05 июня 2017г.
В предыдущих работах авторов рассматривалась возможность создания электропривода постоянного тока, в котором двигатель находится в звене постоянного тока преобразователя частоты между неуправляемым выпрямителем и управляемым инвертором. Угол открытия тиристоров инвертора меняется от 165° до 15°, таким образом он в разное время работает и как инвертор, и как выпрямитель. Можно сказать, что к двигателю подается двойное питание.
В результате создания такого устройства предполагается повышение энергоэффективности за счет возможности отдачи энергии обратно в сеть, а также повышения синусоидальности тока сети по сравнению с питанием двигателя от обычного тиристорного преобразователя. Схема подключения двигателя постоянного тока показана на рисунке 1.
Устройство работает следующим образом. Повышенное питающее напряжение через трансформатор 1 поступает на диодный выпрямитель 2 и на инвертор 3, угол открытия которого в начальный момент времени задан 165°. На выходе выпрямителя получаем постоянные напряжение и ток, который подается на двигатель постоянного тока 4. Система управления 5 изменяет угол открытия инвертора от 165° до 15°, при этом в начале двигатель только потребляет энергию, а затем частично отдает ее обратно в сеть через инвертор. Регулятор угла открытия имеет обратную связь от датчика тока 6 в звене постоянного тока, что исключает необходимость использования датчика скорости. Для сглаживания пульсаций присутствует RC- и LC-фильтры (7, 8). К двигателю в этом случае подается напряжение, изменяющееся во времени и равное разнице векторов напряжения выпрямителя и инвертора:
DU=Uв -Uи .
На рисунке 2 показана модель разработанного электропривода в Matlab Simulink. В данной модели угол управления инвертором задается ступенчато, изменяясь на 15° за 1 с.
Модель электропривода, в котором двигатель питается через тиристорный выпрямитель от трехфазной сети приведена на рисунке 3. При на тиристоры подаются углы управления от 90° до 15°. В обоих моделях исследуется двигатель ПН-205.
При этом были получены пусковые характеристики двигателя в обоих случаях (ток статора, электромагнитный момент, угловая скорость), показанные на рисунке 4.
Можно сделать вывод, что при изменении значений угла открытия тиристоров во втором случае характеристики тока и момента становятся более гладкими и имеют меньшие пусковые значения, однако время переходного процесса увеличивается.
Тезис о повышении синусоидальности формы тока в разработанной системе электропривода доказывается рисунком 5, где показаны характеристики напряжения и тока в сети повышенного напряжения 660 В.
На рисунке 6 показаны характеристики напряжения и тока в сети 380 В
после понижающего трансформатора.
Анализируя график тока можно заметить снижение его значения в звене постоянного тока на 50%, при этом видно, что график тока системы с ТП имеет пульсирующий характер, что может говорить о наличии у двигателя в данной системе зоны прерывистых токов, в которой его работа недопустима. Так, исследования модели показали неустойчивость работы при угле управления, меньшем 15°. Разработанная система таких недостатков не имеет, и электропривод может работать при углах управления, близким к 180° и 0°.
Подводя итоги, можно сделать общий вывод об улучшении работы электропривода постоянного тока с двойным питанием по сравнению с аналогичным двигателем, питающемся от тиристорного преобразователя. Изменения существенно коснулись
формы тока в сети,
улучшился ее гармонический состав. При этом значения тока, подаваемого на статор двигателя, уменьшилось, а двигатель стал способен разгоняться до скорости, в два раза большей исходной. Еще одним достоинством новой системы можно считать отсутствие у двигателя зоны прерывистых токов.
Список литературы
1.
Терехов В.М. Системы управления электроприводов
[Текст]: учебник для вузов / В. М. Терехов, О. И. Осипов. – Саратов: Саратовский полиграфический комбинат, 2005. – 301 с.
2.
RU 2472283 С1. Магнитно-вентильный преобразователь для электропривода
постоянного тока./Авт. Изобр.: В.И. Доманов, А.В. Доманов, И.Ю. Муллин, К.Е. Карпухин.
3.
RU 2237344 Российская Федерация. Электропривод переменного тока / В.Н.
Мещеряков.