Электромагнитные процессы в силовой цепи системы

Электропривода «УВ-ДПТ». Характеристики управления вентильного комплекта управляемого выпрямителя

Электромагнитные процессы в силовой цепи в двигательном

Режиме

Электромагнитные процессы в силовой цепи рассмотрим на примере системы электропривода «однофазный мостовой выпрямитель- двигатель постоянного тока» (Рис. 2.11). Временные диаграммы тока i_я, напряжения u₁, ЭДС e приведены на рис.2.12.

Рис. 2.11 Схема силовой цепи системы электропривода «однофазный мостовой

выпрямитель-двигатель постоянного тока»

Рис. 2.12 Временные диаграммы напряжения u₁, ЭДС e, тока i_я

Электропривод представляет собой электромеханическую систему описываемую системой уравнений, состоящей из уравнения электрического равновесия, уравнения движения и уравнений связи электрических и механических переменных:

где m – электромагнитный момент двигателя;

m_c – статический момент;

J – момент инерции электропривода, приведенный к валу двигателя;

ω – угловая скорость двигателя;

k – конструктивная постоянная двигателя;

Ф – магнитный поток на полюс в воздушном зазоре двигателя.

В системе электропривода «УВ-ДПТ» напряжение u_я, подводимое к якорю двигателя, имеет пульсирующий характер. Вследствие этого ток i_я также пульсирует, что создает пульсации момента m. Для упрощения анализа примем допущение об отсутствии пульсаций скорости ω. При допущении о постоянстве скорости двигателя ЭДС якоря е_я = Е_я =const и механическая часть электропривода не оказывает влияния на электрическую часть. Такое допущение позволяет рассматривать уравнение электрического равновесия (11) без уравнения движения электропривода (12). Анализ электромагнитных процессов проведем на основе графического решения уравнения (11), приняв 2∆U_m = 0.

В момент времени, соответствующий углу α, подаются открывающие импульсы, и тиристоры VS2, VS3 открываются. Двигатель подключен к сети через тиристоры VS2, VS3 в течение фазового интервала α ≤ ω₁t < π + α. В период α ≤ ω₁ t < π+α энергия из сети передается в якорную цепь и преобразуется в кинетическую энергию механической части электропривода и в тепловую энергию в сопротивлении R. Помимо этого, в течение фазового интервала α ≤ ω₁ t< θ_а, когда ЭДС самоиндукции е_L < 0 (так как е > (Ri_я + Е_я)), часть энергии запасается в электромагнитном поле индуктивности L. ЭДС e_L действует встречно напряжению сети и препятствует нарастанию тока i_я (знак ЭДС e_L указан на рис. 2.11 над индуктивностью L). В момент времени, когда мгновенное значение ЭДС e станет равным сумме (Ri_я + Е_я) (точка α на рис: 2.11), ЭДС e_L в соответствии с уравнением (11) станет равной нулю, т.е. , а ток i_я достигнет максимального значения. В течение фазового интервала θ_а ≤ ω₁ t< πЭДС e_L > 0, так как (Ri_я + Е_я) >е. ЭДС e_L действует согласно с напряжением сети и препятствует спаданию тока i_я (знак ЭДС e_L указан на рис. 2.11 под индуктивностью L). Энергия электромагнитного поля, запасенная в индуктивности L, преобразуется в кинетическую и тепловую. При ω₁t > πнапряжение сети меняет полярность, однако открытые тиристоры VS2, VS3 не закрываются. Открытое состояние тиристоров VS2, VS3 и прохождение тока i _я на фазовом интервале π ≤ ω₁t < π+α обеспечивается за счет действия ЭДС самоиндукции e_L,которая направлена встречно напряжению сети, превышает сумму (е + Е_я)и за счет этого поддерживает прямое падение напряжения на тиристорах VS2, VS3. Действие ЭДС самоиндукции e_L приводит при этом к появлению участков отрицательной полярности в кривой ЭДС е полупроводникового выпрямителя (ПВ). На этом интервале энергия электромагнитного поля индуктивности L продолжает преобразовываться в кинетическую и тепловую энергию, а часть ее из якорной цепи передается в сеть. На это указывают разные знаки ЭДС е и тока i_я, определяющие направление потока электрической энергии из якорной цепи в сеть.

Процесс передачи энергии из цепи постоянного тока в питающую сеть переменного тока называется инвертированием, а устройство, с помощью которого осуществляется этот процесс, — инвертором. В течение фазового интервала α ≤ ω₁t < π ПВ работает в режиме выпрямления, а в течение интервала π ≤ ω₁t < π+α — в режиме инвертирования.