Регулирование скорости вращения с помощью тиристорного преобразователя напряжения

Одним из возможных способов изменения скорости и момента асинхронного электродвигателя является изменение напряжения на выводах его статора, при этом частота такого напряжения постоянна и равна частоте сети переменного тока. На рис. 1.8 при­ведена схема электропривода при реализации этого способа. Между выводами питающей сети и статора асинхронного электродвигателя включен преобразователь напряжения, при использовании которого может изменяться напряжение, подводимое к статору электродвигателя.

Рис. 1.8. Структурная схема регулирования координат электропривода изменением напряжения

На рис. 1.2, г приведены механические характеристи­ки электродвигателя при регулировании напряжения на выводах его ста­тора. Как видно из этих графиков, получаемые искусствен­ные характеристики оказываются малопригодными для целей регулирования скорости, так как по мере уменьшения напряжения резко снижаются критический момент двигателя и его перегрузочная способность, а диапазон регулирования скорости очень мал. Поэтому схема, показанная на рис. 1.8, используется лишь для регулирования момента асинхронного электродвигателя и его тока.

Для регулирования напряжения на выводах статора асинхронного двигателя могут использоваться различные устройства — авто­трансформаторы, магнитные усилители и тиристорные преобразователи напряжения (ТПН). Определяется это рядом достоинств ТПН: высоким КПД, простотой в обслуживании, легкостью авто­матизации работы электропривода.

На рис. 1.10 приведена практическая схема управле­ния асинхронным электродвигателем с помощью ТПН, состоящего из трех пар встречно-параллельно соединенных тиристоров, каждая из которых включена между фазой сети и фазой статора асинхронного двигателя. Регули­рование напряжения на АД в этой схеме осуществляется изменением угла управления α, т. е. сдвигом во времени управляющих импульсов, подавае­мых на управляющие электроды тиристоров.

Если на тиристоры VS1 и VS2 не подаются импульсы управления, то они закрыты и напря­жение на нагрузке U_H равно нулю. При подаче на тиристо­ры импульсов управления в момент их естественного откры­тия (угол управления α = 0) они будут полностью открыты и к нагрузке будет приложено все напряжение сети). Если осуществлять подачу импульсов управления на тири­сторы с некоторой задержкой относительно момента естественного открытия (угол управления α ≠ 0), то к нагрузке будет прикладываться часть напряжения сети. Изменяя угол управления α от нуля до л, можно регулировать на­пряжение на нагрузке от полного напряжения сети до нуля. Управляющие импульсы подаются на все тиристоры не одновременно, а со сдвигом во времени на третью часть периода частоты сети. Это определяется тем, что управля­ющий импульс каждого тиристора должен быть сдвинут относительно напряжения той фазы сети, к которой под­ключен тиристор, на один и тот же угол управления a, a фазные напряжения сети сдвинуты относительно друг друга на 120°.

На рис. 1.11 приведены механические характеристики асинхронного электродвигателя с ТПН при изменении управляющего угла α от 0 до π. Из графиков следует, что с увеличением угла правления α снижается критический момент асинхронного двигателя и падает жесткость его механических характеристик. Вследствие этого при возможных колебаниях момента сопротивления механизма скорость его движения может резко изме­ниться, что в большинстве случаев недопустимо.

Под воздействием управляющих импульсов к нагрузке прикладывается несинусоидальное напряжение. При этом возникающие на выходе ТПН высшие гармоники на­пряжения оказывают определенное влияние на работу двигателя. В частности, каждая гармоника напряжения определяет прохождение дополнительного тока в обмотках двигателя, кото­рый вызывает соответствующие дополнительные потери в обмотках. Практика показывает, что при питании асинхронного электродвигателя от ТПН по схеме рис. 1.10 потери на 10—20 % больше, чем при питании асинхронного электродвигателя от источника, изменяющегося синусоидального напряжения. Вместе с тем следует отметить, что высшие гармоники напряжения оказывают незначительное влияние на момент АД.