Импульсная система возбуждения электрических машин на тиристорах с искусственной коммутацией

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

1966

ИМПУЛЬСНАЯ СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН НА ТИРИСТОРАХ С ИСКУССТВЕННОЙ КОММУТАЦИЕЙ

А. Я. ЗАЙЦЕВ, С. А. КИТАЕВА

Рекомендована научным семинаром электромеханического факультета

Импульсные системы регулирования напряжения генераторов постоянного и переменного тока в последнее время стали привлекать к себе внимание благодаря быстродействию и высокой точности. Появление управляемых полупроводниковых вентилей-тиристоров и использование их для питания обмоток возбуждения электрических машин открывают новые возможности перед импульсной техникой.

Тиристоры имеют ряд преимуществ по сравнению с тиратронами и другими ионными приборами. А в ряде случаев тиристоры лучше кремниевых транзисторов: имеют высокое рабочее напряжение и ток, малое падение напряжения на открытых приборах, для открывания тиристора необходима намного меньшая мощность при значительно большей переключаемой мощности в импульсе.

Преимущества тиристоров объясняют тот большой интерес, который проявляется в настоящее время к этим приборам при использовании их в системах автоматического регулирования [1].

Для управления тиристорами применяются схемы искусственной коммутации тока в цепи тиристора.

Использование схем искусственной коммутации позволяет создать быстродействующие автоматические системы регулирования с относительно высокими технико-экономическими показателями. Схемы искусственной коммутации могут применяться при питании нагрузки как от сети постоянного тока, так и от сети переменного тока. При создании систем с искусственной коммутацией задача сводится к выбору величины емкости, индуктивности и напряжения их заряда [1, 2'],.

В настоящей статье рассматривается система автоматического регулирования напряжения генератора постоянного тока с использованием схемы искусственной коммутации тока в силовой цепи.

В рассматриваемой системе регулирования (см. рис. 1) обмотка возбуждения генератора питается импульсами напряжения повышенной частоты. Изменяя скважность импульсов напряжения, питающих обмотку возбуждения, можно регулировать среднее значение напряжения на зажимах якоря генератора. В период паузы происхо-

Рис. 1.

дит разряд энергии, накопленной в магнитном поле обмотки возбуждения, через шунтирующий вентиль £1*

Схема управления состоит из генератора импульсов — ГИ, схемы широтно-импульсного модулятора — ШИМ, устройств для включения силовых вентилей — ЗУ и схемы искусственной коммутации.

ШИМ задает продолжительность включения силового вентиля КУВь Длительность импульсов, вырабатываемых ШИМ, зависит от величины сигнала рассогласования, поступающего от измерительного органа — ИЭ, включенного на якорь генератора. Для включения силовых вентилей применены запускающие устройства ЗУ1 и ЗУ2 в виде блокинг-генераторов, запуск которых осуществляется от импульсов, поступающих из схемы управления.

Схема искусственной коммутации для гашения силового вентиля КУВ1 использует разряд на обмотку возбуждения конденсатора С, который заряжается до напряжения большего, чем анодное напряжение КУВ]. Заряд конденсатора С происходит от силовой цепи через индуктивность Ь и неуправляемый вентиль При разряде конденсатора С через КУВ2 напряжение на катоде КУВ! оказывается выше анодного, и вентиль КУВ1 гаснет. Силовой вентиль КУВ1 после разряда конденсатора С повторно не включается.

Работа схемы происходит следующим образом. При включенном силовом вентиле КУВ1 происходит резонансный заряд емкости С% с генератора импульсов — ГИ поступает импульс на запуск блокинг-генератора БГ, включающего вентиль искусственной коммутации КУВ2. Емкость С, разряжаясь через КУВ2 на обмотку возбуждения, запирает КУВ1. -Одновременно с включением КУВ2 подается сигнал на ШИМ и на блокинг-генератор БГ вентиля КУВ]. Затем процесс повторяется.

При уменьшении напряжения на якоре генератора увеличивается сигнал рассогласования, поступающий на ШИМ, что приводит к увеличению тока в обмотке возбуждения, и напряжение генератора восстанавливается до заданного уровня

Рассмотрим процессы установления тока в обмотке возбуждения генератора. На обмотку возбуждения генератора поступают прямоугольные импульсы напряжения с амплитудой а, периодом повторения Т и скважностью у. Период повторения импульсов определяет-

ся частотой подачи отпирающего импульса на КУВ и может быть регулируемым.

Таким образом, предложенная система регулирования током возбуждения может быть рассмотрена как импульсная система, когда обмотка возбуждения питается от источника постоянного напряжения через периодически открывающийся и закрывающийся ключ.

Процессы установления тока возбуждения в таких системах рассматриваются в интервалах времени

лт<£<т (/И- т) и т(/г + т) •</ т (/г +1). где п целое число-

«К £]= +

не

(1

е ')

и

О

л.

т

Согласно [3] уравнения изменения тока в виде смещенных решетчатых функций имеют вид:

ие

-3(1 1){\_е-?Ч)(1

¿п

яа

е<1.

(2>

В этих уравнениях:

т

;тн

я *

тн — постоянная обмотка возбуждения;

п Ь — сопротивление обмотки возбуждения и ее индуктивность.

По уравнениям 1 и 2 может быть определено максимальное и минимальное установившиеся значения токов:

а

гтах

^гшп "

и (1-е

(3>

Коэффициент пульсаций тока, характеризующий отношение максимального установившегося тока к минимальному установившемуся току, равен

х = еР0-7>.

Полный размах пульсаций тока в установившемся режиме

(1—е~в'Г) [I — »Щ—т) ] Я 1-е

А/—/тах /Ш1П

При незначительном размахе пульсаций тока процесс установления тока в обмотке возбуждения характеризуется гладкой составляющей.

Уравнение гладкой составляющей согласно [3] может быть представлено в виде:

При работе генератора на линейном участке кривой намагничивания зависимость э. д. с, от тока возбуждения линейна, тогда уравнение гладкой составляющей э. д. е., обусловленной гладкой составляющей тока возбуждения, будет иметь вид:

Ср\',> "уст

где

Есп

£уст —

К — постоянная величина; и— напряжение питания.

При импульсном регулировании тока возбуждения большое значение имеет величина пульсаций тока. Наличие значительных пульсаций тока в обмотке возбуждения приводит к тому, что э. д. с. генератора носит колебательный характер Для уменьшения пульсаций тока, а также колебаний э. д. с. генератора необходимо выбирать достаточно высокую частоту коммутации тиристоров. При заданном коэффициенте пульсаций тока и относительной продолжительности включения период коммутации определяется [3], как

111 Л /Л\

Т= -г—г Тн .

1п%

где гн — постоянная времени обмотки возбуждения

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Импульсные системы автоматического регулирования возбужде-нием электрических машин на тиристорах с искусственной коммутацией тока в силовой цепи разработаны и исследуются на кафедре ЭПП Томского политехнического института. Системы показали себя как быстродействующие, обладающие высокой точностью отработки и широким диапазоном регулирования. Преимущества тиристоров позволяют создавать надежные системы возбуждения средней и большой мощности.

Предложенная система регулирования напряжения генератора постоянного тока может быть использована и для возбуждения генераторов переменного тока. При питании системы регулирования от -сети переменного тока неуправляемый вентиль й2 необходимо заменить на управляемый для заряда конденсатора С непосредственно перед гашением силового вентиля.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кремниевые управляемые вентили-тиристоры. Технический справочник. Изда-

тельство «Энергия», 1964.

2. А. И. 3 а й ц е в, 14. N. Ми ш и н, А. А. Кувшин о в. Импульсное регулирова-

ние скорости в приводах по системе управляемый дискретный преобразова-тель-двигатель (УДП-Д) с искусственной коммутацией. Средства автоматизации электропривода. Доклады к IV Всесоюзному совещанию но

автоматическому приводу ШШИЭМ, 1904. .3. А. П. Зайцев. Разработка и исследование некоторых импульсных устройств для управления электрическими машинами. Диссертация, ТПИ, 19(14.