Схема системы тиристорный преобразователь двигатель

Двигатель постоянного тока Д получает питание от тиристорного преобразователя ТП, который преобразует напряжение сети переменного тока Uc в выпрямленное напряжение Uя, приложенное к цепи якоря двигателя. Для сглаживания пульсаций тока в цепь якоря введен сглаживающий реактор Р. Выпрямленное напряжение Uя зависит от угла регулирования а, противоЭДС нагрузки, тока нагрузки, падений напряжения на элементах силовой цепи преобразователя, и внешние характеристики преобразователя UTП=UЯ=f(Iя, Е) при ?=const имеют сложный нелинейный вид.
Внешняя характеристика тиристорного преобразователя близка к линейной только при непрерывном токе нагрузки. При этом процессы в цепи выпрямленного тока определяются средними значениями напряжения и тока, что позволяет без большой погрешности представить преобразователь в качестве источника питания с ЭДС Еп и эквивалентным внутренним сопротивлением Rп экв. Значения Еп в этом режиме однозначно определяются утлом регулирования а и при линейной характеристике СИФУ зависимость а показана En=f(U) на рис.6.10,б (кривая 1) При замене реальной характеристики линеаризованной как динамическое звено системы электропривода тиристорный преобразователь в режиме непрерывного тока описывается уравнением

где kn=En/Uy=const; Tn — малая постоянная, учитывающая дискретность, запаздывание и наличие фильтров в системе фазоим-пульсного управления.
Уравнение электрического равновесия для якорной цепи, записанное в операторной форме, в этом режиме аналогично (6.7) для системы Г-Д:

где RЯ?=Rпэкв+Rя?дв — суммарное сопротивление якорной цепи ТП-Д; Rп.экв=Rк+Rт+Rр+Rвср — эквивалентное сопротивление преобразователя, Rк=mхт/2? — сопротивление, учитывающее снижение выпрямленного напряжения из-за процессов коммутации токов вентилями преобразователя; Rт, XT – приведенные ко вторичной цепи активное и индуктивное сопротивления рассеяния фазы трансформатора; m — число фаз выпрямления; R — сопротивление обмотки сглаживающего реактора Р; RK-усредненное сопротивление п вентилей, по которым протекает ток Iном.
С помощью (6.15) при Ф=Фном получим уравнение механической характеристики:

Следовательно, в режиме непрерывного тока механические характеристики электропривода в системе ТП-Д при принятых допущениях аналогичны системе Г-Д. Статические характеристики, соответствующие (6 16) при р=0, показаны на рис 6.10,в.
Реальные статические механические характеристики могут отличаться от представленных на рис.6.10,в. Если в системе используется реверсивный тиристорный преобразователь с совместным согласованным управлением комплектами вентилей, характеристики могут несколько отличаться в зоне перехода от двигательного режима к режиму рекуперации вследствие неточности согласования характеристик управления комплектами вентилей (при Uy=0, ?>90 °).
При раздельном управлении комплектами вентилей в области малых нагрузок ток становится прерывистым, и это существенно меняет характеристики. При U=0 и ?=90 ° среднее значение Eп становится не равным нулю и увеличивается по мере уменьшения интервала проводимости. Для Iя=0 зависимость Eп=f(Uу) при p=0 приобретает вид кривых 2 и 3. В зоне прерывистых токов искажаются и механические характеристики, как показано на рис.6.10,в для естественной характеристики 1 штриховыми линиями 2 и 3.
Наиболее существенные особенности в систему ТП-Д вносит использование нереверсивного тиристорного преобразователя. При этом система является неполноуправляемой, ток якоря может протекать только в одном направлении. Соответственно механические характеристики во втором и третьем квадрантах не существуют.
Учет особенностей, вносимых различными тиристорными преобразователями, при проектировании электропривода имеет важное практическое значение Ему уделяется главное внимание в курсе «Системы управления электропривода» при изучении свойств и методов построения и расчета различных систем ТП-Д. В данном курсе для выявления общих закономерностей регулируемого электропривода предполагается работа системы ТП-Д при непрерывном токе и используются уравнения (6.14)-(6.16).
Структурные схемы системы ТП-Д, соответствующие этим уравнениям и уравнению движения электропривода при жестких механических связях, представлены на рис.6.11,а и б. При составлении схемы на рис.6.11,б уравнение (6.14) представлено в виде

Система ТП-Д отличается весьма высоким быстродействием преобразователя. Постоянная времени Тп при полупроводниковой СИФУ не превосходит 0,01 с. Соответственно возможности создания быстродействующих электроприводов при переходе к системе ТП-Д существенно расширяются.
Оценим экономичность системы ТП-Д в сравнении с системой Г-Д. При использовании нереверсивного преобразователя установленная мощность системы ТП-Д составляет 2Рдв, т.е. меньше, чем для системы Г-Д. Однако при этом система ТП-Д имеет ограниченные технические возможности. В сравнимом варианте использования реверсивного преобразователя установленные мощности систем ТП-Д и Г-Д примерно одинаковы. Однако преимущества статического преобразователя перед вращающимся при этом говорят в пользу системы ТПД.
Важным достоинством системы ТП-Д является ее высокий КПД. Потери энергии в тиристорах при протекании номинального тока составляют 1-2% номинальной мощности привода. Поэтому даже с учетом потерь в реакторе и трансформаторе КПД преобразователя при мощности, составляющей десятки киловатт, достаточно высок.
Недостатками тиристорного преобразователя являются изменяющийся в широких пределах cos ф, равный примерно cos ?, и значительные искажения формы потребляемого из сети тока. Для повышения коэффициента мощности применяют регулируемые фильтрокомпенсирующие устройства.

Тиристорный преобразователь постоянного тока

Для выравнивания переменного тока в постоянный требуется использование специальных устройств. Тиристорный преобразователь частоты для индукционного нагрева применяется в различных областях промышленности для регулирования напряжения и прочих параметров электрической энергии.

Принцип работы и конструкция

Для преобразования нагрузки может использоваться тиристорный или транзисторный высоковольтный преобразователь на базе IGBT. Тиристорный частотный преобразователь (ТП, ТПР или ТПЧ) – это электрическое устройство для преобразования переменного тока в постоянный, регулирования его уровня и прочих характеристик. С его помощью можно уравнивать различные параметры электрических редукторов: скорость вращения в момент пуска, угол и прочие.

Фото — тиристорный уравнитель

Тиристорный преобразователь применяется для двигателя постоянного тока (ДПТ) вместе с системой автоматического регулирования (FR A700 в Mitsubishi Electric, Siemens Simoreg DC Master, Omron Yaskawa). Он имеет очень широкую область применения благодаря своим достоинствам:

1. Высокий показатель КПД – до 95 % (к примеру, у модели ПН-500);
2. Широкий спектр контроля. Его можно использовать для двигателя с мощностью от десятых киловатта до нескольких мегакиловатт;
3. Способность выдерживать сильные импульсные нагрузки при включении электродвигателя в сеть;
4. Высокие показатели надежности и долговечности;
5. Точность в работе.

Но у такой системы есть определенные недостатки. В первую очередь – это низкий коэффициент мощности, который проявляется при глубоком регулировании производственных процессов. Компенсировать его можно при помощи дополнительных устройств. Кроме этого, мощный преобразователь вызывает помехи в электрической сети, что сказывается на работе чувствительного электро- и радиооборудования.

1. Трансформатор или реактор;
2. Выпрямительные блоки;
3. Дополнительный реактор, сглаживающий преобразование;
4. Система защиты оборудования от перенапряжений.

Большинство современных преобразователей подключаются к трансформатору через реактор. Трансформатор в этой схеме является согласующим звеном между входящим и выходным напряжением, он уравновешивает разницу между ними. Помимо него, электросхема также включает в себя специальный сглаживающий реактор. Этот прибор необходим для нейтрализации определенных пульсаций, возникающих при выпрямлении и изменении типа тока. Но система не всегда включает в себя реактор, т. к. при достаточной индуктивности асинхронного двигателя в нем нет необходимости.

Агрегат пропускает через автономный инвертор (расположенный во входящем звене) первичную нагрузку. Они попадают в выпрямляющие блоки, установленные в выходном звене. Для подключения других индукционных потребителей используются специальные шины, которые помогают выравнивать питание в целой группе устройств.

Такой преобразователь бывает низкочастотный и высокочастотный. В зависимости от потребных частот и имеющихся параметров электричества подбирается нужная модель. Нужно отметить, что в станках, где используется трехфазный ток, применяется другой тип подключения. Однофазный переносит воздействия и преобразования, в то время как на преобразовании трехфазного тока теряется КПД.

Фото — преобразовательный пункт

Система используется в плавке металлов, сварочных работах, контроле кранового механизма и многих других производственных и технологических процессах. Применение такого принципа работы позволяет реализовать систему генератор-двигатель без использования генератора. Благодаря этому производится широкая регулировка частот вращения шпинделя даже на самых малых скоростях, настраиваются механические и другие характеристики электропривода и прочие параметры.

Разработка

Электрическая схема тиристорный преобразователь-двигатель (к примеру, КТЭ) для плавного переключения может быть двух видов:

В зависимости от типа исполнения варьируются соотношения расчетных единиц и принципы работы преобразователя.

Фото — нулевая схема трехфазного преобразования

На этом чертеже схематически показано изменение электрической энергии при работе тиристорного преобразователя в режиме выпрямителя и инвертора. В то же время, для мостовой схемы можно сделать такую же диаграмму, но только состоящую из двух нулевых. Именно она наиболее часто используется при проектировании преобразователя для станочного оборудования. Это происходит из-за того, что исходное фазовое напряжение в ней в два раза превышает фазовой напряжение (Udo) в нулевой схеме работы.

Фото — питание

Однофазная схема используется для контроля питания и работы привода машин с высоким индуктивным сопротивлением. Она работает в пределах мощности от 10 кВт до 20, намного реже – при больших мощностях. К примеру, подойдет для электрической печи, домашнего станка.

Фото — однолинейная схема

Трехфазная используется для оборудования, где требуется от 20 кВт для работы. К примеру, для синхронных приводов, двигателя крана и экскаватора. Еще одной популярной многофазной схемой контроля является шестифазная (Кемрон). Её проект предусматривает использование в конструкции уравнительного реактора, который направлен на контроль низкого напряжения и высокого тока. Этот силовой электрический прибор пропускает и преобразовывает электрическую энергию параллельным путем, а не последовательным (как большая часть аналогичных устройств). Его более сложно разработать своими руками, но степень надежности и эффективности значительно больше, нежели у однофазного тиристорного преобразователя. Но такой реверсивный контроллер имеет серьезный недостаток – его КПД менее 70 %.

Своими руками можно сделать собственный преобразователь, но многое зависит от используемой базы. Внизу дана схема, разработанная на основе Micro-Cap 9. Главной особенностью этой модели является необходимость в совместном моделировании различных узлов.

Фото — Схема тиристорного уравнителя

Видео: как работают тиристорные преобразователи

Техническое описание и обзор цен

Характеристики тиристорных преобразователей зависят от типа их исполнения и функциональных особенностей.

Параметры	ТПЧ 320	800
Выходная мощность, кВт	320	800
Максимальная полная мощность, кВ-А	640	1250
Частота, Гц	50	50
Входящее напряжение, В	380	500
Максимальный ток, А	630	1000
КПД, %	94	94
Выходное напряжение, В	800	1000

Номинальный ток, А	400
Максимальный ток, А	800
Входящее напряжение, В	460
Габаритные размеры, мм	800x775x1637

ЭПУ-1-1-3447Е УХЛ4 (производитель заявляет, что этот преобразователь может работать в сложных условиях, повышенной пыльности и влажности):

Номинальный ток, А	25
Максимальный ток, А	100
Входящее напряжение, В	380

Но тиристорные преобразователи продаются не только по одной единице, но и в виде выпрямляющих комплексов (КТЭУ). Если единичный уравнитель при поломке нуждается в полном ремонте или демонтаже, то у комплекса производится замена вышедшего из строя оборудования. Такие системы используются как в приводах станков, так и в ЭКТ (комплектных тиристорных электроприводах).

Рассмотрим, какова цена тиристорного преобразователя ABB DCS400:

Город	Цена, у. е.
Москва	100
Санкт-Петербург	100
Челябинск	95
Воронеж	98
Самара	95
Новосибирск	95
Ростов-на-Дону	98

Купить устройство можно в любом магазине электрических товаров, прайс-лист зависит от характеристик и типа исполнения.