Лекція 10. Керування швидкістю АД із тиристорним перетворювачем напруги (ТПН) у

у ланцюзі статора

Схема вмикання та характеристики АД

Одним із можливих способів

параметричного регулювання швидкості (або інших координат ЕП) є зміна напруги на виводах статора АД,
при цьому частота такої напруги постійна і дорівнює частоті мережі змінного струму.

Рис.2.2. Регулювання координат АД змінною напруги на статорі:
а) схема; б) механічні характеристики

при використанні якого може змінюватись напруга, яка підводиться до статора.
Можливість

регулювання швидкості АД за допомогою зміни напруги випливає з формули

(2.1)

де R1 = Rc + R1д – сумарний опір фази статора;
хк – індуктивний фазний опір к.з.
Згідно з формулою (2.1) шляхом регулювання фазної напруги Uф можна змінювати критичний (максимальний) момент АД і отримувати тим самим штучні характеристики.
Критичне ковзання Sк АД та його синхронна швидкість від напруги не залежать і залишаються незмінними при її регулюванні.
На рис.2.2,б наведені механічні характеристики АД при регулюванні напруги на виводах його статора. Як видно із графіків, отримані штучні характеристики є малопридатними для регулювання швидкості, тому що по міру зменшення напруги різко зменшується критичний момент АД і його перенавантажувальна можливість, а діапазон регулювання швидкості дуже малий.
Із цих причин для регулювання швидкості АД створюються замкнені системи, які ми і розглянемо.

Система ТПН-двигун

Для регулювання напруги на виводах статора АД можуть використовуватись різні пристрої: автотрансформатори, магнітні підсилювачі, тиристорні перетворювачі напруги (ТПН).
ТПН набули зараз найбільшого розповсюдження і серійно випускаються промисловістю.
Переваги ТПН:
Високий ККД;
Простота обслуговування;
Легкість автоматизації роботи ЕП.
Для пояснення функціонування системи ТПН-Д спочатку розглянемо розімкнену систему (рис.2.3).

На рис.2.3,а наведена силова частина схеми регулювання напруги на однофазному навантаженні zн. Якщо на тиристори VS1 i VS2 не подаються імпульси керування від СІФК (на схемі не показана), то вони зачинені, й напруга на навантаженні Uн дорівнює нулю.

схема;
в)

механічні характеристики в розімкненій системі

відкривання (кут керування α = 0) вони будуть повністю відкриті

і до навантаження буде прикладена вся напруга мережі U1.
Якщо здійснити подачу імпульсів керування на тиристори з деякою затримкою відносно моменту природного відкривання (кут α ≠ 0), то до навантаження буде прикладена частина напруги мережі.
Змінюючи кут керування α від 0 до π, можна регулювати напругу на навантаженні від повної напруги мережі до нуля.
Форма напруги на навантаженні є несинусоїдальною. Несинусоїдальна напруга може бути представлена як сукупність декількох синусоїдальних напруг, кожна із яких змінюється з певною частотою.
Звідси висновок: криву напруги на навантаженні при роботі схеми 2.3,а можливо розкласти на окремі складові, причому частота зміни першої з них дорівнює частоті живильної напруги, а частота інших складових більша за першу. Вказана перша складова називається 1-ю, або основною гармонікою, а всі інші – вищими гармоніками. Звичайно, 1-а гармоніка має найбільшу амплітуду і по ній проводяться всі основні розрахунки.
На рис.2.3,б наведена практична розімкнена схема керування АД за допомогою ТПН, яка складається із 3-х пар зустрічно-паралельно з΄єднаних тиристорів, кожна із яких увімкнена між фазою мережі та фазою статора АД. Регулювання напруги на АД у цій схемі здійснюється як і в схемі рис.2.3,а зміною кута керування, тобто зсувом у часі керуючих імпульсів, що подаються на керуючі електроди тиристорів.

а зі зсувом у часі на третю частину періода частоти

мережі. Це визначається тим, що керуючий імпульс кожного тиристора повинен бути зсунутим відносно напруги тієї фази мережі, до якої ввімкнений тиристор на один і той же кут керування α, а фазні напруги мережі зсунуті відносно одна одної на 120˚.
При зміні кута керування α змінюється напруга на фазах АД аналогічно тому, як це було в однофазному ланцюзі, тобто при збільшенні кута α – амплітуда 1-ї гармоніки напруги зменшується. На рис.2.3,в наведені механічні характеристики АД, кожна з яких відповідає одному куту керування α.Виникаючі на виході ТПН вищі гармоніки напруги здійснюють певний вплив на роботу АД. Наприклад, кожна гармоніка напруги визначає проходження додаткового струму в обмотках АД, який викликає відповідні додаткові затрати в обмотках (при живленні АД від ТПН за схемою 2.3,б затрат на 10 – 20% більше ніж при живленні АД від джерела синусоїдальної напруги).
Як уже відмічалось, характеристики, наведені на рис.2.3,в, мало задовольняють мету регулювання швидкості АД. Із графіків видно, що із збільшенням кута керування α знижується критичний момент АД і падає жорсткість його механічної характеристики. В результаті цього при можливих коливаннях моменту опору механізму Мс швидкість може різко змінитись, що в більшості випадків недопустиме.Для отримання задовільних механічних характеристик АД , керованого за допомогою ТПН, необхідно регулювати кут α залежно від зміни моменту Мс навантаження.