Вентильный преобразователь

Смотреть что такое «Вентильный преобразователь» в других словарях:

Вентильный реактивный электродвигатель — В этой статье слишком короткое вступление. Пожалуйста, дополните вводную секцию, кратко раскрывающую тему статьи и обобщающую её содержимое … Википедия

ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД — электропривод, в к ром для питания двигателя и регулирования его угловой скорости используется преобразователь на управляемых электрич. вентилях (напр., тиристорах). Содержит либо управляемый преобразователь частоты, питающий двигатель перем.… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Ионный электропривод — привод, состоящий из электродвигателя и ионного преобразователя, управляющего режимами работы двигателя. Изменяя подводимое к двигателю напряжение, можно менять частоту его вращения и тем самым регулировать режим работы электропривода.… … Большая советская энциклопедия

Коллектор — (Collector) Определение коллектора, виды коллекторов, примененеие Информация об определении коллектора, виды коллекторов, примененеие Содержание Содержание Определение В технике Финансовое Прочее канализационный Коллектор (электротехника)… … Энциклопедия инвестора

Электрическая машина — Электрическая машина это электромеханический преобразователь энергии[1], основанный на явлениях электромагнитной индукции и силы Лоренца, действующей на проводник с током, движущийся в магнитном поле. Содержание 1 Общие положения 2… … Википедия

Электрический двигатель — Основная статья: Электрическая машина Электродвигатели разной мощности (750 Вт, 25 Вт, к CD плееру, к игрушке, к дисководу). Батарейка «Крона» дана для сравнения Электрический двигатель … Википедия

Источник

Вентильные преобразователи постоянного тока

Вентильные преобразователи постоянного тока служат для питания обмоток возбуждения и якорных цепей двигателей постоянного тока в том случае, когда требуется иметь большой диапазон регулирования скорости и высокое качество протекания переходных режимов электропривода.

Для указанных потребителей силовые схемы вентильных преобразователей могут быть: нулевые или мостовые, однофазные или трехфазные. Выбор той или иной схемы преобразователя должен исходить из:

обеспечения допустимых пульсаций в кривой выпрямленного напряжения,

ограничения числа и величины высших гармонических напряжения в сети переменного тока,

высокого использования силового трансформатора.

Общеизвестно, что пульсирующее выпрямленное напряжение преобразователя создает пульсирующий ток двигателя, нарушающий нормальную коммутацию двигателя. Кроме того, пульсации напряжения вызывают дополнительные потери в двигателе, что приводит к необходимости завышения его мощности.

Улучшение коммутации и уменьшение потерь в электродвигателе может быть достигнуто либо увеличением числа фаз выпрямителя, либо введением сглаживающей индуктивности, либо конструктивным усовершенствованием двигателя.

Если преобразователь предназначен для питания якорной цепи двигателя, обладающей незначительной индуктивностью, наиболее рациональными его силовыми схемами являются трехфазные: двойная трехфазная нулевая с уравнительным реактором, мостовая (рис. 1).

Рис. 1. Силовые схемы трехфазных тиристорных преобразователей: а — двойная трехфазная нулевая с уравнительным реактором, б — мостовая

Для питания обмоток возбуждения двигателей постоянного тока, обладающих значительной индуктивностью, силовые схемы вентильных преобразователей могут быть как трехфазные нулевые, так и мостовые однофазные или трехфазные (рис. 2).

Рис. 2. Схемы тиристорных выпрямителей для питания обмоток возбуждения: а — трехфазная нулевая, б — однофазная мостовая, в — трехфазная полууправляемая мостовая

Из трехфазных схем выпрямления наиболее широкое распространение получила трехфазная мостовая (рис. 1, б). Достоинствами этой схемы выпрямления являются: высокое использование согласующего трехфазного трансформатора, наименьшая величина обратного напряжения на вентилях.

Для электроприводов больших мощностей снижение пульсаций выпрямленного напряжения достигается параллельным или последовательным соединением выпрямительных мостов. В этом случае питание выпрямительных мостов производится либо от одного трехобмоточного трансформатора, либо от двух двухобмоточных трансформаторов.

В первом случае первичная обмотка трансформатора соединена в «звезду», а вторичные одна — в «звезду», другая — в «треугольник». Во втором случае один из трансформаторов соединен по схеме «звезда-звезда», а второй — по схеме «треугольник — звезда».

В связи с тем, что первичные или вторичные обмотки трансформаторов имеют разные схемы соединения, выпрямленное напряжение одного моста будет иметь пульсации, сдвинутые по фазе на угол относительно пульсаций выпрямленного напряжения другого моста. В результате суммарное выпрямленное напряжение на якоре двигателя будет иметь пульсации, частота которых в 2 раза выше частоты пульсаций каждого моста. Уравнение мгновенных значений выпрямленных напряжений параллельно соединенным мостам производится уравнительным реактором. При последовательном соединении выпрямительных мостов схема работает аналогично.

Для уменьшения числа управляемых вентилей применяются полууправляемые или несимметричные мостовые схемы выпрямления. В этом случае одна половина моста, например катодная группа, является управляемой, а анодная — неуправляемой, т. е. собрана на диодах (см. рис. 2, в).

Все вышерассмотренные силовые схемы преобразователей нереверсивные, так как обеспечивают протекание тока в нагрузке лишь в одном направлении. Переход от нереверсивной схемы к реверсивной может быть осуществлен либо применением контактного реверсора, либо установкой двух комплектов выпрямителей. Такие выпрямители выполняются по встречно-параллельной (рис. 3) или перекрестной (рис. 4) схемам.

При встречно-параллельной схеме оба моста U1 и U2 (см. рис. 3) питаются от общей обмотки трансформатора и включены встречно и параллельно друг другу. В перекрестной схеме каждый мост питается от отдельной обмотки и включен перекрестно по отношению к нагрузке.

Рис. 3. Схема встречно-параллельного включения преобразователей

Рис. 4. Схема перекрестного включения преобразователей

Управление вентилями мостов двухкомплектных реверсивных преобразователей может быть раздельное или совместное. При раздельном управлении управляющие импульсы подаются на вентили только того моста, который в данный момент находится в работе и обеспечивает нужное направление тока в цепи нагрузки. Вентили другого моста при этом заперты.

При совместном управлении на вентили обоих мостов управляющие импульсы подаются одновременно, независимо от направления тока в нагрузке. Следовательно, при таком управлении один из мостов работает в выпрямительном режиме, а другой — подготовлен к инверторному режиму. В свою очередь совместное управление может быть согласованным и несогласованным.

При согласованном управлении управляющие импульсы подаются на вентили обоих мостов так, чтобы средние значения выпрямленного напряжения у последних были равны между собой. При несогласованном управлении необходимо, чтобы среднее выпрямленное напряжение моста, работающего в инверторном режиме (инверторная группа вентилей), превышало напряжение моста, работающего в выпрямительном режиме (выпрямительная группа вентилей).

Работа реверсивных схем с совместным управлением характеризуется наличием уравнительного тока в замкнутом контуре, образованном вентилями группы и обмотками трансформатора, который появляется из-за неравенства мгновенных значений напряжений групп во все моменты времени. Для ограничения последнего в схемы вводят уравнительные дроссели L1 — L4 (см. рис. 3).

Преимущества совместного согласованного управления — простота, готовность перехода из одного режима в другой, однозначность статических характеристик, отсутствие режима прерывистых токов даже при малых нагрузках. Однако при таком управлении в схеме протекают большие уравнительные токи.

Схемы с несогласованным управлением имеют меньшие габариты сглаживающих дросселей, чем при согласованном управлении. Однако при таком управлении снижается диапазон допустимых углов регулирования, что приводит к недоиспользованию трансформатора и к снижению коэффициента мощности.

Вышеперечисленных недостатков лишена схема преобразователя с раздельным управлением. Такой способ управления полностью ликвидирует уравнительные токи, так как в этом случае подача управляющих импульсов производится только на работающую группу вентилей. Следовательно, отсутствует необходимость в уравнительных дросселях и полностью используется габаритная мощность трансформатора, так как выпрямительную группу можно открывать с нулевым значением угла регулирования.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Что такое вентильный преобразователь

Вентильные преобразователи и схемы их включения

Вентильные преобразователи представляют собой устройства для преобразования электрического тока, напряжения, частоты с помощью электронных или ионных вентилей.

Различают вентильные преобразователи переменного тока в постоянный (выпрямители), постоянного тока в переменный (инверторы), постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другого напряжения, переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты. Все эти возможности вентильных установок используют в той или иной степени на электроподвижном составе. Пока на электровозах переменного тока наиболее широко вентили применяют для преобразования переменного тока в постоянный (пульсирующий).

Из вентилей, соединенных в определенной последовательности, собирают выпрямительную установку (выпрямитель). Конструкция выпрямителя зависит от напряжения переменного тока, который нужно преобразовать в постоянный, тока нагрузки и схемы подключения выпрямителя к обмотке трансформатора.

Выпрямители могут быть соединены с обмоткой трансформатора различными способами. Самое простое включение показано на рис. 61.

Рис. 61. Схема однополупериодного выпрямления (а) и кривая выпрямленного напряжения (б)

Электродвижущая сила, индуктируемая во вторичной обмотке трансформатора, так же, как и в первичной обмотке, изменяется по синусоиде. Когда э. д. с., а следовательно, и напряжение U, приложенное к выпрямителю, во вторичной обмотке действуют слева направо (на рис. 61, а направление показано сплошной стрелкой), потенциал анода выпрямителя В выше, чем катода, и через двигатель проходит ток. При изменении направления э. д. с. на противоположное выпрямитель не пропускает тока. Таким образом, по цепи нагрузки проходит не постоянный, а пульсирующий ток: он постоянен только по направлению (рис. 61, б). Такую схему выпрямления на электровозе не применяют. Для того чтобы через выпрямитель проходил ток в оба полупериода, применяют схему двухполупериодного выпрямления либо с нулевым выводом вторичной обмотки, либо мостовую.

В схеме с нулевым выводом вторичную обмотку трансформатора делят на две равные части, а выпрямитель и двигатель выключают, как показано на рис. 62, а. Когда э. д. с., а следовательно, и напряжение в первый полупериод направлены слева направо (сплошная стрелка на рис. 62, а), проводит ток (открыт) выпрямитель B2, а выпрямитель В1 заперт: к нему приложено напряжение, действующее в непроводящем направлении. При изменении направления э. д. с. трансформатора на противоположное ток проводит вентиль В1. Таким образом, в течение обоих полупериодов через двигатель проходит ток, изменяющийся от нуля до амплитудного значения и вновь до нуля.

Рис. 62. Схемы двухполупериодного выпрямления (а и б) и кривая выпрямленного напряжения (в)

Недостаток такой схемы выпрямления заключается в том, что в каждый полупериод работает только половина обмотки трансформатора, из-за чего увеличивается расход меди.

Выпрямительная установка, собранная по мостовой схеме, состоит из четырех плеч, образованных вентилями (рис. 62, б). Когда напряжение во вторичной обмотке трансформатора действует слева направо, ток проходит через вентиль В1, нагрузку (двигатель), вентиль В3 и в обмотку трансформатора (сплошные стрелки). В случае противоположного направления напряжения (штриховые стрелки) ток проходит через вентиль В2, нагрузку, вентиль В4 и возвращается в обмотку трансформатора. Следовательно, как и в предыдущей схеме, ток в каждый полупериод проходит через нагрузку (рис. 62, в). В мостовой схеме работает полностью вторичная обмотка, но число вентилей при этом удваивается, зато напряжение, приходящееся на каждый вентиль, уменьшается в 2 раза. Это очень важное преимущество мостовой схемы, поскольку, как уже отмечалось выше, для полупроводниковых вентилей наибольшую опасность представляет обратное напряжение. На электровозах переменного тока применяют кремниевые выпрямители, собранные по мостовой схеме. Каждое плечо моста имеет несколько последовательно включенных вентилей и несколько параллельных ветвей. Так, одна выпрямительная установка электровоза ВЛ80 Т имеет в каждом плече моста (рис. 63) четыре последовательно включенных лавинных вентиля и 12 параллельных ветвей. Следовательно, в одной выпрямительной установке использовано 4 × 4 × 12 = 192 вентиля. Установка рассчитана на номинальный выпрямленный ток 3200 А и номинальное выпрямленное напряжение 1350 В. Она питает два тяговых двигателя. Поэтому на восьмиосных электровозах имеется четыре таких выпрямительных установки, а общее количество вентилей в них равно 768. Коэффициент полезного действия установки 99%. Выпрямительная установка размещена в двух шкафах и работает только с принудительным охлаждением. Каждая выпрямительная установка снабжается довольно сложной защитой.

Рис. 63. Схема плеча выпрямительной установки восьмиосного электровоза

Источник

Типы вентильных преобразователей, области применения, структуры систем управления

Для питания якорных цепей и обмоток возбуждения двигателей постоянного тока применяются ВП, которые по конфигурации силовой схемы различаются на нулевые и мостовые, а по числу фаз источника питания – на однофазные и трехфазные. Однофазная мостовая и трехфазная нулевая схемы в силу неравномерной загрузки сети и увеличенной расчетной мощности трансформатора, соответственно, находят применение в электроприводах малой (до 10 кВт) мощности. В промышленных электроприводах средней (от 10 до 2000 кВт) и большой (более 2000 кВт) мощности применяется трехфазная мостовая схема ВП и другие схемы на ее основе /1,2,6/.

Реверсивные ВП в отличие от нереверсивных содержат, как правило, два нереверсивных преобразователя (рис. 1а¼1е, 1з), либо реверсор в цепи якоря (рис. 1ж). Преобразователи с реверсором применяются в станочном электроприводе малой мощности.

Наибольшее распространение получили двухкомплектные ВП со встречно-параллельным соединением вентильных групп, выполненных по трехфазной мостовой схеме (рис. 1д). Они имеют простой двух обмоточный трансформатор, с минимальной, в сравнении с другими схемами, расчетной мощностью. Кроме того, такие ВП могут питаться непосредственно от трехфазной сети через линейные токоограничивающие реакторы, а также позволяют унифицировать конструкцию реверсивных и нереверсивных преобразователей.

Наряду со встречно-параллельными применяются перекрестные схемы ВП (рис.1в,е), которые имеют только один контур уравнительного тока, а также меньшую мощность и массу уравнительных реакторов /1/. Разновидностью перекрестных ВП является Н-схема с одним уравнительным реактором (рис.1з).

Реверсивные ВП с двумя комплектами вентилей могут работать в режимах раздельного и совместного управления. Раздельное управление применяют в случаях, когда по условиям работы привода допустима пауза в управлении им длительностью 5…10 мс, необходимая для выключения тиристоров выходящей из работы тиристорной группы. Это позволяет обойтись без уравнительных реакторов, необходимых для ограничения уравнительных токов в режиме совместного управления, и уменьшить потери энергии в ВП, что особенно важно для мощных электроприводов.

Системы импульсно-фазового управления (СИФУ) ВП выполнены, как правило, по вертикальному принципу и имеют несколько каналов управления. Каждый из каналов содержит генератор опорного напряжения, компаратор и генератор импульсов. В реверсивных ВП устройство управления кроме СИФУ вентильными группами содержит также логическое переключающее устройство (ЛПУ), выполняющее автоматическое переключение этих групп.

Подробно работа устройств управления ВП изложена в литературе /2,3,5,10,11/.

3.2. Расчет параметров и выбор преобразовательного

трансформатора (линейных реакторов)

3.2.1. Расчет преобразовательного трансформатора

Трансформатор применяется для согласования напряжения питающей сети с напряжением нагрузки (якоря электродвигателя).

Расчет начинается с предварительного определения вторичного фазного напряжения трансформатора. Точное определение его затруднено, т. к. в начальной стадии расчета неизвестны падения напряжения на отдельных элементах силовой схемы. Учитываются эти падения с помощью коэффициентов.

Действующее значение напряжения вторичной фазной обмотки

где k_с – учитывает возможное снижение напряжения сети;

k_g – учитывает коммутацию и асимметрию напряжений;

k_R – учитывает падение напряжения в вентилях, обмотках трансформатора

k_U – коэффициент схемы ВП (табл.1);

U_dн – номинальное напряжение на якоре двигателя.

Значение k_с определяется по формуле

k_с = = ,

где U_1Н, DU_1Н – номинальное напряжение сети и его отклонение,

Значения коэффициентов k_g и k_R предварительно принимают равными

Расчетная мощность силового трансформатора

где k_S – коэффициент, зависящий от типа силовой схемы ВП ;

P_d0 – наибольшая потребляемая нагрузкой мощность.

Величина мощности P_d0 определяется из равенства

где E _d0 – наибольшее среднее значение э.д.с. ВП;

I_dН – номинальный ток нагрузки (двигателя).

Расчетные коэффициенты различных схем ВП Таблица 1

Наибольшее среднее значение э.д.с. преобразователя рассчитывается по формуле

E_d0 = .

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Источник

Управление вентильным электродвигателем

Слово «вентильный» в названии двигателя происходит от слова «вентиль», обозначающего полупроводниковый ключ. Таким образом, привод в принципе можно назвать вентильным, если режим его работы регулируется специальным преобразователем на управляемых полупроводниковых ключах.

Непосредственно вентильный привод представляет собой электромеханическую систему, состоящую из синхронной машины с постоянными магнитами на роторе и электронного коммутатора (при помощи которого питаются обмотки статора) с системой автоматического управления на базе датчиков.

В тех многочисленных областях техники, где раньше традиционно устанавливали асинхронные двигатели или машины постоянного тока, сегодня часто можно встретить именно вентильные двигатели, поскольку магнитные материалы дешевеют, а база силовой полупроводниковой электроники и систем управления очень быстро развивается.

Синхронные двигатели с постоянными магнитами на роторе отличаются рядом преимуществ:

нет щеточно-коллекторного узла, поэтому ресурс двигателя больше, а надежность его выше, чем у машин со скользящими контактами, к тому же диапазон рабочих скоростей выше;

широкий диапазон питающих напряжений обмоток; допускается значительная перегрузка по моменту — более 5 раз;

высокая динамика момента;

возможна регулировка скорости с сохранением момента на низких скоростях или с сохранением мощности на высоких скоростях;

минимальные потери на холостом ходу;

небольшие массогабаритные характеристики.

Магниты состава «неодим-железо-бор» вполне способны создавать индукцию в зазоре порядка 0,8 Тл, то есть на уровне асинхронных машин, причем основные электромагнитные потери в таком роторе отсутствуют. Значит линейная нагрузка на ротор может быть повышена без повышения общих потерь.

Этим и обуславливается более высокая электромеханическая эффективность вентильных двигателей по сравнению с другими бесколлекторными машинами, например с асинхронными двигателями. По этой же причине вентильные двигатели занимают сегодня достойное место в каталогах ведущих зарубежных и отечественных производителей.

Управление ключами инвертора вентильного электродвигателя традиционно выполняется в функции положения его ротора. Высокие эксплуатационные характеристики, достигаемые таким образом, делают вентильный привод весьма перспективным в диапазоне малых и средних мощностей для систем автоматики, станков, роботов, манипуляторов, координатных устройств, линий обработки и сборки, систем наведения и слежения, для авиации, медицины, транспорта и т.д.

В частности, выпускаются тяговые дисковые вентильные двигатели мощностью более 100 кВт для городского электротранспорта. Здесь применяются магниты «неодим-железо-бор» с легирующими добавками, увеличивающими коэрцитивную силу и повышающими рабочую температуру магнитов до 170°С, чтобы мотор мог легко выдерживать кратковременные пятикратные перегрузки по току и по моменту.

Приводы рулевого управления подводных, наземных и летательных аппаратов, мотор-колеса, стиральные машины — много где сегодня находят полезное применение вентильные двигатели.

Вентильный двигатель постоянного тока и принцип управления им BLDC моторы отличает наличие полупроводникового коммутатора, выступающего вместо щеточно-коллекторного узла, свойственного машинам постоянного тока с обмоткой на статоре и с магнитным ротором.

Переключение коммутатора вентильного мотора происходит в зависимости от текущего положения ротора (в функции положения ротора). Чаще всего обмотка статора трехфазная, такая же как у асинхронного двигателя с соединением звездой, а конструкция ротора с постоянными магнитами может быть различной.

Движущий момент в BLDC образуется в результате взаимодействия магнитных потоков статора и ротора: магнитный поток статора все время стремится как бы развернуть ротор в такое положение, чтобы магнитный поток установленных на нем постоянных магнитов совпал по направлению с магнитным потоком статора.

Аналогичным образом магнитное поле Земли ориентирует стрелку компаса — оно разворачивает ее «по полю». Датчик положения ротора позволяет сохранить угол между потоками постоянным на уровне 90±30°, в таком положении вращающий момент оказывается максимальным.

Полупроводниковый коммутатор для питания обмоток статора BLDC – это управляемый полупроводниковый преобразователь с жестким алгоритмом 120° коммутации напряжений или токов трех рабочих фаз.

Пример функциональной схемы силовой части преобразователя с возможностью генераторного торможения приведен на рисунке выше. Здесь инвертор с амплитудно-импульсной модуляцией выхода выполнен на IGBT-транзисторах, причем амплитуда регулируется благодаря широтно-импульсной модуляции на промежуточном звене постоянного тока.

Вообще для данной цели используются: тиристорные преобразователи частоты с автономным инвертором напряжения или тока с управлением по питанию и транзисторные преобразователи частоты с автономным инвертором напряжения с управлением в режиме ШИМ или с релейным регулированием тока на выходе.

В итоге электромеханические характеристики двигателя получаются аналогичными традиционным машинам постоянного тока с магнитоэлектрическим или независимым возбуждением, потому системы управления BLDC и строятся по классическому принципу подчиненного регулирования координат привода постоянного тока с контурами частоты вращения ротора и тока статора.

В качестве датчика для правильной работы коммутатора может применяться емкостной либо индуктивный дискретный сенсор, согласованный с мотором по полюсам, или система на базе датчиков Холла с постоянными магнитами.

Так или иначе, наличие датчика часто усложняет конструкцию машины в целом, к тому же в некоторых применениях датчик положения ротора вообще невозможно установить. Поэтому нередко на практике прибегают к использованию «бездатчиковых» систем управления. Алгоритм «бездатчикового» управления (sensorless) основывается на анализе данных прямо с клемм преобразователя и текущей частоты ротора или питания.

Наиболее популярный «бездатчиковый» алгоритм основан на вычислении ЭДС для одной из отключенных от питания в данный момент фаз двигателя. Фиксируется переход ЭДС отключенной фазы через ноль, определяется сдвиг в 90°, вычисляется момент времени, на который должна прийтись середина следующего токового импульса. Преимущество этого способа заключается в его простоте, однако есть и недостатки: на малых скоростях определить момент перехода через ноль достаточно непросто; задержка окажется точной только при постоянной скорости вращения.

Между тем, для более точного управления применяют усложненные методы оценки положения ротора: по потокосцеплению фаз, по третьей гармонике ЭДС на обмотках, по изменениям индуктивностей фазных обмоток.

Рассмотрим пример с наблюдением за потокосцеплениями. Известно, что пульсации момента BLDC при питании двигателя прямоугольными импульсами напряжения, достигают 25%, что приводит к неравномерности вращения, создает ограничение для регулировки скорости снизу. Поэтому в фазах статора при помощи замкнутых контуров регулирования формируются токи близкие по форме к прямоугольным.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Источник