемого выпрямителя, причем число фаз и его схема выбираются независимо от схемы инвертора. Выходная частота регулируется изменением частоты коммутации тиристоров инвертора с помощью системы управления инвертором.
Выходная частота преобразователя может регулироваться в широком диапазоне как вверх, так и вниз от частоты питающей сети. Это достоинство преобразователей частоты с промежуточным звеном постоянного тока в значительной степени определяет область их применения.
К недостаткам данной группы преобразователей обычно относят наличие в них двукратного преобразования энергии. Однако благодаря простоте схем и сравнительно небольшому количеству тиристоров (8—12), энергетические показатели преобразователей частоты с промежуточным звеном постоянного тока не уступают показателям других преобразователей, а в ряде случаев и превосходят. Одним из существенных недостатков данного типа преобразователей является то, что срыв коммутации в инверторе приводит к аварийному режиму короткого замыкания выпрямительного звена. Это требует надежной быстродействующей защиты. Однако при правильном выборе коммутирующих элементов вероятность срыва коммутации весьма мала.
Из приведенного краткого обзора различных преобразователей частоты можно сделать заключение, что для электроприводов с высокоскоростными асинхронными короткозамкнугыми двигателями наиболее рациональным является статический преобразователь частоты на тиристорах с промежуточным звеном постоянного тока. Блок-схема наиболее распространенного тиристорного преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока приведена на рис. 1. Преобразователь содержит три основных элемента: силовую часть, систему управления силовой частью преобразователя, релейно-контакторную аппаратуру управления защиты преобразователя.
Скачать книгу Преобразователи частоты на тиристорах для управления высокоскоростными двигателями. Москва, Издательство "Энергия", 1970
|
