Основной тип преобразователей двигателей постоянного тока в настоящее время — полупроводниковые тиристорные.
К недостаткам тиристоров относятся следующие:
1. Односторонняя проводимость, вследствие чего необходимо удваивать число приборов.
2. Малая перегрузочная способность по току, а также ограничение по скорости нарастания тока.
3. Чувствительность к перенапряжениям.
Среднее значение выпрямленного напряжения при отсутствии регулирования в основном определяется схемой включения тиристорного преобразователя. Схемы преобразователей делятся на два класса: с нулевым выводом и мостовые. В установках средней и большой мощности преимущественно используются мостовые схемы преобразователей, что в основном обусловлено двумя причинами:
-
меньшим напряжением на каждом из тиристоров,
-
отсутствием постоянной составляющей тока, протекающего по обмоткам трансформатора.
Схемы преобразователей могут также отличаться числом фаз: от одной в установках малой мощности до 12—24 в мощных преобразователях.
Все варианты тиристорных преобразователей наряду с положительными свойствами, как-то малой инерционностью, отсутствием вращающихся элементов, меньшими (по сравнению с электромеханическими преобразователями) габаритами, обладают и рядом недостатков:
1. Жесткая связь с питающей сетью: все колебания напряжения в сети непосредственно передаются в систему привода, а толчки нагрузки на оси двигателя немедленно передаются в сеть и вызывают всплески тока.
2. Низкий коэффициент мощности при регулировании напряжения в сторону снижения.
3. Генерация высших гармонических, загружающих питающую сеть.
В связи с униполярной проводимостью тиристоров и преобразователя в целом реверс двигателя в простейшей схеме при наличии одного преобразователя может быть осуществлен только за счет переключения якоря или обмотки возбуждения посредством соответствующих контакторов. Естественно, при этом условии работа электромашинной системы будет малоудовлетворительной, так как приходится коммутировать или большие токи, или цепь с большой индуктивностью. Поэтому обычно используют два преобразователя, каждый из которых предназначен для работы при одном направлении вращения.
Технико-экономические показатели тиристорного привода: диапазон регулирования скорости, возможность того или иного способа торможения, реверса, вид механической характеристики и другие — в значительной мере предопределяются схемой силовых цепей.
Все разнообразие схем главных (силовых) цепей может быть сведено к четырем основным вариантам:
1. Питание якоря двигателя постоянного тока от одного управляемого преобразователя. Эта и последующие схемы для упрощения начертания и выявления принципиальных различий даются в пред положении питания от однофазной сети переменного тока.
Система управляемый преобразователь-двигатель с одним тиристорным преобразователем в якорной цепи, В, Н — контакторы для вращения вперед, назад
В данном случае регулирование скорости предусматривается только за счет изменения напряжения, приложенного к якорю двигателя; реверс двигателя — за счет изменения направления тока якоря с помощью контакторов. Торможение — электродинамическое.
Наличие реверсивных контакторов в цепи якоря удорожает установку, особенно при значительной мощности двигателя, и, кроме того, делает ее пригодной лишь для механизмов, не требующих частых реверсов и торможений. Схема не предусматривает возможности рекуперативного торможения.
2. Питание якоря двигателя от двух преобразователей, включенных по перекрестной схеме. При одном направлении вращения работает один преобразователь, при другом - другой. Реверс достигается за счет управления тиристорами и обеспечивается переводом одного из преобразователей в инверторный режим.
Система управляемый преобразователь-двигатель с двумя преобразователями, включенными по перекрестной схеме
Схема не требует громоздких реверсивных контакторов в цепи якоря, обеспечивает плавное и надежное торможение с рекуперацией энергии и обычно используется для часто реверсируемых приводов.
Недостаток схемы — сложность и высокая стоимость, обусловленная необходимостью иметь двойной комплект тиристоров и удвоенное число вторичных обмоток силового трансформатора.
3. Параллельно-встречное включение преобразователей. По свойствам схема аналогична предыдущей. Преимущество — меньшее число вторичных обмоток силового трансформатора.
Система управляемый преобразователь-двигатель с параллельно-встречным включением преобразователей
Система преобразователь-двигатель с управляемым преобразователем в цепи возбуждения двигателя
Установка работает с постоянным и достаточно высоким коэффициентом мощности. Реверс за счет изменения направления тока в цепи возбуждения затягивает переходные процессы. Система малопригодна для механизмов, требующих большого числа реверсов и торможений.
Андрей Повный