Использование автономного инвертора напряжении с тиристорами в цепях обратного тока при реализации генераторного режима работы асинхронной машины

Для АИН среднее значение токов тиристора /_т и диода /_д определяют выражениями (5.3) и (5.4). При обычном для тяговой асинхронной машины значении сое ф! ж 0,85 получаем: ток тиристора /_т ж ж 0,415 /,, ток диода /_д ж 0,035 1_Ъ т. е. в двигательном режиме работы асинхронной машины загрузка диодов по току не превышает 10 % среднего тока тиристоров. Это означает, что если АИН рассчитывается только на тяговый режим работы асинхронной машины, то диоды могут быть выбраны из расчета значительно меньшего тока нагрузки, чем тиристоры, что дает уменьшение габаритных размеров и массы инвертора.

В генераторном режиме работы асинхронной машины (см. рнс. 9.10) зона проводимости диодов обратного тока занимает большую часть по-

Рис. 9.13. Схема АИН с тиристорами в цепях обратного тока

лупериода, угол <р, >90° и cos _ф1 отрицателен. Соответственно для тиристоров и диодов инвертора получаем: /_т = ~у= (1 - cos q,).

1 2

/_д = (1 + cos _ф1). Для одинаковых значений магнитного потока.

частоты статора f_x и скольжения /₂ (по абсолютной величине) для двигательного и генераторного режимов работы асинхронной машины cos _ф1 имеет практически неизменное значение. Следовательно, в генераторном режиме средний ток диодов практически равен среднему току тиристоров в двигательном режиме. Поэтому габаритные размеры и масса инвертора, имеющего в цепях обратного тока диоды, при реализации режима электрического торможения асинхронной машины существенно увеличиваются в сравнении с инвертором, рассчитанным только на тяговый режим. Ток I_d на входе АИН в генераторном режиме работы асинхронной машины имеет противоположное направление по сравнению с двигательным режимом. Поэтому при использовании одного и того же выпрямителя в тяговом и тормозном режимах в звене постоянного тока необходимо установить двухпозиционный переключатель для изменения направления тока I_d относительно выпрямителя.

Таким образом, если в преобразователе частоты применен обычный АИН с диодами обратного тока, то для реализации электрического торможения асинхронной машины необходимо увеличить расчетный ток нагрузки диодов и установить в звене постоянного тока силовой двухпозиционный переключатель. В результате габаритные размеры и масса электрооборудования существенно возрастают.

Улучшение показателей преобразователя можно получить, если применить автономный инвертор напряжения, в цепях обратного тока которого вместо диодов используются тиристоры (рис. 9.13). Коммутирующие тиристоры VK7 - VK14 позволяют с помощью коммутиру

ющего конденсатора С_к выключать основные тиристоры У51 -

При использовании коммутирующих тиристоров УК7 - УК12 и УК 15, У К16 имеется возможность с помощью того же конденсатора осуществлять выключение тиристоров обратного тока У 801 - У806.

Рассмотрим алгоритмы управления тиристорами такого инвертора. Пусть в двигательном режиме работы асинхронной машины на тиристоры УБО! и У802 поступают широкие импульсы управления на интервалах 0-60° и 180-240°, соответствующих зонам протекания реактивной составляющей тока фазы А (рис. 9.14, а). Аналогично, но со сдвигом 120 и 240° производится управление тиристорами УБОЗ, У804 и У805, УБОб. Выключение основных тиристоров У81 - У56 осуществляется путем включения в соответствующие моменты времени коммутирующих тиристоров УК7 - У К14. При таком алгоритме управления работа инвертора с тиристорами обратного тока полностью идентична работе инвертора с диодами обратного тока в двигательном режиме асинхронной машины.

В генераторном режиме работы асинхронной машины осуществляется выключение не основных тиристоров У81 - К56, а тиристоров обратного тока У801 - У806 путем включения коммутирующих тиристоров УК7 - УК 12, У К15, УК 16. В этом режиме тиристоры У5>1 - проводят основную часть фазного тока асинхронного генератора, а тиристоры У801 - У806 нагружены незначительной реактивной составляющей тока асинхронного генератора (рис. 9.14, б).

Следовательно, в рассматриваемом инверторе нагрузка по току для тиристоров У801 - 1Л506 остается практически неизменной и незначительной, а основная часть тока статора асинхронной машины в обоих режимах - тяговом и тормозном - проводится тиристорами У81- К56. Это означает, что в инверторе с тиристорами обратного тока для реализации электрического торможения асинхронной машины не требуется увеличивать расчетный ток, габаритные размеры и массу тиристоров обратного тока по сравнению с тяговым режимом. В этом заключается достоинство рассматриваемого инвертора.

Кроме того, поскольку в двигательном и генераторном режимах основная часть тока статора асинхронной тяговой машины протекает через основные тиристоры, направление тока на входе инвертора остается неизменным, а полярность напряжения 11_й изменяется на обратную. Поэтому не требуется устанавливать двухпозиционный переключатель в звене постоянного тока прн использовании одного н того же выпрямителя для режимов тяги и рекуперативного торможения.

Диаграммы импульсов управления тиристорами для рассматриваемого инвертора приведены на рис. 9.14. Общее число каналов управления увеличено иа шесть - по числу тиристоров обратного тока. В двигательном режиме работы асинхронной машины для тиристоров обратного тока целесообразно сформировать управляющие сигналы, представляющие собой сочетание узкого и широкого (длительность 120°) импульсов. Например, на тиристор У801 подается узкий импульс в момент, соответствующий 180°, т. е. при выключении основного тиристора УБІ, в результате чего ток конденсатора С_к имеет возможность на втором интервале коммутации (см. параграф 5.3) замыкаться по цепи тиристора УБОЇ. В противном случае (если управляющий импульс на тиристор УЭО! не будет подан) при выключении УБІК, противофазному основному тиристору прикладывается в прямом направлении напряжение, превышающее входное напряжение и_а на значение напря

жения коммутирующего

Рис. 9.14. Диаграммы сигналов управления АИН с тиристорами обратного тока в двигательном (а) и генераторном (б) режимах

Кроме указанного узкого импульса, на тиристор У801 подается также широкий сигнал управления длительностью 120° на интервале 0-120°. Момент поступления этого сигнала совпадает с начальным моментом выключения основного тиристора К52, и после завершения его коммутации тиристор УБОЇ открывается и начинает проводить реактивную составляющую тока фазы А.

В двигательном режиме, как необычном инверторе, для основных тиристоров У81 - К56 с фиксированной задержкой /_г формируются широкие импульсы длительностью примерно 180°. Коммутирующие тиристоры УК7 - УК14 включаются в соответствующие моменты времени узкими импульсами управлення.

В генераторном режиме работы асинхронной машины с помощью коммутирующего конденсатора С_к выключаются тиристоры обратного тока У801 - УБОб, для чего два канала управления переключаются с тиристоров УК13 и VКІ4 на тиристоры УК15 и УК16. На тиристоры У801 - К506 следует подавать сигналы управления, которые распространялись бы на последние 60° соответствующей полуволны фазного напряжения, т. е. на интервал 120-180° для тиристора УЭ02 и на интервал 300-360° для тиристора УБОЇ. В свою очередь, на управляющие электроды основных тиристоров У 81 - К56 целесообразно подавать те же сигналы, которые в двигательном режиме поступали на тиристоры обратного тока в виде сочетания узких и широких импульсов. Например, включение тиристора УБ1 узким управляющим импульсом в момент 0° позволяет избежать коммутационных перенапряжений на вентиле У802 при выключении тиристора УБОЇ. При подаче широкого импульса длительностью 120° (на интервале 180-300°) тиристор У 81 имеет возможность проводить основную часть тока фазы А асинхронного генератора.

Сопоставление диаграмм импульсов управления показывает, что перевод инвертора с тиристорами обратного тока из двигательного в генераторный режим работы асинхронной машины может быть осуществлен взаимным переключением каналов управления основных тиристоров и тиристоров обратного тока. Должны быть взаимно переключены каналы управления тиристоров У81 и УЭ02, У82 и У801, КЯЗ и У804, У84 и У803, 1Л$5 и У806, 1/56 н К505. Кроме того, как указывалось выше, в генераторном режиме каналы управления тиристорами УК13 и УК14 должны быть переключены на тиристоры УК15, УК16.

Таким образом, на базе инвертора напряжения с тиристорами обратного тока можно создать преобразователь частоты, в котором режим электрического торможения асинхронной тяговой машины реализуется без заметного увеличения мощности, габаритных размеров и массы преобразователя. Также отпадает необходимость устанавливать в цепи силового тока двухпозиционный переключатель. Переход из тягового в генераторный режим работы асинхронной машины происходит при переключении каналов управлення тиристорами инвертора электронной аппаратурой.

Следует также отметить (см. с. 248), что для возбуждения магнитного потока асинхронной машины в начальный момент торможения требуется кратковременно подать напряжение в прямом для тиристоров УБОЇ-\ZS06 направлении от вспомогательного источника.

В АИН с ШИМ, как отмечалось в параграфе 5.4, в моменты коммутаций на время выключения диодов обратного тока имеет место кратковременное короткое замыкание питающего источника, поэтому в таких АИН необходимо использовать диоды обратного тока с малым (несколько микросекунд) временем выключения. Поскольку тиристоры имеют существенно большее время выключения, управление по методу ШИМ инвертора с тиристорами в цепях обратного тока затруднено.

Поэтому рассматриваемый АИН с тиристорами обратного тока целесообразно использовать при амплитудном способе регулирования напряжения и, главным образом, на ЭПС переменного тока. В этом случае преобразователь частоты выполняется по структурной схеме, представленной на рис. 9.11, г (тормозной переключатель 777 из схемы исключается).

Для уменьшения числа полупроводниковых приборов в устройствах коммутации АИН с тиристорами обратного тока полезно выполнять с подключением коммутирующего конденсатора к средней точке емкостного фильтра (см. рис. 5.18).

10. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭПС С АСИНХРОННЫМИ ТЯГОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ