На практике применяют методы раздельного и совместного управления тиристорными группами. При методе раздельного управления Импульсы, управляющие включением тиристоров, подаются от системы фазоимпульсного управления только на тиристоры одной группы. При необходимости изменения знака вращающего момента ИД. Импульсы сигнала управления подаются на тиристоры другой группы, но только после запирания тиристоров работавшей ранее группы. При совместном управлении эти импульсы подаются одновременно на тиристоры обеих групп.
Управление ИД от ТП является разновидностью импульсного управления, поэтому при рассмотрении статических характеристик системы ТП — ИД в качестве координат принимают средние значения угловой скорости Wс.ср и вращающего момента М`дв.ср.
Поскольку при создании вращающего момента ИД одного знака и использований метода раздельного управления импульсы сигнала управления подаются на тиристоры только одной группы, рассмотрим работу ИД для этого случая. Принципиальная схема преобразователя с одной (работающей) группой тиристоров показана на рис. 11.1,а, а эпюры напряжений и токов — на рис. 11.1,б. Так как тиристоры обладают односторонней проводимостью, то в схеме могут возникнуть режимы прерывистого и непрерывного токов в обмотке якоря ИД.
Рис. 11.1
На рис. 11.2 показаны механические характеристики системы ТП — ИД при раздельном управлении тиристорными группами. В области малых моментов нагрузки механические характеристики системы ТП — ИД нелинейны. При и все механические характеристики сходятся в точку , а при угловая скорость при идеальном холостом ходе
.
Рис. 11.2
Регулировочные характеристики Wс.ср = f(a) системы ТП - ИД как при совместном, так и при раздельном управлении и непрерывных токах в обмотке имеют форму косинусоиды.
Для реверсивного управления ИД постоянного тока в системе ТП — ИД необходимо иметь две группы тиристоров, каждая из которых обеспечивает одно направление вращения вала ИД
Для трехфазной сети и однополупериодного выпрямления напряжения каждой фазы схема усилителя мощности (управляемого выпрямителя) показана на рис 11.3, а, где изображены только вторичные обмотки фаз А, В, С и А', В', С' силового трансформатора. На управляющие электроды тиристоров подаются импульсы сигнала управления. Изменяя моменты включения тиристоров, можно изменять среднее значение напряжения на обмотке якоря ИД, а следовательно, регулировать его угловую скорость. трансформатора равны нулю. Кроме того, пульсацией угловой скорости вала ИД будем пренебрегать
Если управляющие импульсы подаются на тиристоры VS1, VS2, VS3, то в зависимости от значений угла a и угловой скорости Wс (или момента сопротивления нагрузки) в системе ТП — ИД могут быть ре жимы прерывистых и непрерывных токов.
Появление прерывистого тока объясняется способностью тиристора проводить ток только в одном направлении Поясним это Пусть при некотором значении угловой скорости ИД Г2ДВ [ и соответствующей ей противо - ЭДС СеWдв1 (см рис. 11.3, б) тиристор VS1 включается в момент времени 1 Под действием разности напряжений UА. СеWдв1 ток в обмотке якоря нарастает вследствие работы контура UА. — VS1 — Я— UА Поскольку фазное напряжение изменяется по синусоиде, то в некоторый момент времени ток в обмотке якоря достигает максимума, а затем уменьшается. Начиная с момента времени 2 (когда СеWдв1 = UА) до момента 4 ток в обмотке якоря поддерживается за счет ЭДС самоиндукции этой обмотки. От момента 4 до момента 5, когда включается тиристор фазы В, ток в обмотке якоря равен нулю. Таким образом, в области прерывистых токов ток в обмотке якоря нарастает каждый раз с момента времени, соответствующего углу Ω, если в момент подачи импульса сигнала управления соблюдается условие uфаз>СеWдв1. На интервале времени 3 … 4 энергия, запасенная в электромагнитном поле якоря, рекуперируется в источник питания. Импульсы сигнала управления ТП должны быть достаточной длительности, так как в момент подачи этого импульса на тиристор может быть uфаз<СеWдв и тиристор может не включиться. Поэтому угловая скорость Wдв под действием момента сопротивления нагрузки на валу ИД будет уменьшаться до тех пор, пока в момент подачи им пульса сигнала управления на тиристор какой-либо фазы не окажется, что uфаз³СеWдв и тиристор включится. Затем угловая скорость вала ИД начнет увеличиваться. Но при этом в следящем приводе возникнут автоколебания выходного вала. Для их исключения при любых угловых скоростях ИД минимальная длительность импульсов сигнала управления должна быть близка к значению p/т, где т - число фаз.
Если при том же угле включения тиристора а под влиянием момента сопротивления нагрузки на валу ИД его угловая скорость стала меньше, т.е. уменьшилось значение СеWдв, то ток в обмотке якоря после смены знака фазного напряжения питания может не успеть, уменьшиться до нуля к моменту включения тиристора следующей фазы Тогда тиристор предыдущей фазы (например, VSI) закроется в момент включения тиристора последующей фазы (например, VS2) Тиристор VSI закроется под действием суммы напряжений иА + иВ. Эпюры напряжений и токов ТП при прерывистых и непрерывных токах в обмотке якоря ИД показаны на рис. 11.3, б.
Рис. 11.3
При раздельном управлении тиристорными группами генераторное торможение ИД невозможно, так как тиристоры открываются только при положительной полуволне фазного напряжения ифаз а при СеWдв>uфаз когда требуется изменение направления тока якоря, тиристоры закрыты напряжением СеWдв – uфаз.
Механические характеристики системы ТП — ИД в области непрерывных токов в обмотке якоря ИД линейны. В области прерывистых токов механические характеристики нелинейны. Для обеспечения режимов генераторного торможения ИД при раздельном управлении тиристорными группами используют вторую группу тиристоров (например, VS4, VS5, VS6 на рис. 11.3, а), которая работает в инверторном режиме. Инверторным называют такой режим, когда с помощью импульсов сигнала управления тиристоры открыты большую часть времени в области отрицательных полуволн фазных напряжений питания. При этом направление тока в обмотке якоря противоположно знаку напряжения инверторной группы и соответствует знаку противо-ЭДС ИД, работающего в генераторном режиме.
Как и в простейшем варианте, для исключения аварийных режимов работы ТП при его раздельном управлении импульсы сигнала управления подаются на инверторную группу тиристоров только при уменьшении тока в выпрямительной группе до нуля, и наоборот, — сигналы управления поступают на выпрямительную группу только при отсутствии тока в инверторной группе. Отсутствие тока в группах тиристоров ТП фиксируется датчиками тока, а снятие (блокирование) импульсов сигнала управления с неработающей в данный момент группы тиристоров осуществляется с помощью логических переключающих устройств.
Электромагнитные процессы в системе ТП — ИД при работе выпрямительной группы ТП те же, что и при простейшем варианте работы ТП. При работе инверторной группы тиристоров положение импульсов сигнала управления отсчитывается обычно от точек пересечения отрицательных полуволн фазных напряжений, а углы включения тиристоров носят название углов опережения включения b (см рис. 11.3, в). Как и ранее, в зависимости от угла b и величины противо-ЭДС СеWдв (или величины момента на валу ИД) при работе ТП с инверторной группой могут быть режимы прерывистых и непрерывных токов в обмотке якоря (см. рис. 11.3, в).
Пусть в момент времени 1 (см. рис. 11.3, в) тиристор VS4 был закрыт, а на тиристор VS5 поступил отпирающий импульс сигнала управления. Тогда ток в обмотке якоря начинает увеличиваться под действием суммы напряжений СеWдв1+ u'в до момента времени 2. На интервале 1 ... 2 имеет место режим противовключения. На интервале 2…3 ток в обмотке якоря определяется разностью напряжений СеWдв1-u'в. ИД работает в режиме рекуперативного торможения. Далее на интервале 3 … 4 ток в обмотке якоря определяется ЭДС самоиндукции обмотки якоря и также имеет место режим рекуперативного торможения ИД. В момент 4 ток в обмотке якоря равен нулю, тиристор VS5 закрывается. В момент 5 отпирающий импульс сигнала управления поступает на VS6 и т.д. Если при данном значении СеWдв1 увеличить угол b или при неизменном b увеличится b, то к моменту открывания тиристора следующей фазы ток в тиристоре предыдущей фазы может не успеть уменьшиться до нуля. Тогда в системе ТП — ИД будет иметь место режим непрерывных токов, чему соответствуют эпюры напряжений и токов, показанные на рис. 11.3, в. В режиме непрерывных токов тиристор предыдущей фазы напряжения питания закрывается под действием разности фазных напряжений сети питания (например, u'с - u'в) в момент поступления импульса сигнала управления на тиристор последующей фазы.
При этом во избежание аварийного режима ТП необходимо, чтобы минимальное значение угла b было не меньше, чем соответствующее ему время восстановления запирающих свойств тиристора. Иными словами, тиристор предыдущей фазы (например, VS4) должен успеть закрыться под действием разности напряжений u'В-uА. До момента времени, соответствующего точке пересечения отрицательных полуволн фазных напряжений u'А и u'В, иначе знак разности u'А - u'в изменится и тиристор VS4 останется в открытом состоянии. После изменения знакам u'А ток через тиристор VS4 резко возрастает, так как в контуре Я-uА-VS4-Я противо-ЭДС суммируется с u'А. К аналогичному явлению может привести и пропуск импульса сигнала управления на тиристоре следующей фазы. Тогда при больших значениях СеWдв открытый тиристор может не успеть закрыться до момента, соответствующего точке пересечения отрицательной полуволны синусоиды фазного напряжения с линией СеWдв (точка а на рис. 11.3). Такие режимы работы ТП являются аварийными.
Для того чтобы механические характеристики системы ТП — ИД при работе с инверторной группой тиристоров в режиме непрерывных токов ИД совпадали с аналогичными механическими характеристиками ИД (являлись продолжением одна другой), при работе выпрямительной группы необходимо, чтобы среднее значение напряжения на инверторной группе было равно среднему значению напряжения на выпрямительной группе, что достигается при a =b.
Механические характеристики системы ТП — ИД при работе с инверторной группой показаны на рис. 11.4.
Недостатками метода раздельного управления ТП с инверторной группой является относительная сложность реализации схем управления тиристорными группами, нелинейность области механических характеристик при малых моментах ИД (этот недостаток на практике часто устраняется введением жесткой отрицательной обратной связи по скорости Wдв) и некоторое "мертвое" время при переключениях с одной тиристорной группы ТП на другую. Наличие "мертвого" времени ухудшает переходные процессы в следящем приводе, так как после подачи импульса сигнала управления на торможение ИД сначала уменьшается до нуля ток в выпрямительной группе, а только затем (после некоторой задержки времени) нарастает ток в инверторной группе.
Положительные качества этого метода состоят в высоком КПД ТП вследствие отсутствия уравнительных токов, о которых будет сказано ниже.
Рис. 11.4
Рис. 11.5
Совместное управление тиристорными группами заключается в том, что импульсы сигнала управления подаются одновременно на обе тиристорные группы (рис. 11.5, а), из которых одна работает как выпрямитель, а другая — как инвертор. При изменении знака сигнала управления изменяется функциональное назначение этих групп. При совместном управлении практически отсутствует зона прерывистых токов, а механические характеристики системы ТП — ИД линейны при управление как от выпрямительной, так и инверторной групп.