Белов М.П. - Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов (1249706), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В электроприводах постоянного тока, кроме управляемых выпрямителей (см. рис. 1.9, а), для получения высокого быстродействия применяют системы с неуправляемыми выпрямителями и широтно-импульсными преобразователями (см. рис. 1.9, б). В этом случае можно не использовать фильтрокомпенсирующее устройство.
Преобразователи, используемые для управления вентильными двигателями (ВД) (см. рис. 1.9, в), состоят из управляемого выпрямителя, аналогичного выпрямителю привода постоянного тока, и автономного инвертора, управляемого сигналами, гюступающими от датчика положения ротора. В системах частотного управления АД преимущественно используются инверторы напряжения (см. рис. 1.9, г, д). Если необходимость рекуперации энергии в сеть переменного тока отсутствует, то используют неуправляемый выпрямитель, что позволяет применять простую и экономичную схему преобразователя (см. рис, 1.9, д). Возможность применения полностью управляемых приборов и ШИМ делает эту схему одной из широко используемых в большом диапазоне мощностей. При необходимости рекуперации энергии в сеть переменного напряжения в выпрямителях наряду с тиристорными инверторами используют транзисторные инверторы, схемы которых полностью аналогичны схеме автономного инвертора асинхронного двигателя.
Такие схемы получили название активных выпрямителей или активных источников питания автономных инверторов. Преобразователи частоты с инверторами тока (см. рис. 1.9, е) состоят из двух звеньев. Первое звено составляют управляемый выпрямитель на тиристорах и промежуточный контур постоянного тока — реактор, второе звено составляет автономный инвертор тока, выполненный на обычных однооперационных или запираемых (ОТО) тиристорах. Автономный инвертор тока содержит конденсаторы, которые являются источником реактивной энергии для нагрузки. Главное отличие схемы инверторов тока от инверторов напряжения заключается в отсутствии шунтирующих обратных диодов.
Поэтому можно изменить полярность напряжения на входе инвертора и при неизменном направлении тока перевести двигатель в генераторный режим. Таким образом, при потреблении энергии из сети выпрямитель работает в режиме выпрямления, инвертор— в режиме инвертирования, электрическая машина — в двигательном режиме (в первом или третьем квадрантах электромеханических координат). Если двигатель переходит в генераторную область (второй или четвертый квадрант электромеханических координат), то инвертор должен работать управляемым выпрямителем, полярность напряжения на промежуточном контуре изменяется, ток в этом кон- 26 туре не меняет своего направления, а управляемый выпрямитель переводится в инверторный режим.
К основным достоинствам преобразователей с инвертором тока относятся возможность рекуперации энергии в сеть и безаварийность режима короткого замыкания по выходу. Основные недостатки преобразователей с инвертором тока: ограничение верхней границы диапазона регулирования выходной частоты (обычно 1~,„= 100 ...125 Гц); коммутационные перенапряжения на тиристорах АИТ; дополнительные потери в двигателе при несинусоидальной форме тока. Преобразователи, содержащие неуправляемый выпрямитель и ведомый сетью инвертор и составляющие основу асинхронно-вентильного каскада (см.
рис. 1.9, ж), применяют в приводах большой мощности при ограниченном диапазоне регулирования скорости. Определенную перспективу развития имеют мощные преобразователи частоты с непосредственной связью в машинах двойного питания (см. рис. !.9, з) и при управлении низкоскоростными асинхронными или синхронными двигателями (см. рис. 1.9, и). Для управления синхронными двигателями и машинами двойного питания могут также использоваться схемы преобразователей, приведенные на рис. !.9, г, д. Рассмотренные схемы преобразователей охватывают диапазон мощностей от сотен ватт до десятков мегаватт.
Наиболее интенсивное развитие в исследовании и применении имеют системы, показанные на рис. 1.9, в, д. В системах многодвигательных электроприводов можно использовать общие выпрямители для группы широтно-импульсных преобразователей или автономных инверторов. Достоинство таких схем состоит в возможности энергосбережения в результате передачи энергии торможения с двигателя на двигатель. В аспекте использования электромеханических преобразователей (ЭМП) в составе регулируемых электроприводов рассмотрим их работу в том же диапазоне мощностей, что и у преобразователей электроэнергии. Развитие ЭМП происходит в следующих направлениях: конструирование машин с учетом их совместной работы с управляемыми полупроводниковыми преобразователями; применение новых магнитных материалов; совершенствование или исключение контактных узлов; использование интенсивных методов охлаждения машин; развитие работ по высокотемпературной сверхпроводимости.
Электродвигатели постоянного тока совершенствуются благодаря использованию в щеточно-коллекторном узле металловолокнистых и металлокерамических материалов, что дает возможность существенно повысить угловую скорость двигателей. Но неизбежность применения щеточно-коллекторного узла в традиционных двигателях постоянного тока приводит к сокращению доли их выпуска по сравнению с двигателями переменного тока. 27 Безусловно перспективны вентильные двигатели (ВД), которые, являясь по существу синхронными двигателями, рассматриваются специалистами по ЭМП как двигатели постоянного тока, поскольку их питание осушествляется от сети постоянного тока через автономный инвертор, управляемый сигналами от датчиков положения ротора.
Вентильные двигатели с высококоэрцитивными магнитами на роторе имеют минимальную удельную массу по сравнению с любыми другими машинами. При их использовании удачно решаются вопросы конструирования механотронных модулей. В ВД средней и большой мощности обычно используются СД с обмоткой возбуждения, расположенной на роторе. В последнее время ВД мощностью от 30 до 200 кВт стали исполняться бесконтактными с обмоткой возбуждения, специальным образом располагаемой на статоре вместе с трехфазной обмоткой.
Ротор в этом случае представляет собой безобмоточное зубчатое колесо (зубчатку), через которое замыкается магнитный поток, создаваемый обмотками возбуждения и переменного тока. Вращается он синхронно с вращающимся магнитным полем, создаваемым трехфазной обмоткой. Обмотка возбуждения в этом случае усиливает магнитный поток, чем увеличивает вращающий момент двигателя. Асинхронные короткозамкнутые электродвигатели конструктивно наиболее просты и надежны, получают широкое распространение в регулируемых электроприводах с автономными инверторами с ШИМ.
Совершенствование двигателей происходит благодаря использованию новых материалов и способов интенсивного охлаждения. Перспективы применения асинхронных электродвигателей с фазным ротором связаны прежде всего с их использованием в машинах двойного питания. Синхронные электродвигатели традиционно применяются в диапазонах мощностей от сотен киловатт и выше.
Их совершенствуют, исключая контакты, в результате перехода на вращающиеся выпрямители и применения постоянных магнитов. Определенное развитие получают индукторные электродвигатели и электродвигатели с коггеобразными полюсами. Такие электродвигатели имеют наиболее простой ротор, состоящий из магнитомягкого сердечника, допускают высокие частоты вращения ротора, обладают высокой надежностью. Все более широкое применение находит вентильно-индукторный электропривод (ВИП), основными достоинствами которого являются простота, технологичность, невысокая стоимость применяемого индукторного электродвигателя, сочетающиеся с широкими регулировочными возможностями.
Мощность таких электроприводов от единиц до нескольких сотен киловатт и более. Структура силовой части привода в случае питания его от трехфазной сети переменного тока аналогична структуре силовой части асинхронного привода (см. рис. 1.9, д). Автономный инвертор напряжения в рассматриваемом случае выполняет функции коммутатора. При этом дополнительно используется датчик положения ротора для коммутации ключей, что выполняется аналогично вентильному приводу.
В современных схемах ВИП широко используются микропроцессорные средства управления, позволяющие в ряде случаев отказаться от применения датчика положения, а необходимую для работы информацию о положении ротора получать косвенно. В диапазоне малых мощностей традиционно развиваются шаговые электродвигатели, которые в силу своих конструктивных особенностей обеспечивают создание компактных многокоординатных механотронных модулей с дискретными перемещениями.
Состояние электродвигателей, как и иных технических средств АТК, постоянно контролируется. В связи с этим, кроме датчиков скорости, положения ротора, датчиков Холла, в двигатели встраивают датчики температуры и вибраций. Это дает возможность повысить эксплуатационную надежность электродвигателей. Другим способом повышения надежности электродвигателей в производственных условиях является переход на конструктивно закрытые их варианты с использованием методов интенсивного поверхностного охлаждения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
