Документ описывает импульсные регулируемые электроприводы с фазными электродвигателями, разработанные в Москве в 1972 году. Рассматриваются принципы и конструктивные особенности этих электроприводов, включая применение тиристоров как высокоэффективных коммутационных устройств. Книга предназначена для специалистов, занимающихся проектированием и эксплуатацией автоматизированных систем электропривода.

1. ИМПУЛЬСНЫЙ
РЕГУЛИРУЕМЫЙ
ЭЛЕКТРОПРИВОД
С ФАЗНЫМИ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ
« Э Н Е Р Г И Я »
МОСКВА 1972

2. 6П2.1.081
И 54 у .V
УДК 62-83:621.314.632
Авторы: Э. В. Шикуть, |М . И. Крайцберг|, П. А. Фукс,
А. Э. Газганов
И 54 Импульсный регулируемый электропривод с фаз­
ными электродвигателями. М., «Энергия», 1972.
104 с. с ил.
На обороте тит. л. авт.: Э. В. Шикуть, М. И. Крайцберг,
П. А. Фукс, А. Э. Газганов.
в книге рассматриваются пр)1нципы и конструктивные особенности
импульсных асинхронных электроприводов с тиристорными коммутато­
рами. В этих электроприводах тиристоры применяются как быстродей­
ствующие бесконтактные коммутационные аппараты с высокими энер­
гетическими и технико-экономическими показателями.
Исследованы основные схемы импульсных асинхронных электро­
приводов, получены расчетные формулы для выбора параметров эле­
ментов привода, выявлены основные энергетические показатели. Рас­
смотрены статические и динамические характеристики.
Книга предназначена для инженерно-технических работников, за­
нимающихся проектированием, наладкой, исследованием и эксплуата­
цией систем автоматизированного электропривода.
3-3-10
201-72
6П2.1.081
Эргард Васильевич Шикуть,
Меер Ицкович Крайцберг,
Павел Авраамович Фукс,
Александр Эммануилович Газганов
Импульсный регулируемый электропривод с фазными
электродвигателями
Редактор А. В. Ш и н я н с к и й .
Редактор издательства М. И. Н и к о л а е в а
Обложка художника В. И. К а р п о в а
Технический редактор Г. Г. Х а ц к е в и ч
Корректор Е. В. Ж и т о м и р с к а я
Сдано в набор 31/V I11 1971 г. Подписано к печати 8/11 1972 г. Т-01541
Формат 84X108Vs2 Бумага типографская № 2
Уел. печ. л. 5,46 Уч.-изд. л. 5,84
Тираж 8 000 экз. Цена 29 коп. Зак. 348
Издательство „Энергия*. Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10.
Московская типография № 10 Главполиграфпрома
Комитета по печати пои Совете Министров СССР.

3. П Р Е Д И С Л О В И Е
Быстрое развитие в 1Коице 50-х годов электроники .при­
вело к созданию силовых лолупроводниковых неу'пра.вля-
емых и управляемых вентилей, что ознаменовало собой
важный рубеж в развитии управляемого электропривода.
Появилась практическая .возможность осуществления
устройств для преобразования, регулирования и комму­
тации постоянных и переменных токов значительной
величины.
Такие 'важные достоинства тиристоров, как незначи­
тельное падение напряжения в открытом состоянии, м а ­
лое время восстановления управляемости, малые массы
и .габариты, большой коэффициент усиления по мощно­
сти, высокий .к. п. д., незначительные эксплуатационные
затраты и высокая надежность, обеспечили им широкое
применение в промышленных электроприводах.
Первоначальным недостатко.м полупроводниковых
преобразовательных установок являлась их высокая
стоимо.сть в сравнении с преобразователями других ви­
дов (ионных, электромашинных и т. п.). Однако непре­
рывное совершенствование технологии производства при­
вело 'К значительному .снижению отпускных цен на полу­
проводниковые вентили и повышению технико-экономи­
ческой эффективности электроприводов с .полупроводни­
ковыми преобразователями. Вследствие этих причи!!
непрерывно расширяется область применения тиристор­
ных электро1приводов, увеличивается их мощность.
Схемам управляемых тиристорных электроприводов
как переменного, так и постоянного тока посвящено
большое число работ в отечественной и зарубежной ли­
тературе. Однако большая часть этих работ рассматри­
вает вопросы, связанные с созданием, проектированием
и исследованием полупроводниковых электроприводов
постоянного и переменного тока с непрерывным регули­
рованием потока энергии, поступающей в .двигатель.
3

4. Это прежде всего Щ'риводы с фазовым и частотным управ­
лением.
Значительно меньшее (внимание, как это отмечалось
на IV Всесоюзной конференции но автоматизированному
электроприводу [Л. 1], уделяется применению тиристо1ров
как бесконтактных (коммутационных аппаратов для
управления асинхронными двигателя.ми. Систематичес­
кого описания и анализа асинхронных электроприводов
с импульсным управлением в отечественной и зарубеж­
ной литературе практически нет. Настоящая книга пре­
следует цель частично ликвидировать имеющийся пробел,
систематизировав и обобщив накопленный опыт по им­
пульсному регулированию асинхронных двигателей с (кон­
тактными кольца.ми. В этих электроприводах тиристоры
используются как быстродействующие бесконтактные
коммутационные аппараты с высокими энергетическими
и технико-экономическими показателями. Такое приме­
нение тиристоров позволяет создавать электроприводы
переменного тока, отличающиеся конструктивной про­
стотой, относительно малой стоимостью и хорошдми ди­
намическими свойствами. В настоящей книге не рассмат­
риваются физичеокие свойства, принцип действия и
основные технические данные полупроводниковых вен­
тилей [Л. 17, 22, 29]. Основное .внимание здесь уделено
принципам построеиия и анализа схем асинхронных им­
пульсных электро1Приводов с управляемыми тиристорны­
ми коммутаторами, а также исследованию их характери­
стик.
Авторы

5. Г л а в а п е р в а я
О Б Щ И Е В О П Р О С Ы
1-1. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ
Значительная часть общепромышленных и специальных меха--
низмов должна работать с регулируемыми скоростями рабочих
органов. При этом наиболее прогрессивным способом регулирования
технологического процесса является регулирование скорости враще­
ния электрического двигателя.
Асинхронные двигатели отличаются простотой конструкции,
малой стоимостью, высокими к. п. д. и надежностью. Их достоин­
ством является и тот факт, что они по срав1нению с двигателями
постоянного тока при равных мощности и скорости вращения имеют
меньший запас кинетической энергии, а следовательно, обладают
высокими динамическими качествами. Однако .в отношении регули­
ровочных свойств асинхронные дв.игатели уступают двигателям по­
стоянного тока, что ограничивает область их применения. Тем не
менее во многих случаях задача регулирования скорости вращения
рабочего механизма может быть решена и при дрименении асин­
хронных двигателей, особенно асинхронных двигателей с фазным
ротором.
Скорость вращения асинхронного двигателя
бОЬ
Отсюда следует, что регулировать скорость асинхронного дви­
гателя можно следующими путями: изменяя величину скорости
вращения магнитного поля Hi, которая зависит от частоты fi, или
числа пар полюсов р; изменяя величину скольжения s.
Величину скольжения двигателя можно регулировать путем из­
менения величины напряжения на зажимах статора, создания асим­
метрии напряжения на зажимах статора, включения регулируемых
сопротивлений в цепь обмоток ротора; введения в цепь ротора
внешнего напряжения (каскадные схемы); импульсного регулиро­
вания сопротивлений и,ти напряжения.
В основе импульсного способа регулирования спорости враще­
ния лежит принцип дискретного изменения параметров двигателя
или источника питания, что приводит к периодическому изменению
вращающего момента от значения, превышающего момент сопро­
тивления, до значения, меньшего момента сопротивления. Среднее
значение момента вращения в статическом режиме равно статиче­
5

6. скому моменту сопротивления. Таким образом, рабочий Процесс
в приводе с импульсным регулированием представляет собой ряд
следующих одно за другим изменений параметров системы. Режим,
соответствующий статическому в систе.ме с непрерьшным регулиро­
ванием, в системе с импульсным регулированием является квази-
статическим. Регулируя отношение времени измененного состояния
параметров схемы tu ко всему времени периода изменения Т, т. е.
изменяя скважность y = tn lT импульсов питающего напряжения или
скваж1Н0сть измепепия величин параметров двигателя, можно регу­
лировать его скорость вращения.
Регулирование скважности может осуществляться или посредст­
вом регулирования длительности измененного состояния параметров
привода при постоянном периоде коммутации (/и=уаг; 7’=const),
или посредством регулирования периода коммутации при постоян­
ной длительности измененного состояния параметров привода (/„ =
= const; 7'=var). Таким образом, можно управлять приводом как
при постоянной, так и при переменной частоте коммутации. Им­
пульсное регулирование скорости вращения в электроприводах
с фазными асинхронными элект1)одвпгателями применимо как в си­
стемах с потерей энергии скольжения, так и в системах с исполь­
зованием энергии скольжения.
Проследим основные этапы развития электроприводов с импульс­
ным регулированием скорости вращения электродвигателей; при
этом, учитывая содержание настоящей работы, основное внимание
уделим электроприводам переменного тока с асинхройшыми элек­
тродвигателями.
Первые работы, посвященные псследованию квазпстатических
процессов в электроприводах с импульсным управлением, были
опубликованы К. Блауфусом и В. С. Кулебакиным в 30-х годах.
В этих работах рассматрнвалпсь системы импульсного регулирова­
ния скорости вращения двигателей постоянного тока при помощи
регуляторов, действующих на основе контактной электромеханиче­
ской аппаратуры. В дальнейшем М. И. Крайцбергом была предло­
жена дроссельная схема импульсного управления скорости иращепия
асинхронных двигателей, что расширило диапазон мощностей элек­
троприводов с импульсным управлением. Первой работой, в которой
рассмотрены импульсные схемы управления асинхронными коротко­
замкнутыми двигателями, была, работа, выполненная Э. П. Сар­
кисян в .1952 г.
В более поздних работах II. П. Кречетовича, Л. Л. Роткопа,
Ю. П. Агафонова, Е. П. Красовского и А. Г. Шаповаленко были
продолжены начатые исследования и предложено несколько кон­
тактных и дроссельных схем импульсного регулирования скорости
вращения как короткозамкнутых, так и фазных асин.хронпых дви­
гателей. Выполненные исследования показали, что при импульсном
регулировании скважности питающего напряжения статора работа
двигателя сопровождается возникповепием тормозных .моментов,
значительными пиками тока и перегревом двигателя. .Возникновение
больших токов и тормозных моментов объясняется периодическими
включениями двигателя при иамагпичеппой стали статора. Извест­
но, что магнитный поток после отключения двигателя угасает не
сразу, а поддерживается за счет действия ротора.
Возможность применения импульсных систем для регулирования
скорости вращения короткозамкнутых асинхронных двигателей огра­
ничена большими потерями, выделяющимися непосредственно в дви-

7. гателе. Применение двигателей с контактными кольцами позволяет
вынести значительную часть потерь из двигателя, а значит, и более
полно его использо<вать,
Широкое иримоиеиие импульсного способа регулирования ско­
рости вращения асинхронных двигателей долгое время тормозилось
отсутствием высококачественных прерывателей. Недостатками кон­
тактных электромеханических (прерывателей являются быстрый
износ контактов и значительная инерционность. По этим причинам
они не могут обеспечить надежной работы при большой частоте
включений. Дроссели насыщения, применяемые в качестве аппара­
тов коммутации, также имеют ряд крупных недостатков: инерцион­
ность, большие габариты и массу, сравнительно малый к. и. д.
Развитие 'полупроводниковой техники и появление в 60-х годах
тиристоров явились основой для новых возможностей дальнейшего
совершенствования импульсных методов регулирования асинхро1Н1Ых
электроприводов._Тиристоры обладают рядом важных технико-эко­
номических свойств: малыми массой и габаритами, высокими энер­
гетическими показателями, быстродействием и большим коэффици­
ентом усиления но мощности; широким (штервалом рабочих темпе­
ратур; постоянной готовностью к работе и надежностью. Эти важ­
ные преимущества тиристоров позволяют создавать импульсные
асинхронные приводы с .высокими эксплуатационными показателя­
ми и позволяют осуществлять плавное регулирование скорости
в диапазоне до 150:1 и более, а ' также надежно контролировать
пуско-тормозные режимы.
Область применения тиристорных импульсных систем в силовом
электроприводе с .каждым годом неуклонно расширяется; находят
применение системы импульсного регулирования асинхронных дви­
гателей на транспорте, в станкостроении, для привода механиз­
мов подъема грейферных кранов и других машин.
'Начиная с 1961 г., .вопросам применения тиристорных преобра­
зователей в силовом электроприводе уделяется значительное вни­
мание в отечественной и зарубежной научно-технической литера­
туре.
Успехи радиоэлектроники и широкое распространение *во мно­
гих областях техники методов импульсного управления и регулиро­
вания сопровождались созданием единой методики исследования
и расчета дискретных систем. Наиболее полными и законченными
работами в этой области являются работы проф. Я. 3. Цыпкина,
основанные на использовании дискретного преобразования Лапласа.
Пользуясь этим методом, можно, значительно упростив ход теоре­
тического исследования, более глубоко и всесторонне изучать про­
цессы в импульсных системах. При этом следует подчеркнуть, что
предложенная методика исследования формально подобна методике
исследования систем непрерывного регулирования.
1-2. КЛАССИФИКАЦИЯ АСИНХРОННЫХ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С ИМПУЛЬСНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
К настоящ ему времени разработано и испытано значительное
количество схем тиристорных асинхронных электроприводов с им­
пульсным управлением. Эти схемы мож но классифицировать по
ряду нриЗ)наков. В зависимости от способа включения управляемых
тиристорных коммутаторов сущ ествую т две основные группы асин­
7

8. хронных импульсных электроприводов: с управляемыми коммутато­
рами в цепи статора и ротора асинхронного электродвигателя.
Другими классификационными признаками являются наличие
промежуточной цепи постоянного тока, использование энергии
скольжения, регулирование скорости вращения в различных режи­
мах работы, характер изменения магнитного поля двигателя. Клас­
сификационная схема, соответствующая указанным признакам и
Рис. 1-1. Классификация асинхронных электроприводов с импульс­
ным управлением.
основным схемным решениям, представлена на рис. 1-1. Эта схема
учитывает только наиболее общие свойства асинхронных импульс­
ных электроприводов и не является исчерпывающей.
Ниже рассмотрены основные схемы, соответствующие приведен­
ной классификации.
А. Тиристорные асинхронные электроприводы с управляемыми
коммутаторами в цепи статора
В основе принципа действия электроприводов с управляемыми
коммутаторами в цепи статора лежит принцип дискретного изме­
нения напряжения, приложенного к зажимам двигателя, от номи­
нального значения до значения, равного нулю. Так как вращающий
момент двигателя пропорционален квадрату напряжения, то это
приводит к изменению вращающего момента от максимального зна­
чения до нуля. Среднее значение момента вращения в квазиста-
тическом режиме равно статическому моменту сопротивления. Ре­
гулируя отношение времени включенного состояния тиристорного
коммутатора ко всему времени периода, т. е. изменяя скважность
и.мпульсов питающего напряжения у. можно регулировать скорость
8

9. вращения двигателя. На рис. 1-2,а приведена схема с тиристорным
коммутатором в цепи статора {Л. 15, 40, 41]. Коммутирующим
устройством в схеме являются включенные встречно-параллельно
тиристоры. При этом возможно создание как замкнутой, так и
разомкнутой систем привода. Несмотря на внещнее сходство рас­
сматриваемой схемы с релейно-контакторными импульсными схема­
ми, качественные различия процессов, происходящих в этих приво­
дах, весьма существенны. Это объясняется в первую очередь явле-
Рис. 1-2. Схемы импульсного управления
асинхронным двигателем.
а — с управляемым силовым коммутатором в цепи
статора: б — с управляемым коммутатором в це­
пи выпрямленного тока статора; А Д — асинхрон­
ный двигатель: ТГ — датчик скорости (тахогене-
ратор); ОС — орган сравнения; УУ — устройство
управления тиристорами; t/„ , Op — соответ­
ственно напряжения сравнения, обратной связи
по скорости и рассогласования; УТК — силовой
коммутатор; Я — неуправляемый выпрямитель;
Др — сглаживающий дроссель; Яд — добавочное
сопротивление.

10. ййём естественной 'коммутации, вследствие которой тиристоры у.прйй^
ляемого коммутатора запираются не непосредственно после снятия
импульсов управляющего напряжения, а лишь при переходе анод­
ного тока через нулевое значение. Максимально возможное запазды­
вание запирания тиристора равно половине периода питающего
напряжения независимо от величины ко.ммутируемой мощности.
В результате этого дв’игатель может за один период коммутации
работать в трехфазном и двухфазном двигательных режимах, а так­
же в режиме лииамического торможения.
Д л я надеж ного открывания тиристоров устройство управления
долж н о выдавать сигналы управления такой величины и длитель­
ности, чтобы обеспечить надеж ное включение тиристоров во всем
диапазоне нагрузок и скоростей. Это требование объясняется тем,
что асинхронный двигатель представляет собой активио-.индуктивную
нагрузку, у которой фазовый сдвиг тока и напряжения зависит от
скольжения s. П оэтом у импульсы сигналов управления долж ны
поступать на управляющ ие электроды со смещением на угол ф а зо ­
вого сдвига или их длительность долж на быть достаточно большой
для надеж ного открывания управляемых вентилей силового ком­
мутатора во всем диапазоне скоростей. Импульсы напряж ения управ­
ления долж ны быть синхронизированы с питаю щ им . напряжением
и для управления двум я встречно-:параллелы1ьг.М1И тиристорами одной
фазы смещены один относительно другого на 180 эл. град.
В разомкнутых электроприводах подобного -.рода диапазон ре­
гулирования скорости невелик. Применяя замкнутые системы регули­
рования с обратными связями по •скоро'сти, можно получить диа­
пазон регулирования 120 : 1 и более.
Весьма сущ ественны м недостатком электро'пр'И'водов с силовыми
коммутаторами в цепи переменного тока 'статора является то, что
при глубоком регулировании скорости' двигатель работает со зн а­
чительной тепловой перегрузкой. Кроме того, имеют место значитель­
ные пульсации скорости.
Наряду с управлением но цепи переменного тока статора воз­
можно [Л. 33—i35, 41] управление по цепи выпрямленного тока ста­
тора (рис. 1-2,6). Здесь концы обмоток статора включены в трех-
фазиый неуправляемый мост с резистором /?д, который шунтирован
управляемым коммутаторо.м УТК на тиристорах Ti и Гг. Варьируя
скважностью замыкания накО|ротко резистора /?д, можно изменять
его среднее значение и тем самым регулировать скорость вращения
двигателя. Механические характеристики асинхронного двигателя
при регулировании скважности подобны механическим характеристи­
кам при регулировании .активного сопротивления в цепи статора
при обычной схеме включения.
Б. Тиристорные асинхронные электроприводы с управляемыми
коммутаторами в цепи ротора
Пр.именение .управления по цепи ротора позволяет вынести
з.иачительную часть потерь из дв.игателя, а в ряде случаев цополь-
зовать энергию скольжения. При иопользоваиии схем регулирования
с промежуточной цепью постоянного тока в роторе частота комму­
тации не ограничивается частотой переменного тока и может быть
выбрана, ис.ходя из велич'ины допустимой пульсации скорости вра­
щения двигателя. Именно эти достоинства схем с управлением по
цепи ротора привели к их преимущественному применению.
10

11. Рассмотрим основные схемы электроприводов с силовыми ком­
мутаторами в цепи ротора и промеж уточной цепью постоянного тока.
Характерной особенностью всей группы этих электроприводов яв­
ляется наличие трехф азпого управляемого выпрямителя, включен­
ного в цепь ротора асинхронного двигателя. Регулирование элек­
тропривода осущ ествляется посредством
управления постоянным током, проте­
кающим по цепи выпрямителя. Так как
тиристоры представляю т собой вентили и
с неполной управляемостью, т. е. не
могут быть заперты при помощ и управ­
ляющего сигнала, то для управления 0
постоянным током тиристоры применя­
ются совместно с узлом искусственной
коммутации. И скусственная коммутация
обычно реализуется при помощи специ­
альных коммутирующ их конденсаторов,
которые запасаю т энергию, н еобходи ­
мую для прерывания тока через силовой
тиристор.
Рассмотрим принцип действия одно­
го из преоГхразователей, применяемых
в электроприводе. Схема преобразовате­
ля представлена на рис. 1-3,а. В началь­
ный момент времени тиристоры Ti Т2
закрыты, а конденсатор Ск не заря­
жен. При пуске преобразователя }ie-
обходимо, чтобы первоначально от
устройства управления был подан поло­
жительный отпирающий импульс на
управляющий электрод вспомогательно­
го тиристора T-i. Тиристор откроется, и
коммутирующий конденсатор Ск начнет
заряжаться от источника питания. В
конце процесса заряда конденсатор за­
рядится до напряжения Uc, примерно
равного по величине напряжению источ­
ника питания и, с полярностью, соответ­
ствующей обозначениям в скобках.
После заряда конденсатора преобразо­
ватель готов к работе.
Работа схемы в установившемся ре­
жиме происходит следующим образом.
Как только от устройства управления
»а управляющий электрод тиристора Ti
поступает отпирающий импульс, тири­
стор открывается, и по цепи нагрузки
проходит ток. Одновременно происхо­
дит процесс резонансного колебательного перезаряда коммутирую­
щего конденсатора. Процесс перезаряда длится в течение половины
периода собственных колебаний контура и блокируется диодом Д
и тиристором Тг.
Для запирания тиристора, включенного в цепь постоянного то­
на, необходимо, чтобы ток, протекающий через тиристор, стал
еньше тока удержания. В рассматриваемом преобразователе для
II
Рис. 1-3. Нереверсивный
тиристорный преобразо­
ватель с емкостной ком­
мутацией.
а — схема; Ti — силовой ти­
ристор, через который про­
ходит полный ток нагрузки;
'/’г — вспомогательный тири­
стор, служащий для управ­
ления ■ процессом коммута­
ции тока через силовой ти­
ристор; Д — диод в цепи
контура коммутации, служ а­
щий для прерывания коле­
бательного разряда конден­
сатора; — индуктивность
в колебательном контуре;
— коммутирующий кон­
денсатор; б — диаграммы
напряжений.

12. этой цели используется энергия разряда конденсатора, так как
заряженный конденсатор является источником отрицательного запи­
рающего напряжения с очень незначительным внутренним сопротив­
лением, что обеспечивает возможность 'прохождения через конденса­
тор достаточно большого обратного тока.
Ток через тири'стор Ti будет проходить до тех нор, пока от
управляющего устройства не поступит на управляющий электрод
тиристора Tz отпирающий
Др УТК
Ц
положительный импульс и
тиристор Тг откроется.
В результате ток, проходя­
щий через тиристор Ти
практически мгновенно ста­
нет равным току нагрузки,
а ток, проходящий через
тиристор 7i, станет рав­
ным нулю. Одновременно
в результате начавшегося
п'роцесса разряда комму­
тирующего конденсатора С,,-,
к тиристору Т будет при­
ложено отрицательное запи­
рающее напряжение, кото­
рое ускоряет восстановле­
ние запирающей способ­
ности. Если продолжитель­
ность разряда конденсатора достаточно велика, то тиристор Т
Рис. 1-4. Схема управления асин­
хронным двигателем с силовым ком­
мутатором в цепи выпрямленного
тока ротора.
восстановит запирающую способность и ток через нагрузку пре­
рвется. Затем конденсатор С« перезарядится через открытый тири­
стор Тг- Далее процессы будут повторяться.
В асинхронных импульсных электроприводах тиристорный пре­
образователь применяется в качестве быстродействующего бескон­
тактного полупроводникового ключа. Схема асинхронного импульс­
ного электропривода с промежуточной цепью постоянного тока
является наиболее распространенной. Значительная часть выпол­
ненных электроприводов имеют именно такую схему или содержат
ее в качестве составного элемента схемы привода (Л. 7, 13, 14, 30,
33—43, 45, 46]. Поэтому в данной работе этой схеме будет уделено
основное внимание.
Рассмотрим в качестве пр'имера схему на рис. 1-4. В цепь ро­
тора двигателя включен добавочный резистор R^. питаемый выпрям­
ленным током от трехфазного неуправляемого мостового выпрями­
теля В. Пар'аллельно добавочному резистору включен тиристорный
преобразователь постоянного иаиряжения, используемый в качестве
быстродействующего ключа. Для сглаживания пульсаций выпрям­
ленного тока в цепь выпрямителя включен дроссель Др. Таким об­
разом, в рассматриваемой с.хеме функции преобразователя тока я
управления двигателем разделены. Выпрямитель В преобразует
переменный ток ротора в постоянный, а управление выпрямленным
током осуществляется тиристорным ключом УТК. Величина сопро­
тивления цепи ротора зависит ■от состояния ключа; ключ замкнут—
цепь ротора замкнута накоротко, минуя добавочный резистор; ключ
разомкнут — цепь ротора замкнута через добавочный резистор. При
работе управляемого тиристорного коммутатора (УТК) в импульс­
ном режиме (рис. 1-5,а) среднее значение сопротивления в цепи вы­
12

13. i" d i.
т
i
t
Т
прямленного тока ротора можно регулировать в диапазо'не
^Rjs.. По цепи выпрямителя будет проходить непрерывный пуль­
сирующий ток. Среднее значение выпрямленного тока Id определяет­
ся из равенства
тГ г
1 С 1
/д = - у i' dt ~f~
6 ^т
где Т — период коммутации управляемого коммутатора; y = tn fT —
относительное время замыкания накоротко добавочного резистора
(скважность); tn — длительность времени включенного состояния ти­
ристора Тй V — мгновенное значение выпрямленного тока ротора
в интервале времени Г'— мгновенное значение выпрям­
ленного тока ротора в интервале времени /и^ ^ ^ 7 .
Изменяя скважность у от нуля до единицы, можно регулиро­
вать среднее значение выпрямленного тока ротора от некоторого
максимального до некоторого ми­
нимального значения. При этом
изменяются среднее значение мо­
мента двигателя и его скорость
вращения. Частота коммутации
устанавливается в зависимости от
допустимой пульсации скорости
вращения, потерь в тиристорах
коммутатора и величины электро­
магнитной постоянной времени це­
пи ротора. Значение величины ча­
стоты коммутации обычно лежит
в диапазоне 50— 1 ООО гц. При та­
ком широком диапазоне изменения
частоты коммутации появляется
возможность максимально ограни­
чить амплитуду пульсаций скоро­
сти вращения и довести ее до зна­
чения, равного обычному уровню
неравномерности, определяемому
эксцентриситетом ротора и зубцо­
выми пульсациями. Область регу­
лирования скорости вращения в
приводе определяется граничными
механическими характеристиками,
соответствующими скважностям
Y=0 и у=1 (рис. 1-5,6). Область
регулирования скорости вращения
может быть расширена посредст­
вом введения в цепь ротора дви­
гателя большого добавочного сопротивления. При этом следует
учитывать, что величина добавочного сопротивления ограничена
допустимыми напряжениями на тиристорах управляемого комму­
татора, так как должно выполняться требование /г!макс/?Д<^/т.поп,
где 7rf — среднее значение выпрямленного тока, а; Rn — добавочное
сопротивление, ом f/т.доп — допустимая величина напряжения, при­
ложенного к крайним р—л-переходам тиристора.
Для удовлетворения этого требования можно секционировать
Добавочный резистор (рис. 1-6). В этом случае сочетается ступенча­
13
Рис. 1-5. К принципу управле-
}шя асинхронным импульсным
электроприводом с промежу­
точной цепью постоянного тока.
а — диаграмма выпрямленного тока
ротора в квазистатическом режиме;
б — область регулирования скоро­
сти вращения.

14. тое переключение секций добавочного резистора с бесступенчатым
регулированием величины среднего значения со1протнвлеиия между
ступенями. Как видно из ириведепных схем, ступенчатое регулиро­
вание может осуществляться как с помощью контакторной аппа­
ратуры '(рис. 1-6,а), так и с помощью бесконтактных тиристорных
переключателей (рис. 1-6,6). Схемы с секционированным добавоч-
ны.м резистором позволяют несколько расширить диапазон регули­
рования, но не решают всупрос полностью.
УТК, УТК, УТК,
Рис. 1-6. Схемы управления асинхронным электродвигателем
при помощи силового коммутатора в цепи выпрямленного
тока ротора с секционированными добавочными сопротивле­
ниями.
а — с контакторным переключением секций добавочного сопротивления;
б — с независимыми управляемыми тиристорными коммутаторами.
Работу двигателя в любой точке I квадранта можно осуще­
ствить, включив последовательно с добавочным резистором кон­
денсатор С (рис. '1-7,а). В этом случае при у = 0 '(тиристор Г) за­
перт) выпрямленный ток ротора будет равен нулю. Следо'вательно,
область регулирования скорости вращения апределяется осями ко­
ординат и граничной механической характеристикой при у = 1 (ти­
ристор T’l открыт). Для ограничения напряжений 'на тиристорах
УТК емкость конденсатора должна быть до'статочно большой. В от­
личие от расс.мотренных ранее схем в этой схе.ме возможен режи.м
прерывистых токов.
Осуществить работу двигателя в любой точке I квадранта
можно, применив также схему, приведенную на рис. 1-7,6. В этой
схеме дополнительный неуправляемый выпрямитель Bi, питаемый
от сети, включен встречно но отношению к основному выпрями­
телю В. В эго.м случае на добавочно.м резисторе 7?д независимо от
нагрузки двигателя поддерживается постоянное напряжение. Диод
Ml препятствует возможному короткому замыканию '(через тири­
стор T’l) выпрямителя Bi.
Если тиристор Ti открыт '(у= 1), то граничная механическая
характеристика близка к естественной. При полностью закрытом ти­
ристоре T i ( y = 0 ) h o цепи ротора двигателя ток не проходит. Суще­
ственным недостатком этой схемы является ее малая эконо.мичность,
14

15. •Гйк как в Добавочном сопротивлений шостоянно расходуется боль­
шая мощность IS.P^= n^dlRA, где f/d — выпрямленное напряжение
сети (на выходе преобразователя Bi). При регулировании происхо­
дит только перераспределение этих потерь: часть энергии 'поступает
из сети, а часть из цепи ротора. При любом раопределении потерь
общая их величина остается постоянной.
Рассмотренные с.хе.мы (в дальнейшем будем их называть схе-.
мами с «импульсным» сопротивлением и промежуточной цепью по­
стоянного тока) в случае отсутствия обратных связей позволяют
осуществлять регулирование скорости в сравнительно узком диа­
пазоне, так как механические характеристики в этом случае такие
же, как и при реостатном регулировании в роторной цепи. Для рас-
6)
Рис. 1-7. Схемы управления асинхронным электродвигателем с сило­
вым коммутатором в цепи ротора и регулированием в лю бой течке
I квадранта.
”ногп "^'РУЗочным сопротивлением и емкостью в роторной цепи; б — импульс-
регулирования скорости при работе на противо-э. д. с. в цепи ротора.
15

16. 0 -
и 0 -
ТРН
0,‘f 0,8 1,0
Ф
Рис. 1-8. Схема асинхронного элек­
тропривода с импульсным регулиро­
ванием в четырех квадрантах (а) и
механические характеристики при
работе регулятора напряжения (б).
ширения диапазона регулирования
скорости вращения и формирования
желательных механических характе­
ристик в схему должны быть введе­
ны обратные связи.
При необходимости обеспечить
регулирование привода во всех четы­
рех квадрантах может быть примене­
на схема, приведенная на рис. l-8,j.
В этой схеме импульсное регулирова­
ние сочетается с регулированием на­
пряжения на зажимах статора асин­
хронного двигателя. Планное регули­
рование действующего значения на­
пряжения осуществляется посредст­
вом изменения угла отпирания вен­
тилей реверсивного тиристорного ре­
гулятора напряжения ТРИ [Л. 8, 18].
16

17. П и работе «вперед» включены тиристорные пары 1, 3, 5, при ра­
боте «паз^ад» — тиристорные пары 2, 3, 4. В результате работы ТРИ
апряжение на зажимах статора имеет несинусоидальную форму
и ги^зменяется от номинального значения до значения, примерно
вного нулю, при изменении угла отпирания в диапазоне О— 150°.
Так как тиристоры — вентили с неполной управляемостью,
а асинхронный двигатель представляет собой активно-индуктивное
^противление с переменным фазовым углом, то очевидно, что вы­
ходное напряжение ТРИ определяется углом регулирования а и
(оТ-э
фазным углом нагрузки 0 = arctg— Механические характеристи­
ки асинхронного двигателя при работе ТРИ приведены на
рис. 1-8,6. Граничная характеристика представляет собой характери­
стику, соогветствующую' полностью открытым вентилям ТРИ. Оче­
видно, она будет отличаться от естественной на величину потерь
в вентилях. Для управления тиристорным регулятором напряжения
необходимо обеспечить надежное отпирание тиристоров в нужные
моменты времени независимо от угла сдвига между током и напря­
жением двигателя. При этом должна соблюдаться симметрия углов
регулирования плеч ТРН, так как асимметрия приводит к неравно­
мерной загрузке тиристоров, увеличению пульсаций тока и скорости
двигателя, возникновению ударов. Управляя тиристорами регулято­
ра напряжения ТРН и силового коммутатора УТК, можно обеспечить
работу двигателя в двигательном режиме в I и III квадрантах и
в тормозных режимах 1(противовключение или динамическое тормо­
жение) во II и IV квадрантах. Обычно система управления приво­
дом [Л. 35, 40, 41, 46] строится таким образом, что импульсное ре­
гулирование при помощи УТК осуществляется только при полностью
открытых вентилях тиристорного регулятора напряжения. Наличие
ТРН позволяет осуществить работу привода в любой точке квад­
ранта.
То обстоятельство, что энергия скольжения бесполезно рассеи­
вается в сопротивлениях цепи ротора, является важнейшим недо­
статком рассмотренных схем. Это снижает к. п. д. и ограничивает
область применения подобных электроприводов. При этом способе
регулирования потери энергии возрастают с расширением диапазо­
на регулирования скорости вращения. Этого недостатка лищены
электроприводы, в которых энергия скольжения рекуперируется
в цепь переменного или постоянного тока (Л. 13, 35, 4'1]. Их
схемы показаны на рис. 1-9. Они представляют собой каскадные
схемы с импульсным управлением. Простейшей является схема на
рис. 1-9,0. Здесь энергия скольжения поступает в сеть постоянного
тока. Например, возможно использование [Л. 34, 35] энергии сколь­
жения для питания цепей возбуждения синхронных генераторов
в автономном приводе или аккумуляторной батареи. Регулирование
скорости вращения достигается при помощи 'управляемого тири­
сторного коммутатора, работающего в режиме щиротпой модуля­
ции. Диод Hi предотвращает возможное короткое замыкание источ­
ника постоянного тока при открытии вентиля Ti. При постоянной на­
грузке на валу двигателя рекуперируемая в сеть энергия максималь­
на на нижнем пределе регулирования скорости и уменьшается при
увеличении скорости.
Дальнейшим развитием этой схемы является схема асинхрон­
ного вентильного каскада с импульсным регулированием. В асин­
хронном вентильном каскаде регулирование скорости вращения осу-
2 -3 4 8 17

18. тёствляётся йосрёл'ствбм 'УправлеИия y^лoм бтпйрайия йпверторй.
При этом вследствие низкой частоты процессов в цепи инвертора
проходят токи с большой амплитудой пульсаций. Для ее уменьшения
в цепь выпрямленного тока ротора необходимо включать реактор
с большой индуктивностью, что приводит к увеличению массы и
Рис. 1-9. Каскадные схемы с импульсным регулированием
с рекуперацией энергии в сеть постоянного тока (а) и в сеть
переменного тока (б) (асинхронный вентильный каскад
с импульсным регулированием).
габаритов электрооборудования привода'. При работе инвертор noi
требляет значительную реактивную мощность и привод имеет низкий
коэффициент мощности. Применение асинхронного вентильного кас­
када с импульсным регулированием (рис. 1-9,6) позволяет устранить
эти недостатки. В этой схеме функции выпрямления э. д. с. ротора;
18

19. управления вытрямленпым током и инвертирование энергии сколь­
жения разделены между отдельными элементами. Схема позволяет
обеспечить работу привода при скоростях ниже синхронной. Выпря­
митель 1В, собранный на неуправляемых вентилях, преобразует
э Д- с- ротора, имеющую частоту скольжения, в постоянное на­
пряжение; управляемый тиристорный коммутатор УТК управляет
постоянным” током в цепи ротора и позволяет обеспечить работу
инвертора 2В с минимальным углом опережения, что соответствует
малой реактивной мощности. Для еще большего снижения реактив-
Рис. i-10. Схемы импульсных асинхронных электроприводов
с управляемыми коммутаторами в цепи переменного тока ро­
тора.
и — с неполностью управляемым мостовым выпрямителем, работающим
в импульсном режиме; б — с трехвентильным коммутатором.
на
tiOH мощности инвертора необходимо синхронизировать момент запи­
рания УТК с переключением фаз инвертора таким образом, чтобы
ток в цепи инвертора, соответствующий моменту переключения, был
В этом случае можно даже обеспечить опережающий
коэффициент мощности.
Так как в этой схеме функцию регулирования скорости выпол­
няет коммутатор УТК, то возможно применение одного инвертора
несколько регулируемых приводов. Возможность работы УТК
высокой частотой коммутации позволяет получить меньшие габа-
Р ты сглаживающего дросселя при тех же допустимых пульсациях
il/ ротора.
рассмотренных выше приводов с коммутаторами в про-
&лек*^°^^”°^ цепи постоянного тока, возможны также импульсные
J 6^3 промежуточных цепей постоянного тока (71. 2,
В схеме на рис. 1-10,а в качестве коммутатора использован
юностью управляемый мостовой трехфазный выпрямитель В,
19

20. работающий в импульсном режиме. Сонротивленне /?д2 < ^ д 1. Прр
открытых вентилях выпрямительного моста механическая хара.кте.
ристика определяется сопротивлением Rjiz цепи ностояниого тока
При закрытых управляемых вентилях механическая характеристика
определяется сопротивлениями Rjn, включенными в цепь перемен
ного тока ротора. Изменяя скважность включения мостового вы.
прямителя, можно регулировать скорость. Область возможного ре
гулирования скорости расположена между граничными характери
стнками. Схема на рис. 1-10,6 отличается от предыдущей тем, чтс
в ней применены только три вентиля.
.Схемы с коммутаторами в цепях переменного тока имеют не
сколько большую амплитуду пульсаций скорости вращения, что объ
ясняется малыми частотами работающего коммутатора.
1-3. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ АСИНХРОННЫХ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С ИМПУЛЬСНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ
СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ
Системы импульсного регулирования асинхроцных двигателе!
находятся в стадии интенсивного развития и исследования. Свой
ства этих систем полностью еще не раскрыты. Однако можно ука
зать ряд приводов, где импульсное регулирование асинхронных дви
гателей или применяется, или имеет реальные перспективы примене
ния в ближайшее время.
Важной областью применения таких систем является приво.
грузоподъемных машин (кранов, подъемных лебедок и др.). П
диапазону регулирования импульсная система привода вполне удов
летворяет требованиям большинства грузоподъемных машин. Не
сколько сложнее обстоит здесь дело с тормозными режимами npi
опускании грузов. 'В этом случае используется либо динамическо
торможение, либо режим противовключения. В первом случае регу
лирование скорости вращения может быть достигнуто двумя спо
собами; путем импульсного регулирования сопротивления в neit
ротора и путем импульсного включения постоянного тока в статор
ную цепь.
При об.тнх способах регулирование осуществляется с иомощы
тиристорного широтно-импульсного прерывателя. Возможно такж
комбинированное использование обоих способов. При этом можи
получить семейство жестких характеристик, обеспечивающих не
обходимые посадочные скорости при монтажных и других рабг
тах.
Импульсное регулирование в режиме торможения противоаклк
ченнем используется в приводах судовых подъемных лебедок [Л. 4(
и подъемной лебедки экскаватора-крана [Л. 6]. Динамическое гор
.можеиие с импульсным прерывателем имеет преимущества по сравне
нию с этим способом в отношении потерь энергии.
Другой областью применения импульсного регулирования являет
ся привоа вентиляторов. Благоприятные перспективы имеет таки^
импульсное регулирование для привода конвейеров различного нг
значения. В этих машинах обычно требуется незначительное изме
пение скорости. Так, например, в двух- и трехдвигательном приво;
необ.ходимо снижение скорости в отдельных двигателях на 2—3
20

21. Г л а в а в т о р а я
К В АЗ ИСТ АТ ИЧЕСКИЕ Р Е Ж И М Ы РАБОТЫ
Т И Р И С Т О Р Н Ы Х А С И Н Х Р О Н Н Ы Х
Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д О В С И М П У Л Ь С Н Ы М
У П Р А В Л Е Н И Е М
2-1. ПРИНЯТЫЕ ДОПУЩЕНИЯ
В статике рабочий .процесс асинхронного электро­
привода с импульсным управлением .представляет собой
шоследовательность двух нериоди'чески следующих одно
за другим состояний системы. Следовательно, .можно го­
ворить о квааистатичеоком режиме работы. Анализ ква-
зистатического режима работы привода позволяет
выявить основные закономерности изменений токов в дви­
гателе, получить выражения для механических характе­
ристик и исследовать энергетические показатели при­
вода.
Электроприводы переменного тока с асинхронными
двигателями, управляемые при помощи импульсных ти ­
ристорных коммутаторов, представляют собой сущест­
венно нелинейные системы. В этих системах асинхронные
двигатели, неуправляемые выпрямители, управляемые
тиристорные коммутаторы и тиристорные инверторы
представляют собой элементы с нелинейными статичес­
кими характеристиками. Так, например, кривая намагни­
чивания асинхронного двигателя нелинейна и неодно
значна; параметры двигателя нелинейно зависят от топов,
скорости вращения и температуры. Аналогичные нели­
нейности содержат и остальные элементы схемы. Эти не­
линейные элементы, имеющие разнообразные и сложные
характеристики, вносят значительные трудности в анализ
и синтез импульсных асинхронных электроприводов.
^Учет всех этих факторов привел бы к системе нели­
нейных дифференциальных уравнений, которые весьма
неудобны для анализа. Их 'решение возможно прежде
всего методом математического моделирования на ана­
логовых вычислительных машинах (АВМ), цифровых
вычислительных машинах (ЦВМ) и графическими мето­
дами. Однако для выяснения характера процессов и це-
^еи инженерной практики желательно иметь приближен-
гл^^ ®^Щне решения. Поэтому будем учитывать лишь
^ авньте факторы и исключим из рассмотрения 'второсте-
Иные. С этой целью введем следующие допущения:
21

22. 1. Реальный асинхронный двигатель заменяем идеали-
зи'рованной машиной, у .которой .магнитная це.пь не насы­
щена; явления гистерезиса и .потери в стали не упитыва­
ются; отсутствуют высшие гармодические и. с.; индуктив­
ные со.противления рассеяния не зависят от положения
ротора; токи 'В обмотках изменяются .по гармоническому
закону; воздушный зазор равномерен.
2. Управляемые 'И неуправляемые вентили обладают
идеализированиы.ми вольт-ам.перными характеристиками.
3. Пульсации тока с частотой .скольжения и колеба­
ния скорости отсутствуют.
4. Управляемый тиристорный коммутатор представ-’
ляет собой ключ с идеализироваинымн характернсти-;
ками.
5. Угол перекрытия вентилей неуправляемого моста
не превышает 60°.
Принятые .допущения .позволяют, исключив второ­
степенные явления, получить достаточно точные и вполне
приемлемые но сложности для инженерных .расчетов ана­
литические выражения для токов и скоростной и меха-
.нической характеристик привода.
Рассмотрим две основные схемы асинхронных элект­
роприводов с импульсным управлением но цени ротора:
схему с «импульсным» сопротивлеиие.м в цепи выпрям­
ленного тока ротора (см. рис. 1-4) и схему асинхронного]
вентильного каскада с имнульсны.м управлением (см;
рис. 1,9-6).
2-2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО
ЭЛЕКТРОПРИВОДА С УПРАВЛЯЕМЫМ КОММУТАТОРОМ
В ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
При включении в ротор асинхронного двигателя]
(рис. 2-1,а) неуправляемого .мостового выпрямителя]
в любой момент времени, за исключением периода ком­
мутации, ток проходит по дв|у,м фазам ротора. Форма
кривой то1ка ротора зависит от В!еличин индуктивностей
в цени вентилей выпря.мителя. Уже при (3h-5)Lo,
где La — инду.кгивность обмоток асинхронного .двигателя,
кривая тока ротора но форме (Л. 17] приближается
к .кривой, соответствующей Едр = с». При работе управля­
емого тиристорного коммутатора ,по цепи выпрямленного
тока проходит постоянпыйпульсирующий ток (рис. 2-1,6 )
В случае полностью открытого у.правляемого 1Ком.мутатО'
22

23. После Завершения переходного процесса ток Достигй^
ет значения / 3; в случае закрытого коммутатора ток
уменьшается до значения / 4. Таким образом, в рассмат­
риваемой схбхме (режим прерывистых токов невозможен.
Схема замещения, приведенная к цепи выпрямлен­
ного тока и соответствующая принятым допущениям, по­
казана на рис. 2-1, в. (В этой схеме асинхронный двига­
тель заменен, как это обычно принято в теории каскад-
1^9
Рис. 2-1. Управление по цепи выпрямленного тока ротора,
а — схема силовой цепи; б — идеализированная диаграмма выпрямленного
тока; в — схема замещения асинхронного электропривода с импульсным
управлением по цепи ротора.
ных схем [Л. 4, 24—^27], эквивалентным генератором с па­
раметрами Еэ, и Lg. На схеме замещения приняты
следующие обозначения:
— э. д. с. эквивалентного генератора:
E s = E d o s . (2-1)
Здесь Edo — среднее значение напряжения на выходе
выпрямительного моста при разом.кнутой цепи .постоян­
ного тока и скольжении s = l:
£d, = r 2 £ p ..-?-sin "т
(2-2)
где т — число фаз выпрямителя; при т = б имеем Еао=
^1,35 £рн, где fp.H — э. д. с. на кольцах неподвижного
ротора. >
Л(У=4Д1(7о«4в — суммарное падение напряжения на
скользящем контакте и вентилях выпрямительного моста.
23

24. Ra — активное сопротивление эквивалентного генера­
тора:
/?з = 1,75/?„+’-^ Х д,5, (2-3)
где Адв5 — сопротивление, учитывающее снижение]
выпрямленного напряжения вследствие явления перекры-
тия вентилей; Адв и /?дв---соответственно (Приведенные
к цепи ротора индуктивное и активное со;противлени5^
фазы асинхронного двигателя при скольжении s = l ; при!
соединении обмоток статора п ротора асинхронного дви­
гателя в звезду
Хд. = ^ 4 ^ ; (2-4,
= (2-5)
где ке— коэффициент трансформации:
* , « = . 0 , 9 5 - ^ ; (2-6)
^р.н
A'l и Ri — соответственно индуктивное и активное сопро)
тивления фазы обмотки статора; Х и — соотве-^
ственно приведенные индуктивное и активное сопротив)
ления фазы обмотки ротора; Ui — линейное напряжение
на зажимах статора 'дв1игателя.
La — индуктивность генератора, эквивалентного асин;
хронному двигателю:
(2-7)
где fi — частота питающего напряжения; Адр и 7?др
соответственно индуктивность и сопротивление сглажива;
ющего дросселя; ^д — добавочное сопротивление.
Проанализируем процессы, происходящие в двигатеЛ?
на протяжении одного периода коммутации. В схеме за­
мещения управляемый тиристорный коммутатор заменен
ключом К с идеальными характеристиками. При замыка'
НИИ 'ключа э. 'Д. с. эквивалентного генератора включенз
на электрическую цепь с закороченным добавочным сО’
противлением Rji, и ток в цепи 'возрастает; при размыка­
нии ключа в цепь вводится добавочное сопротивление^
н ток в цепи уменьшается. В соответствии со схемой*
24

25. замещения на рис. 2- 1,в уравнения равновесия э. д. с. для
рассматриваемой цепи могут быть записаны следующим
образом (если за начало отсчета принят момент замыка­
ния ключа):
для интервала времени
L - ^ + R , i = E^„s~AU-, (2-8)
ДЛЯ интервала времени
L - § - + ( R , + R^)i = E „ , s - W . (2.9)
Здесь L = L3+ Lflp — суммарная индуктивность цепи;
Ri = Ro+Rjs.p — суммарное сопротивление в первом интер­
вале времени; R2 = Ri + Rp, — суммарное сопротивление
во втором интервале времени; i — мгновенное значение
тока, проходящего по цепи выпрямителя; /„ и Т — соот­
ветственно длительность замкнутого состояния ключа К
и период комм'утации.
При анализе полагаем, что система имеет постоянную
частоту коммутации. Для удобства анализа процессов
выразим время в относительных единицах
т = 4 (2-10)
К введем обозначения: Ti = LIRi и r 2= L//?2 — соответ-
<^венно электромагнитные постоянные времени в первом
и втором интервалах периода коммутации; ^i = T/Ti и
^2= Т /Т 2 — соответственно периоды коммутации в пер­
вом и втором интервалах времени в относительных еди-
ницах; /3 и Д — соответственно максимальное ( у = 1) и
^«инимальное ( у = 0) значения тока в цепи:
= , • (2-11)
/ (2-12)
/?2 ’
— относительное время замкнутого с о с т о я н и я
К (скважность).

26. с учетом введенных обозначений уравнения (2-8) ц
(2-9) могут быть представлены в следующем виде:
= (2-13)
' = (2-14)
р2 dx
Решив полученную систему относительно тока, получим;
»= / , ( 1 - й - » ' ’) + г,(0)е-*''’. = /,(^); 0 < x < y ; (2-15)
i = / , i i - « ' ' ' ’ ''“ ” l +h (0)«-"-'’- " =
= / ,( • ' ) ; (2-16)
где fi(0) и /г(0) — соответственно начальные значения
тока в первом и втором интервалах периода коммутации.
Учитывая, что в анализируемой схеме ток вцепи вы]
прямителя всегда непрерывен (сопротивление цепиопр
деляется допустимыми перенапряжеииями и всегда ко­
нечно), начальные значения токов в схеме могут быть
определены из следующих условий:
1^(0) = /2(01 (2-17)
k ( 0 ) = f,(Y).
Рещив полученную систему с учетом равенств (2-15) и
(2-16), получим;
(U) — /мин — V ’
(2-18)
• ! - /. (I ) 4- /. II
— /м ак с— _ g~'9
(2-19)
где ф = Р 1у-1-р 2('1—y).
Амплитуда пульсаций тока в цепи выпрямителя опре:
деляется формулой
А'/ = 7макс—7мин
Подставив сюда значения экстремальных токов
(2-18) н (2-19), получим:

27. решив равенства (2-15), (2-16), (2-18), (2-16) и (2-20)
совместно, получим:
(2-21)
Величину среднего знач ения вы прямленного тока м о ­
жно определ ить по ф о р м у л е
/d = ,(т:) j Д (х) cfx.
о т
Подставив сюда значения мгновенного тока, проходяще­
го по цепи выпрямителя, получим:
/d = /,Y + / . ( l - T ) + A / ^ (2-22)
/4
Принимая во внимание, что - ^ . = 4 !-, можем написать:
‘ 3 Рг
/ d = ; т + Р ( 1 - т ) + ( 1 - р ) 4 ^ ^ ^ . ] / „ (2-23)
где
^ (1 _ ^ - Р . 7 )
Коэффициент пульсаций постоянного тока
h - ^маке^ /з(1-^-Р .Т )+ /^^-М [1_^-Р .(1-7)
^мин / 3(1 (> -7 )j
(2-24)
Электромагнитный .момент, развиваемый асинхрон­
ным электродвигателем в схеме с «импульсным» сопро­
тивлением
М =
'Пренебречь в первом приближении высшими
РМониками тока ротора и пульсациями постоянного
27

28. тока, то электромагнитная мощность асинхронного дви­
гателя с выпрямителем в цепи ротора с точностью до 5%
определяется равенством [Л. 27]
Следовательно, электромагнитный момент двигателя
М = --------------- L ^ . (2-25)
Соотношения для среднего значения тока и электро­
магнитного момента двигателя позволяют построить как
скоростные, так и механические характеристики рассмат-i
риваемой системы электропривода.
Полученные выражения для токов громоздки и
неудобны для практического применения. При малых зна­
чениях Pi и Рг (Pi<0,3; Р2< 0,3) можно получить достач
точно точные и простые выражения для токов, если разч
ложить показательные функции в ряд Маклорена и огра­
ничиться первыми двумя членами ряда. Тогда получим:
д / ([ __ / (2-26)
пли
- ^ = P , Y ( l - r ) . (2 -2 ^
I'
где Рз = 7’/7'з; 7’з= Т//?д. {
Уравнение для среднего значения выпрямленного токз
после подстановки значений Pi, Рг и Рз можно привести
к виду
Анализируя это равенство, можно сделать вывод, чт|
импульсное 'регулирование среднего значения тока экв!^
валентно введению в цепь добавочного сопротивления
7?д ( 1—у), а величина полного сопротивления Rp зависй)
28

29. от скважности у. Используя (2-3) и (2-30), получаем
приближенное уравнение скоростной характеристики
рассматриваемого электропривода
. [^3 + / ? « ( l - Y ) ] / d + Af7
(2-31)
£do — ЗЛГд,/^/;^
где /?з=1у75 /?дв + /?д.р.
Приняв среднее значение выпрямленного тока цепи
ротора двигателя равным нулю, определим величину
скольжения идеального холостого хода асинхронного при­
вода с «импульсным» сопротивлением:
HdO
откуда скорость холостого хода
= (2-32)
где tii — скорость вращения .магнитного поля (синхронная
скорость),
В случае применения полупроводниковых вентилей
величиной л и можно пренебречь и считать, что По~Пи
Выражение (2-31) .можно привести к виду
« = /г. 1- + . (2-34)
-do— „ и
Попользовав равенства (2-25) и (2-34), можно по-
<^роить механические хара.ктеристики электропривода.
Достаточно простое выражение для механической харак­
теристики можно получить, если пренебречь падением н а­
пряжения вследствие явления перекрытия вентилей. Ре­
шив равенства (2-25) и (2-30) совместно, получим (с уче-
Т0.Мпринятого допущения):
Л4 '— ^do^d 9,55£до Edo^ ^2 35)
Им доказаны механические характеристики
11^ 7*^1»сной системы электропривода с двигателем МТ
^ '6, добавоч.ным сопротивлением /?д=16 ом и реакто-
с параметрами 1 др= 3,8- 10“ ®гн и /?др= 0,08 ом.
I
29

30. Сплошными линиями показаны 'расчетные Механ'й-
ческие характериетики, пунктирным'И — эксперименталь­
ные. Из рисунка видно, что механические характеристики]
рассматриваемой системы привода 'подобны механическим]
характеристикам при изме-
Рис. 2-2. Механические харах-
’ теристикн асинхронного элек­
тродвигателя с импульсным
управлением по цепи выпрям­
ленного тока ротора.
нении активного сопротивле­
ния в цепи ротора асин­
хронного двигателя. Ж ест­
кость характеристик умень­
шается при уменьшении
скважности. При скважно­
сти y = 0,05 и y = 0,95 искус­
ственные механические ха­
рактеристики совпадают с
соответствующими гранич­
ными.
На рис. 2-3 приведены ха­
рактеристики, иллюстрирую;-
щие зависимость амплитуды
пульсаций тока ротора от
параметров привода. Как
видно из рис. 2-3, амплитуд
да пульсаций постоянного тока в цепи ротора умень:
шается при уменьшении периода коммутации, увеличе]
НИИ А др сглаживающего реактора и p = pi/p2—
В соответств'ии с принятыми 'допущениями полученные
результаты .могут быть распространены на приводы 4
коммутаторами переменного тока в цепи 'ротора (с.м^
рис. 1-10). В этом случае при расчете скоростных ха,-
й1гя/Id
/ ' я 9,6 ^
/
У
^ман у
V
а ) б)
Рис. 2-3. Зависимости, характеризующие цульсации вы­
прямленного тока ротора.
и — расчетная; б — экспериментальная при — ампли­
туда пульсаций тока; / — частота коммутации.
30

31. рактери'стик добавочные сопрогивления в цепи (Перемен­
ного тока ^д.пер заменяют эквивалентным им добавочным
сопротивлением /?д.п в цепи выпрямленного тока. В соот­
ветствии с равенством (2-3) ^?д.п=1,75 7?д.пер.
2-3. МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАСКАДНЫХ СХЕМ
С ИМПУЛЬСНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
Применение каскадных схем с импульсным управле­
нием (см. рис. 1-9,6) позволяет [Л. 13, 20, 41] повысить
коэффициент мощности привода, расширить диапазон
регулирования, снизить массу и габариты сглаживающе­
го реактора. Особенно целесообразно применение импуль­
сного управления в случае наличия неоколыких регули­
руемых двигателей. При этом возможно [Л. 41] (примене­
ние одного общего инвертора, таи как регулирование
Ь ^3 ’'Йр ‘‘Ip
Рис. 2-4. Схемы асинхронного каскада с импульсным управлением
скоростью вращения.
“ вринцппиа.аьная; б — замещения; в — диаграмма тока в цепи ротора.
скорости двигателя осуществляется при помощи управ-
емого тиристорного коммутатора в депи вынря.млен-
»«го тока poTotpa.
кваз°^^^”^^ допущения, принятые ранее, рассмотрим
Так ^ ^ ^ ^ ^ ‘^^ский режим работы исследуемого .привода.
Дей ^нвертор П (рис. 2-4,а) служит только для це-
энергии, то в схеме замещения .пре-
ователя (рис. 2-4,6) учитываются только неизмен­
31

32. ная по величине э. д. с. преобразователя Еан и его эквива­
лентное сопротивление 7?и-
Уравнения равновесия э. д. с., характеризующие про­
цессы в асинхронном двигателе при произвольном сколь­
жении S, и.меют следующий вид;
iB интер'вале 'времени
L
В интервале времени
(2-36)
dt
(2-37)
Выразим, как и ранее, время в относительных единицах
(2-10) и примем следующие обозначения:
7’, — р,
L
Ti ’
т>---------------
^ 2 “ Ri + Ryi
Ri + Rk
(2-38)
)
Тогда уравнения (2-36) и (2-37) могут быть'Представ­
лены в следующем виде:
1 di
dx
di
. + / = / 3; o < x < y ;
(2-39)
______ .4 . / ^ / ' ; Y < x < l .
Р'г dx 4> I
Рещив уравнения (2-39) относительно то:^а, получим;
<■= / , ( 1 0 < х < т : - '2-40
+ (2-41
Значения начальных токов могут быть определены
в соответствии с начальными условиями и режимом 'про
текания тока. Как известно, 'В вентильном каскаде воз
м о ж н ы два режима: непрерывных и прерывистых токоз
Основным 'Режимом является 'режим непрерывных токоз_ является 'режим непрерывных токоз
Режим прерывистых токов возможен при малых нагруз
ках.
32

33. в .режиме непрерывных токов выражения для опреде­
ления экстремальных и мгновенных токов, амплитуды
пульсаций то*ка и среднего значения тока соответствуют
уравнениям (2-18) — (2-28), в которых параметры при­
вода определяются равенствами (2-38). Среднее значе­
ние тока может 'быть определено следующим образом:
и = 1 + (/з — (2-42)
Это равенство получено после упрощения ура'внения
(2-22) путем разложения показательных функций в ряд
с точностью до второго члена.
Решив совместно уравнения (2-38) п (2-42), получим:
/ , = (2.43)
Отсюда получим уравнение скоростных характеристик:
(/:d„-f/ А ) ( 1—Y)-f + .
Пйа --- /л
(2-44)
Приняв среднее значение тока .равным пулю, опреде­
лим величину фиктивного -скольжения идеального холо­
стого хода асинхронного привода в 'каскадной схеме
с импульсным управлением:
(2-45)
Та'ким образом, скорость вращения двигателя в .кас­
кадной схеме с импульсным управлением пропорциональ­
на скважности у замыкания
управляемого тиристорного
коммутатора.
При принебрежнмо ма-
сопротивлении преобра­
зователя скоростные харак­
теристики привода парал-
ельны. Скоростные харак­
теристики рассматриваемой
привода с двигате-
И 2-6 приведены на
2-5. Характеристики
""СУ?стви1 " предположении g-S. Скоростные характе-
етых режима прерыви- ристики асинхронного каскада
^ токов. Механические с импульсным управлением.
’ 33

34. характеристики привода можно построить, использовав
равенства (2-25) и (2-44).
Режим 'прерывистых токов в 'каска'дной схеме с им­
пульсным управлением возникает при .малых нагрузках.
Для режима прерывистых токов характерно, что в ин­
тервале времени .постоянный ток в цепи ротора
спадает до нуля. При этом ток стремится изменить свое|
направление, ио вследствие односторонней нрово'димо-!
сти 'Вентилей изм'енение направления тока невозможно)
и при 'Переходе 'через н у л ев о е знач ение он О'реры'вается.^'
Выражения для определения мгно'венных значений|
тока в роторе электродвигателя можно .получить из 'Р4||
венств (2-40) и (2-41), если начальные значения токов|
определять и'з.следующих усло'вий: ^
(2-46)
/,( 0 ) = /'мин = 0;
/'ДО) = /'„,,е = ЦТ)-
Следовательно:
(0) = = /, ( 1 - (2-47)
<= = ?'.(■'). 0 < x < t ; (2-48)
(2-49)
где Ti — длительность 'протекания то1ка.
Ам'плитуда пульсаций тока определяется равенством
Среднее значение вьтрямленного тока ротора за п
риод комм'утацин при работе .привода 'В режиме npepi
вистых токов
+ (2-5
О Т
Длительность ©ремени иротекания тока ti мож^о
определить из равенства (2-49), приняв f'2 ( t i ) = 0. I
Для построения скоростных и механических характ(|
ристик привода важно опре'Делить границу перехода 0|
непрерывного тока к прерывистому. В этом режиме
тельность времени протекания тока t i = 1 и, следователе^
ио, /'г(т= 1) = 0:
34

35. среднее значение выпрямленного тока в .пограничном
режиме может быть определено в результате совместно­
го решения равенств (2-48) — (2-51):
I ’drp = / л -f- /'Л 1- Y) - /, (1 (2-52)
где
о. _ Р. _ '
Р'2 Яг + Ягг
Разложив показательную функцию в полученном вы-
^^ажении в ряд Маклорена и взяв два первых члена .ряда,
получим:
—v)- (2-53)
Решив (2-53) относительно скольжения s, получим
уравнение скоростной характеристики в граничном ре­
жиме:
Яd^г (1 Y) -р {Яз -р Яу) 7^drP~Ь А6
Е ^ / '
з х ; ; -----------------------• (2-54)
drp
Таким образом, применяя выражения (2-25), (2-44) и
(2-54), можно построить скоростные и механические
характеристики в режимах прерывистых и непрерывных
токов. В режиме прерывистых токов скоростная харак­
теристика представляет собой прямую линию, проходя­
щую через точку идеального холостого хода и точку
граничного режима, определяемую в соответствии с
(2-54). В режиме непрерывных токов скоростная харак­
теристика представляет собой прямую линию и может
быть построена в соответствии с (2-44).
Если рассматриваемая система электропривода ра­
стает с постоянной длительностью включенного состоя-
яя силового коммутатора и переменной частотой ком-
то основным параметром привода является
ыц 19] отношение
«‘ = - ^ = Л - (2-55
R *
Ток случае для определения среднего значения
^ я пограничном режиме получим выражение
/'drp = /зУ+ / ' , ( ! - Т ) - / з - '7 ^ '^ ( 1 - 0 - (2-56)
. 3*
i 35

36. Подставив в полученное равенство значения токов
/з и /'4 'ИЗ (2-38), шлучим:
drP
в .
р. + Y (1 _ р - ) _ ( 1 - е - ) ] - P’( l - Y ) ;
(2-57)
где
а ( 1 - т )
^ 1 - е
Р'Т
а
(2-58)
Равенство (2-58) с учетом (2-45) может быть пред­
ставлено в следующем виде:
EgpS-A U _ E io s- Ш _ j_
Eias'o — ^ U '^ s 'c
(2-59)
-dH
РД£ — фиктивное скольжение идеального холостого)
хода при Y = О:
Вщ "Ь
s’,
^do
Преобразовав (2-57) с учетом (2-59), получим:
drP
S'c
(2-60)
где /и = Edvi/Ri.
a/sj_
Разложив показатель­
ные функции равенства
(2-60) в ряд II ограничив
шись двумя первыми члена
мн ряда, получим прибли
жениое выражение для ско,
ростной характеристики в
граничном режиме:
Д ^ = ( 4 - 1 + т )р '.(2-б1)
о.ее в,? 0JS о,г o,is На рис. 2-6 приведсий
Рис. 2-6. Граничные и скорост- зависимости
Н1ЛГ» V 0Г4 0 1^<Т'ЛГИ/%'1'Т*1Г11 —
иые характеристики асинхрон­
ного каскада с импульсным
управлением.
36

37. и скоростные характеристики рассматриваемой си­
стемы привода с переменной частотой коммутации
[Л. 19]. Как видно из рис. 2-6, слева от пограничных
кривых расположена область прерывистых токов,
справа — непрерывных токов. Скоростные характери­
стики двигателя в режиме прерывистых токов подобны
реостатным и имеют малую жесткость.
2-4. ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССОВ КОММУТАЦИИ ВЕНТИЛЕЙ
НА РАБОТУ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
При предыдущем анализе предполагалось, что кри­
вая тока ротора имеет идеально трапециевидную
форму. Как видно из .рис. 2-7,а, фо-рма действитель­
ной кривой тока значительно отличается от идеальной
Т а б л и ц а 2-1
Интервал аргумента Функция /'а
- 3y'
0 < О )^ < -------g - 7 -
я — 3y' п + 3y'
< (О/ < — Л г -Е -
i = 0
п + 3y'
6
5я — 3y'
— 3y' / , . 57t+ 3y'
6 6-------
бтг-Ь 3y'
{at
= Л
Y'
5:: + 3y'
Ш r , = o
'Трапеции. Выполним гармонический анализ кривой
тока ротора, полагая, что коммутация осуществляет­
ся по линейному закону. Аппроксимировав действи­
тельную кривую отрезками прямых, получим идеали-
зированную диаграмму тока ротора /г, представленную
Яа рис. 2-7,6. Будем рассматривать эту (кривуюсостоящей
яз двух составляющих: тра'пецисв'идпой Кг (рис. 2-7,в) и
Пульсирующей К'г (рис. 2-7,г).
37

38. в соответствии с рис. 2-7, в аналитическое выраже­
ние для трапециевидной составляющей тока ротора для
отдельных интервалов может быть записано уравне­
ниями, представленными в табл. 2-1.
Рис. 2-7. Кривые тока
ротора электродвигателя
с импульсным управле­
нием.
а — осциллограмма тока ро­
тора асинхронного двигате­
ля МТ 112-6 с «импульсным»
сопротивлением в цепи вы­
прямленного тока;
=0,915 а!дел.; т^=44,2Х
Х10-® сек/делг, б — идеали­
зированная диаграмма тока
ротора. аппроксимирован­
ная прямыми; в — трапе­
циевидная составляющая
тока ротора; г — пульсирую­
щая составляющая тока ро­
тора.
Приведенные в табл. 2-1 равенства позволяют пред­
ставить трапециевидную составляющую тока ipoTopa
гармоническим рядом:
1
k=
Г
38
COS- c o s ^ ^ js in (2-62'

39. где Y — угол перекрытия вентилей выпрямительного
моста.
Угол перекрытия вентилей практически не зависит
от величины активных сопротивлений в цепи ротора и с
достаточной степенью точности может быть определен
из равенства (Л. 27]
Y' = arccos
К з £р.„ у
(2-63)
Т а б л и ц а 2-2
Интервал аргумента Функция t"a
7Г+ 3y'
О< О)/ < -----
Д/ / 71
' 2 )
,g g " Ь 7
: n / ^+3Y '
^ ~ T - t y 6
+ T — Ш
^ — h(/d— 1) г < (0/<
Д/; / / _____I 2 — f
TT-f 3y'
" + 3y'
g -j- mT (Г ^j,) ^
7Г- f 3y'
А / f
(" 2 = 7’ - / и (
А/ /тх + 3 y'
т Т А -т Т
5тх y'
F a = О
39

40. ограничиться первыми четырьмя членамиЕсли
ряда, то в соответствии с (2-62) для трапециевидной со-]
ставляющей тока ротора можно написать:
i m - ( s i „ 4 ■ ' '=
5y^
sin sin 5(ot —
* s i n ^ s i n 7 o ) / + - j k s i n - ^ s i n llco^ (2-64)!72 2
Из (2-64) следует, что трапециевидная состанляю-
щая тока ротора не содержит гармонин, кратных 3, и
четных гармоник.
Пульсирующая составляющая тока симметрична от­
носительно оси абсцисс и, следовательно, не содержит
постоянной составляющей и четных гармоник. Аналити­
ческие выражения для пульсирующей составляющей
тока ротора для отдельных интервалов времени пред­
ставлены в табл. 2-2.
Приведенные в табл. 2-2 соотношения позволяют
представить пульсирующую состанляющую тока в виде
гармонического ряда:
= И 7''к sin { Ш + фй), (2-65)
Л=1
где 7"к и фк — соответственно амплитуда п начальная
фаза k-n гармоники:
фй— arclg
(2-66)
Здесь ah и bk — соответственно косинусный и синус­
ный коэффициенты разложения, определяемые [Л. 24] в
соответствии с равенствами:
1
COS k
" + 3y'
тТ — Т ~
Л
т =
— COS k ^
« - f 3y'
X c o s k
6 '
я ' + 3y'
6
1
• ( l - Y ) T ’
^ + 3y' ,
X (2-67)
40

41. Ьь “
2 Д /
nk^ Ц (
m = l
7X+ 3Y'
p тТ — T — t^
1
(1
" + 3 y'
6 '
, mT — T
т Т - Т - - К у ^
+
— угпТ j Jl
2n
где 7 =
К
период коммутации управляемого ком-
п — количество периодов Т в интервалемутатора;
4 ^ - Y ' ; л = 1 , 2 , 3 , 4 . . .
Некоторые результаты численного анализа, про­
веденного в соответствии с полученными зависимостя­
ми, приведены в табл. 2-3 и 2-4. В табл. 2-3 приведены
данные, характеризующие изменение величин действую­
щих значений гармонических составляющих тока ротора
Т а б л и ца 2-3
п = 3: ^«.кс/^мин = К25
7' /аб
и и и ‘ d i
я/6 0,7425 0,1080 0,0509 0,0047 0,7535
п/4 0,7319 0,1045 0,0502 0,0046 0,7405
яо отнощению к выпрямленному току. В табл. 2-4 при­
ведены данные, характеризующие изменение величшны
коэффициента искажения k n = l 2lh 'В зависимости от
Количества периодов коммутации и кратности эко-
"^Ремальных значений выпрямленного тока.
Р езул ьтаты числ енн ого а н а л и з а показывают, что при
язменении угла ком м ут ации ве н тил ей в д и а п а з о н е
^ "3- коэффициент искажения изменяется от 0,85 (в
Области перехода от непрерывных к прерывистым токам)
41

42. Т а б л и ца 2-4
*п = /ai/^a при 7 ' = it/6
с'^^мин
1,25 1.5 1,75
0,9812
0,9806
0,9804
0,9803
0,9768
0,9754
0,9752
0.9751
0,9701
0,9686
0,9682
0,9679
ДО 0,998. Коэффициент искажения уменьшается как при
увеличение ’кратности экстремальных значений (выпрям­
ленного тока ротора, так и при увеличении относитель­
ной частоты коммутации коммутатора (увеличенни п ар а­
метра п). При « > 5 коэффициент искажения изменяется
незначительно.
С ростом угла коммутации вентилей величина дейст­
вующего значения тока ротора уменьшается. При работе
с нагрузками, близкими к номинальной, угол коммута­
ции практически не превышает значения у' = л/З, а
относительная величина действуюшего значения тока
ротора в зависимости от кратности экстремальных зна­
чений выпрямленного тока и относительной частоты
коммутации коммутатора изменяется в диапазоне
0,72 ^ h l U < 0,82.
Как показывают исследования [Л. 20], при у' > 0 и
/максДмин < 11,5 первая гармоническая тока ротора от­
стает от э. д. с, на угол, примерно равный у'12. При п >
> 3 первая гармоническая тока ротора, действующее
значение тока ротора и коэффициент искажения с до- ]
статочной для целей практики точностью могут быть •
определены из выражений: J
I ___ ' мин 4 / 3
Ч'
Sin
X T
(2-68)
j i^MHH f ^ I I ( 7маке i i Ч! '
^ / з 3 Ti / у /мин / ^ 7
(2-69)
42

43. 0,39
kyi ---
4 / 3
Y'
sin
Y' 'макс
Ч
- 1 X
Vi^ _j_ Y j Т^макс
X
X T 2 sin т т + I 2
vm=l
COS m T
У
m = l / -J
(2-70)
Высшие гармонические тока ротора искажают форму
кривой тока статора (рис. 2-8), вызывают дополнитель­
ный нагрев обмоток и оказывают влияние на работу
асинхронного двигателя, участвуя в создании дополни­
тельных гармонически изменяющихся моментов враще-
Рис. 2-8. Осциллограмма тока статора асин­
хронного двигателя МТ 112-6 с «импульсным»
сопротивлением в цепи выпрямленного тока.
т^«1,98 а1дел. т^-150>10-« сек1дел.
ния. Эти добавочные гармонические моменты обусловле-
ЯЬ1 взаимодействием потока статора и тока в роторе.
Нри этом различают два основных типа добавочных
^юментов: синхронные и асинхронные. Синхронные мо­
менты возникают в результате взаимодействия высших
Пространственных гармоник м. д. с. и высших гармони-
"^^ских тока ротора.
43

44. Добавочные аоинхронные моменты возникают при
взаимодействии основной гармонической составляющей
магнитного потока с высшими .гармоническими тока ро­
тора.
Так как старшими из числа высших являются 5-я и
7-я гармоники тока ротора, то 'наибольшие добавочные
паразитные моменты обусловлены именно этими выс­
шими гармоническими. Магнитные поля от 5-й и 11-й
гармоник.вращаются против поля 1-й гармоники; поле
от 7-й гармоники вращается согласно с полем 1-й гар­
моники.
Как показывают исследования [Л. 24, 27], влияние
коммутации вентилей и высших гармонических со­
ставляющих токов приводит к снижению критического
момента асинхронного двигателя примерно на 17% по
сравнению с нормальными схемами включения.
Г л а в а т р е т ь я
П Е Р Е Х О Д Н Ы Е П Р О Ц Е С С Ы И Э Н Е Р Г Е Т И Ч Е С К И Е
П О К А З А Т Е Л И А С И Н Х Р О Н Н Ы Х
Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д О В С И М П У Л Ь С Н Ы М
У П Р А В Л Е Н И Е М
3-1. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ
С УПРАВЛЯЕМЫМ КОММУТАТОРОМ В ЦЕПИ
ВЫПРЯМЛЕННОГО ТОКА РОТОРА
Изучение физических процессов, происходящих в
асинхронном электроприводе с управляемым коммута­
тором в цепи выпрямленного тока ротора (см. рис. 1-4),
позволяет сделать вывод о существенной нелинейности
рассматриваемой системы привода, что вызвано как
нелинейностью асинхронного двигателя, так и нелиней­
ностями, вносимыми управляемыми и неуправляемыми
вентилями. Эти особенности рассматриваемого привода,
а также дискретный характер работы управляемого
коммутатора вызывают значительные трудности точно­
го математического анализа переходных процессов. Поэ­
тому обычно [Л. 6, 24, 27] электроприводы с вентилями в
цепи ротора рассматриваются как электроприводы с вен­
тильными усилителями средних значений величин. При-
этом полагают, что управляемый коммутатор представ-'
ляет собой безынерционное звено.
Так как интенсивность протекания переходных про­
цессов в вентильной схеме определяется постоянной
44

45. времени цепи выпрямленного тока ротора, величина
которой зависит от параметров сглаживающего дрос­
селя и обычно составляет не менее 0,08—0,1 сек, то пред­
ставление рассматриваемого электропривода как элект­
ропривода с вентильны­
ми усилителями средних
величин вполне допусти­
мо при любом характере
переходных процессов.
Функциональная блок-
схема исследуемой си­
стемы электропривода по­
казана на рис. 3-1. Здесь
асинхронный двигатель
управляется при помощи
управляемого коммутато­
ра в цепи выпрямленного
тока ротора. В соответст­
вии с принятыми допуще­
ниями имеем следующую
систему уравнений, опи­
сывающих переходные
электромеханические про­
цессы в рассматриваемой разомкнутой импульсной си­
стеме электропривода:
1. Уравнение равновесия э. д. с. в цепи выпрямлен­
ного тока ротора в соответствии с (2-31):
Рис. 3-1. Схема асинхронного
электропривода с управляемым
коммутатором в цепи выпрямлен­
ного тока ротора.
■ 5+ ^д( 1 — Т) /d = ^ d o S -A t/. (3-1)
2. Уравнение движения приюда:
/ц, (is
М — М . = —
9,55 dt
1 (3-2)
3. Уравнение системы управления коммутатором.
В наиболее общем случае систему управления принято
рассматривать как инерционное звено с коэффициентом
усиления к' и постоянной времени Т'. Полагая, что си­
стема управления выполнена на полупроводниках, это
звено можно .принять безынерционным (Г' = 0). Прене­
брегая в первом приближении нелинейностью коэффи­
циента усиления к', можем написать:
y = k 'u y . (3-3)
'45

46. 4. Уравнение, ш ределяющ ее зависимость момента,
развиваемого асинхронным электродвигателем, от вы­
прямленного тока ротора. В первом приближении эту
зависимость можно принять линейной (2-25):
ЗА дв г
I /м 9 , 5 5 / р
= — (3-4)
Здесь Мс — статический момент сопротивления на
валу дв'нгателя, / — .момент инерцнн системы элек­
тропривода, приведенный к валу электродвигателя,
кг-м^ Му— напряжение унра'вления, в к' — >коэф-
фициент усиления системы управления.
Полученная система уравнений не может быть ре­
шена аналитически. Для ее решения следует воспользо­
ваться графо-аналитическими или численными метода­
ми, а также вычислитсльнымп машинами. Наиболее
эффективным методом исследования в данном случае
является метод электронного моделирования на ана­
логовых вычислительных машинах. Выполним модели­
рование рассматриваемой системы привода на основе
дифференциальных уравнений (3-1) — (3-4). Пренебре­
гая в первом приближении падением напряжения в
вентилях и решив полученные уравнения относительно
производных, получим:
d L
dt
ds 9,55
dt
9,55 3V,
-d o ' M r
T — k'Uy
n ~ n ^ { — s).
(3-5)
Введем масштабы, на которые следует умножить
.значения всех переменных, для того чтобы получить
уравнения модели. Приняв во внимание, что обычно
напряжение на выходе операционных усилителей не
должно превышать ±.100 в, получим:
100 ’
t = M ttu ,
где Хн — номинальное значение физической величины;
kx — максимальная кратность физической величины;
46

47. Мх — масштабный множитель, в/физ. ед t — действи­
тельное время, се/с; ^м— машинное время, се/с; Mt —
масштабный множитель времени.
Тогда переменные модели (машины) будут связаны
с физическими переменными равенством
Х = МхХ,
где X — машинная переменная, в; х — физическая пере­
менная, физ, ед.
Прежде всего выбирается масштаб времени. При
этом увеличение масштабного коэффициента, с одной
стороны, приводит к повышению точности решения
[Л. 32], а с другой — к росту производных. Поэтому
масштаб времени выбирают исходя из условия, чтобы
максимальное значение производной не превышало мак­
симального значения самой функции. Масштабы осталь­
ных переменных также выбирают исходя из условия до­
стижения максимальной точности.
Приведем уравнения (3-5) к машинному виду с уче­
том того, что в разомкнутой системе в переходномрежи­
ме скважность является постоянной величиной.Подста­
вив масштабные коэффициенты в исходные уравнения и
заменив физические переменные машинными, после вы­
полнения необходимых преобразований получим:
Г a = k iS ^ k 2 id— h l ds (3-6)
s '= .k ^ — (3-7)
n = ki— h s , (3-8)
где
(9 ,5 5 № o . и _ / ' 9 . 5 5 ^ 2 ^
^ n]J ’ " " « - I , / / ,
/ 3AДВ ^ , _ _ 3Ll- fi 44, fj .
М/, Ml, Ms, Mn — соответственно масштабные коэффици­
енты тока, времени, скольжения и скорости; Id, s, п —
машинные переменные.
47

48. Схема набора машинных уравнений (3-6) — (3-8) по­
казана на рис. 3-2. Набор осуществлен методом пониже­
ния порядка производной. Уравнение (3-6) набрано на
интеграторе Уи Сигнал тока /а умножается на сигнал
скольжения s при помощи блока перемножения BHi.
Кг
5П1 -
X
-Id S
1Р-С
>
-ц
1,0
БПг _
Ч Х —
* 1 0 0 Т %
>
-S
в - с
ио
-100в
ио
S кв
к? >
и о
>
ио
>
Рис. 3-2. Структурная схема модели системы асин­
хронного электропривода с управляемым коммутато­
ром в цепи выпрямленного тока ротора.
В соответствии с уравнением (3-6) на выходе интеграто­
ра У получаем величину среднего значения выпрямлеи-
'ного тока ротора с отрицательным знаком. Усилитель Уг
выполняет роль инвертора и служит для изменения зна­
ка тока. Уравнение движения (3-7) набрано на интегра­
торе Уз. Статический момент сопротивления задается
при помощи автоматического потенциометра Вход­
ной сигнал тока Id поступает на блок перемножения
БПг, который выполняет операцию возведения в квад­
рат. В соответствии с уравнением (3-7) на выходе инте-
48

49. гратора получаем скольжение двигателя с отрнцатель-
j,biM знаком, которое инвертируется при помощи
усилителя У4. Уравнение скорости (3-8) набрано на уси­
лителе Уь-
Приведенная электронная модель асинхронного им­
пульсного электропривода позволяет осуществить иссле­
дование электромеханп- ^
ческпх переходных про­
цессов при пуске, увели-
,еи.и1. и сбросе иагруэки
Ипереходе с одной скоро-
сти па другую.
Исследования, прове­
денные для реальной си- J о,^ 0,5 0,6с
стемы электропривода с ^
ПРМГЯТРПЙМ МТ 112-fi •по-Р'^с. 3-3. Расчетные диаграммы вы-
двигателем М1 l U Ь по ^рямленнсго тока ротора и скорости
казали хо-рошую (Ш вращения в разомкнутой импульсной
15% ) СХОДИМОСТЬ резуль-системе при пуске двигателя до п=
тагов моделирования Сре- =0,5ni.
зультатами эксперимента.
На рис. 3-3 приведены зависимости /(/) и n{t), полу­
ченные в результате моделирования на АВМ ЭМУ-10
для системы электропривода со следующими парамет­
рами:
77ц= 380/220 в Р „ = 5 ,0 кет, п„ = 925 об1мин Рр.н='206 в;
7= 0,369 Рдв = 0,93 ом Адв=0,88 ом 7,др= 3,8Х
Х 10~з гн 7?др= 0,08 ом 7^д=16 ом £до=278 в.
3-2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ АСИНХРОННЫХ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С ИМПУЛЬСНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
Для оценки энергетических качеств асинхронных
электроприводов с импульсным управлением, а также
для выбора элементов привода необходимо знать его
к. п. Д . и коэффициент мощности.
Рассмотрим энергетическую диаграмму асинхронного
привода с импульсным управлением (рис. 3-4, а). Д ви­
гатель потребляет из сети электрическую энергию, ха­
рактеризуемую мощностью
Pi = mi77i7i со9ф1, (3-9)
где гпи 7i, Ui и созф 1— соответственно число фаз, ф а з­
ное напряжение, ток и коэффициент мощности обмотки
статора.
4—348 49

50. Поступившая в статор энергия частично рассеивается
в активных сопротивлениях обмотки. Эти потери мощ­
ности определяются равенством '
(3-10)
где Г1 — сопротивление фазы обмотки статора.
Большая часть потребляемой энергии, представляю­
щая собой электромагнитную энергию статора, равна
Р эм1 — Р 1 А Р Ml-
Статор Зазор Ротор
(3-11)
а)
Статор Зазор Ротор
Рис. 3-4. Энергетические диаграммы электроприводов
с импульсным регулированием.
а — без использования энергии скольжения: б — с рекуперацией энер­
гии скольжения в сеть.
50

51. Часть электромагнитной энергии статора расходуется
на потери в стали ЛРс, а большая часть передается ро­
тору и представляет собой мощность электромагнитного
поля в зазоре
Рэм = Рэм1 АРс = 44эмО)1, (3-12)
где Л4ум— электромагнитный момент, развиваемый дви­
гателем;
coi — скорость вращения поля относительно статора.
Магнитное поле в воздушном зазоре вращается отно­
сительно обмотки статора со скоростью, равной угловой
частоте сети o)i = 2rtfi, а относительно ротора с угловой
скоростью со2= 2я /2= со15. Скорость вращения ротора на­
правлена в сторону движения поля и равна:
(0= 0)1— (02= 0)i(l— s). (3-13)
Электромагнитная мощность Рэм поля в воздушном
зазоре расходуется на совершение механической работы
и покрытие потерь в цепи ротора. Так как частота пере-
магничивания стали ротора мала, то потерями в стали
ротора можно пренебречь:
Рэм = Рмех + АРрот.
Мощность, пропорциональная совершаемой механи­
ческой работе, расходуется на механические потери
АРмех и в основном на совершение полезнойработы и
определяется электромагнитным моментом поля и ско­
ростью вращения ротора:
Рмех = Мэм(о = Рэм (1 s); (3-14)
Р2—Рмех АРмех- (3-15)
Мощность, расходуемая на покрытие потерь ротора,
Называется мощностью скольжения. Эта мощность опре­
деляется равенством
АРрот = Рэм— Рмех —Рэмб. (3-16)
В рассмотренных системах с импульсным регулиро-
нанием мощность скольжения рассеивается в сопротив-
Дениях меди обмотки ротора Рм2, добавочных сопротивле­
ниях АРд, вентилях неуправляемого выпрямителя и
Управляемого коммутатора АРв:
АРрот~Рэм5 = АРм2“ЬАРд*1"АРв. (3-17)
4* 51

52. Энергетическая диаграмма, соответствующая схеме
асинхронного вентильного каскада с импульсным управ­
лением, приведена на рис. 3-4,6. Как видно из этой диа­
граммы, мощность скольжения после покрытия потерь
в меди обмотки ротора и вентилях устройств управления
поступает в сеть. Это существенно повышает технико-
экономические показатели привода.
В соответствии с энергетическими диаграммами
(рис. 3-4) для двитателыюго режима работы (привода
к. п. д. можно определить из равенства
где Рг— полезная мощность на валу двигателя; ДР —
суммарные потери в приводе, определяемые в соответст­
вии с выражением
AP=APn+APnev. (3-19)
Здесь АРп и ДРпер— соответственно постоянные и
переменные потери в приводе.
Под постоянными потерями ЛРп понимают потери,
которые не зависят от тока нагрузки.
Для асинхронного двигателя при работе в обычных
схемах включения за постоянные потери принимают по­
тери в меди статора от намагничивающего тока /о, поте­
ри в стали статора и ротора, механические н дополни­
тельные потери. При изменениях нагрузки и скорости
вращения двигателя постоянные потери (для случая им­
пульсного управления по цепи ротора) остаются практи­
чески неизменными, так как потери в статоре не изменя­
ются, а потери в стали ротора и механические потери
изменяются в. противоположных направлениях. Постоян­
ные потерн асинхронного двигателя можно определить
из равенства
А/’а.д.н = ^н
где Рн — номинальная мощность двигателя; Sn и 'Цп'^
соответственно скольжение и к. п. д. при работе в номи­
нальном режиме; ri — активное сопротивление фазы об­
мотки статора; г'г — приведенное активное сопротивле­
ние фазы обмотки ротора асинхронного двигателя.
52

53. При несинусоидальных токах постоянные потери
в асинхронном двигателе увеличиваются примерно на
5% [Д. 24, 27], что объясняется увеличением потерь
в стали за счет высших гармоник в токах статора и ро­
тора. Таким образом, постоянные потерн в схеме с им­
пульсным управлением в цепи выпрямленного тока мо­
гут быть определены в соответствии с равенством
+ (3-21)
а в каскадной схеме с импульсным регулированием
скорости вращения — из равенства
ДЯпост=(1,05АРа.д.п+ДРот), (3-22)
где АРот — потери холостого хода трансформатора ин­
вертора.
Переменные потери в приводе зависят от нагрузки и
определяются из равенства
АРпер = АРм1 + А Р м2+ А Р в + А Р д , (3-23)
где АРди и АРм2— соответственно потери в меди стато­
ра н ротора; АРв — потери в вентилях неуправляемого
моста и управляемого коммутатора; А Р д — потери в до­
бавочном сопротивлении или в цепи неуправляемого пре­
образователя энергии.
Потери в меди асинхронного двигателя могут быть
определены по формуле
ДР„=|ДР„,Н-ДР„2=3/2«д., (3-24)
где Р д в = - ^ +/"2 — активное сопротивление фазы двига-
теля, приведенное к обмотке ротора; h — действующее
значение тока ротора, определяемое в соответствии с ра­
венством (2-69).
Полагая, что пульсации выпрямленного тока в цепи
ротора пренебрежимо малы, определяем величину потерь
в добавочном сопротивлении:
ДР, = Рд^/^/х = /" Д (1 -Т ). (3-25)
7
Потери в вентилях преобразователей слагаются из
Потерь в вентилях неуправляемого моста АРн.м.в, потерь
в вентилях коммутатора АРк и потерь в вентилях инвер­
тора АРв.и:
АРв = А Рн.м .в+А Рк + АРв.и. (3-26)
53

54. Мощность потерь в вентилях преобразователей в наи­
более общем случае слагается из: 1) потерь за счет па­
дения напряжения в вентилях при протекании прямого
тока; 2) потерь за счет обратного и прямого токов утеч­
ки; 3) коммутационных потерь; 4) потерь, обусловлен­
ных протеканием токов управления.
Как известно, потери за счет падения напряжения при
протекании прямого тока могут быть определены как
для неуправляемых, так и для управляемых вентилей по
формуле
ДР'=^/о/ср + РРдин, (3-27)
где и о — падение напряжения в вентилях; Рдин — дина­
мическое сопротивление вентиля; /ср и / — среднее и дей­
ствующее значения тока,_протекающего через вентиль.
Для силового вентиля управляемого коммутатора
в соответствии с принятыми допущениями будем иметь:
а для вентилей неуправляемого выпрямителя
AP'n.„.p= 2Ii(Up + URp„). -(3-29)
Потери за счет прямого и обратного токов утечки оп­
ределяются при помощи вольт-амперных характеристик
для областей обратной и прямой проводимостей. Однако
эти потери относительно невелики и ими можно прене­
бречь. Точно так же незначительны потери мощности
в цепи управления управляемых вентилей.
Коммутационные потери состоят из потерь при вклю­
чении ДРвкл и потерь при выключении ДРвыкл:
ДРп.К= А'РВКЛ+ АРвыкл. (3-30)
Величина потерь при выключении обычно в 3—4 раза
меньше величины потерь при включении. Потери комму­
тации при высоких частотах соизмеримы или даже пре­
восходят потери за счет установившегося прямого тока,
вследствие чего может потребоваться уменьшение на­
грузки на вентиль. В соответствии с [Л. 29] коммутаци­
онные потерн могут быть определены из равенства
АРп.к— (3-31)
54

55. где /к — частота коммутации; V — анодное напряжение
на вентиле непосредственно перед включением; / — ток
через вентиль сразу после включения; — вре­
мя нарастания тока, сек а — коэффициент, зависящий
от тока вентиля и условий коммутации.
Для силового тиристора управляемого коммутатора
с учетом принятых допущений
(3-32)
Приведенная эмпирическая формула имеет прибли­
женный характер, поэтому целесообразно определять по­
тери на основании осциллограмм анодного тока и напря­
жения. Однако при частотах до 200 гц коммутационные
потери не превосходят [Л. 29] 2—5% потерь за счет па­
дения напряжения в вентилях при прохождении прямого
тока и, следовательно, можно полагать, что АРп.к~0.
Таким образом, суммарные переменные потери в приво­
де с «импульсным» сопротивлением
ДР„ер ^ 3/^/?дз + /^/д (1 - т) + f7o/d(Y + 2). (3-33)
Полезная мощность на валу регулируемого асинхрон­
ного двигателя
Р 2«Рм ех=Рэ ( 1- S ) , (3-34)
где Рэ — электромагнитная мощность асинхронного дви­
гателя с импульсным регулированием скорости. Д- соот­
ветствие с (2-25)
E dJd — I ( 1- S ) . (3-35)
Кривые за'виснмо'сти к. ш. д. в электроприводе с уп­
равляемым коммутатором в цепи вы'прямлеиного тока
ротора от скорости пока- pg
заны на рис. 3-5. Кри- ■’
вая 1 получена в резуль­
тате расчета по приведен­
ным выше формулам, а
кривая 2 — в результате
исследований на экспери­
ментальном стенде. При­
веденные кривые пока­
зывают, что экспери­
ментальные и расчетные
Данные достаточно
близки.
0,6
0,4
о,г
7 2
Г
V
м=о,.
.. 1
5М,, п
^1
Рис.
0,2 0,¥ 0,6 0,8 1,0
3-5. Зависимость к. п. д.
двигателя от скорости.
55

56. Коэффициент мощности является также одним из ос­
новных показателей, характеризующих работу электро­
привода с импульсным управлением скорости вращения
асинхронного двигателя.
Вследствие наличия управляемых и неуправляемых
вентилей в цепи ротора, а также дискретного характера
работы управляемого коммутатора токи в цепях асин­
хронного двигателя несинусоидальны и коэффициент
мощности двигателя может быть определен из выраже­
ния
х = - ^ . (3-36)
где Pi и Si — соответственно активная и полная мощ­
ности, потребляемые двигателем из сети.
В связи с наличием высших гармонических в кривых
тока двигателя полная мощность, потребляемая из сети,
определяется равенством
где Qi — реактивная мощность, потребляемая двигате­
лем из сети; Ti — мощность искажения, обусловленная
наличием в кривых тока двигателя высших гармоничес­
ких.
Так как взаимосвязи между параметрами привода
достаточно сложны, то точный анализ коэффициента
мощности затруднен. Поэтому при определении его ве­
личины в вентильных электроприводах обычно полагают,
что напряжение питающей сети
имеет синусоидальную форму,
первичный ток имеет тот же
гармонический состав, что и вто­
ричный, и активная составляю­
щая намагничивающего тока пре­
небрежимо мала.
Векторная диаграмма токов н
напряжений в асппхрониом дви­
гателе с управляемым коммута­
тором в цепи выпрямленного то-
Рис. 3-6. Упрощенная ка ротора, соответствующая при-
векторная диаграмма’ нятым допущениям, показана на
асинхронного двигателя 3 . 5
Принимая во вннмаппе, что
гателя. вследствие явления коммута-
56

57. ции вентилей неуправляемого моста ток ротора /'а
отстает от первичного напряжения Ui на угол а~у'12,
можно написать;
Y'Р, = 37/,/,а = 3 7 /,Л ,со5-^;
Q, = ЗС/,/,р = ЗУ./',, ■
(3-38)
Г, = З У , / „ . „
где /,в.г —действующее значение тока высших гармоник:
Решив равенства (3-36) — (3-39) совместно, получим:
ч'cos
X= ----- , . , (3-40)
/ - ^ + т к ^ " ' У + { р 7 ) ‘
Более простое, а вместе с тем и достаточно точное
выражение для определения коэффициента мощности
может быть получено из известного в вентильном элект­
роприводе равенства
X = ^„cos<p,cos-|-, - (3-41)
где kii — коэффициент искажения тока, учитывающий
влияние высших гармонических тока; величина коэффи­
циента искажения может быть определена в соответст­
вии с равецством (2-70); со9 ф1— коэффициент мощно­
сти асинхронного двигателя при совпадении по фазе
(угол а = 0) питающего напряжения Ui и тока ротора /г.
Из векторной диаграммы следует, что
C 0 S f , = — J j = = — ^ J ^ = . (3-42)
v a + i ? T iik + ii
в соответствии с равенством (2-63) и формулой поло­
винного угла
c o s - ^ = | / ^ . (3-43)
57

58. Подставив (3-42) в (3-41), после преобразований получим-
Y'
cos
Х= ^и (3-44)
О,г
На рис. 3-7 показана расчетная кривая зависимости
коэффициента мощности от скорости, построенная для
двигателя МТ112-6. Энергетические показатели электро­
привода с асинхронным
двигателем, управляемым
коммутатором в цепи вы­
прямленного тока ротора,
несколько отличаются от
соответствующих энергети­
ческих показателей при
эквивалентном реостатном
регулировании. Экспери­
ментальные кривые энерге­
тических показателей при
эквивалентном реостатном
вании показаны [Л. 23]
денных кривых следует, что:
ниях скважности у к. п. д.
привода с импульсным
X
м л г
м „
=0,5
п
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Рис. 3-7. Зависимость коэффи­
циента мощности от CKOpoCTif.
И
на
0,8
0,6
0,4
0,2
О
Х ,7 ]
У =0,68
X ___-
/ y=0,26'
■■0,‘f3
^ = 0,6,8
Ш 4 3
1
Е V
X ’
M
M„
0,2 0,4 0,6 0,8
Рис. 3-8. Зависимости к. п. д. и коэф­
фициента мощности от момента дви­
гателя.
---------------- к. п. д. при--реостатном регули­
ровании; --------- к. п. д. при импульс­
ном регулировании, эквивалентном рео­
статному; ------------------- коэффициент мощ­
ности.
58
им'пульоном регулиро-
рис. 3-8. Из приве-
1) при малых значе-
двигателя в системе
регулированием выше, чем
'В шри'воде с реостат­
ным регулированием;
2) при скважности
у > 0 ,5 к. п. д. в элек­
троприводе с импульс­
ным регулированием
выше, чем в электро­
приводе 'С реостат­
ным регулированием
при малых нагрузках,
и ниже при больших
нагрузках; 3) коэф-
F фициент мощности х
асинхронного двигате­
ля в электроприводе
с импульсным регу­
лированием умень­
шается при уменьше­
нии скважности.

59. Г л а в а ч е т в е р т а я
П РИ Н Ц И П Ы ПОСТРОЕНИЯ СХЕМ А СИ Н Х РО Н Н Ы Х
Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д О В С ИМ П УЛЬСНЫ М
У П РА ВЛ ЕН И ЕМ
4-1. ВЫБОР СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМ
В схемах импульсного регулирования скорости вра­
щения асинхронных двигателей находят применение как
управляемые коммутаторы переменного тока, так и
управляемые коммутаторы постоянного тока. Основные
схемы коммутаторов переменного тока, применяемые
в электроприводах с импульсным управлением, рассмот­
рены в гл. 1. Методика выбора тиристоров-коммутаторов
переменного тока приведена в [Л. 22, 29].
Принимая во внимание основное направление разви­
тия импульсного регулирования скорости вращения
асинхронных двигателей, более подробно рассмотрим
вопросы построения схем с управляемыми коммутатора­
ми в цепи выпрямленного тока (см. рис, 1-4). Основны­
ми элементами этих схем являются неуправляемый трех­
фазный мостовой выпрямитель и управляемый коммута­
тор. Вентили неуправляемого мостового выпрямителя
выбираются по среднему значению тока через вентиль и
максимальному значению обратного напряжения. Для
мостовой схемы среднее значение тока через вентиль
/я =
и
где /d — среднее значение (выпрямленного тока.
Учитывая, что через вентили моста протекают токи
со значительными пульсациями, а также то обстоятель­
ство, что при малых частотах роторных токов уменьша­
ется допустимая величина тока через вентиль [Л. 24],
следует принять
7а.р —■
где ka— коэффициент запаса, который может быть выб­
ран равным 0,75—0,8.
Максимальное значение обратного напряжения на
вентиле
77в.макс ~ 1>045 EdQ.
59

60. При конструировании управляемых коммутаторов
постоянного тока, предназначенных для управления асин­
хронными двигателями, необходимо учитывать требова­
ния, обусловленные работой привода. Из этих требова­
ний наиболее важны следующие:
1. Надежное прерывание тока во время пуска непод­
вижного асинхронного двигателя и при кратковремен­
ных перегрузках в квазистатических режимах, когда
возможно значительное превышение номинальных значе­
ний токов. В случае применения коммутаторов 'постоян­
ного тока недопустимо большие прерываемые токи приво­
дят к значительному уменьшению времени выключения
Аыкл, необходимого ДЛЯ восстановления управляемости
тиристоров, что может привести к срыву коммутации.
2. Возхможность изменения скваж'ности в широких
пределах, необходимых для глубокого регулирования
скорости вращения. Для обеспечения работы на гранич­
ных механических характеристиках желательно обеспе­
чить диапазон изменения скважности в пределах 0 ,0 5 ^
^ у ^ 0 , 9 5 .
3. Устойчивая работа привода в области малых
скольжений, а также в режиме прерывистых токов (для
каскадных схем с импульсным управлением).
4. Возможность работы с частотой коммутации до
500—800 гц.
Рассмотрим 'конструктивные особенности управляе­
мых коммутаторов. Известно, что в качестве управляе­
мых коммутаторов постоянного тока применяют тири­
сторные широтно-импульсные преобразователи, пред­
ставляющие собой тиристорное устройство с узлом
искусственной коммутации. Искусственная коммутация
осуществляется или специальными коммутирующими
конденсаторами, которые запасают энергию, необходи­
мую ДЛЯ прерывания тока через силовой тиристор, или
с помощью вспомогательных (транзисторных) ключей.
Тиристорные коммутаторы со вспомогательными транзи­
сторными ключами [Л. 9] позволяют управлять малой
мощностью н практического применення для импульсно­
го управления асинхронными двигателями не нашли.
Кроме того, односторонняя проводимость вентилей не­
управляемого моста (см. рис. 1-4), в цепь которого
включен коммутатор постоянного тока, обуславливает
возможность только одностороннего направления потока
энергии и, следовательно, исключает применение для
60
I

61. импульсного управления асинхронными двигателями ре­
версивных тиристорных преобразователей.
По указанным причинам для импульсного управле­
ния асинхронными двигателями по цепи постоянного то-
'ка находят применение нереверсивные широтно-импульс­
ные преобразователи с емкостной (коммутацией. При
выборе схемы нереверсивного Ш1иротно-импульсно|го пре­
образователя, предназначенного для применения в ка­
честве управляемого коммутатора (УТК), в соответствии
с изложенными выше требованиями исходят из возможно­
го диапазона регулирования, скважности замыкания,
перегрузочной способности и к. п. д. преобразователя.
Эти показатели зависят от конструктивных особенностей
пр(юбра3ов атслей.
Различают несколько видов нереверсивных преобра­
зователей;
1) с зависимым от нагрузки зарядом (разрядом) ком­
мутирующего конденсатора;
2) с чисто резонансным зарядом емкости или допол­
нительным зарядом емкости в функции тока нагрузки;
3) с независимым от нагрузки зарядом 'коммутирую­
щего конденсатора, который производится от основного
или вспомогательного источника энергии;
4) преобразователи с R — С коммутирующими цепями.
Ниже рассмотрены преобразователи различных ви­
дов, которые нашли наиболее широкое применение в ка­
честве управляемых коммутаторов постоянного тока для
импульсного регулирования скорости вращения асин­
хронных двигателей [Л. 7, 10, 34, 41].
Па рис. 4-1, а показана принципиальная схема сило­
вого несимметричного тиристорного триггера с R —С
коммутирующей цепью. Здесь и далее показана только
цепь выпрямленного тока ротора, соответствующая выхо­
ду трехфазного неуправляемого моста, а асинхронный
электродвигатель заменен эквивалентным генератором
с параметрами £э, Еэ и /?э, которые могут быть опреде­
лены в соответствии с равенствами (2-1), (2-3) и (2-7).
Пусть в начальный момент времени тиристоры Ti и
Тг заперты, а коммутирующий конденсатор Ск не заря­
жен. При пуске отпирается тиристор Ti и цепь ротора
асинхронного двигателя оказывается замкнутой через
резистор /?д, а конденсатор Си заряжается с полярно­
стью, указанной на рисунке. Дальнейший характер ра­
боты схемы зависит от величины коммутирующего со-
61

62. f N 04-
-■ в)
Рис. 4-1. Схемы коммутаторов с R—C коммутирующей
цепью (о), L—С гасящей цепью (б) и L—С гасящей цепью
и узлом дополнительного подзаряда (в).
противления R. При /?= (5,0-ь 1) коммутатор работа­
ет как тиристорный триггер с двумя устойчивыми
состояниями. В этом случае после отпирания тиристора Гг
в результате начавшегося процесса перезаряда конден­
сатора Ск к тиристору Ti будет приложено отрицатель­
ное запирающее напряжение и если продолжительность
интервала времени разряда конденсатора будет доста­
точно велика, то тиристор Ti восстановит запирающую
способность, а цепь ротора будет замкнута через резис­
тор R. Если постоянная времени цепи нагрузки больше
периода коммутации, то ток нагрузки в этом интервале
времени остается практически неизменным, а конденса­
тор перезаряжается до полярности, противоположиоГ!
указанной на рисунке.
При коммутирующем сопротивлении /?= (8 ч-12)/?д
коммутатор работает, как устройство с одной рабочей
ветвью, состоящей из добавочного резистора /?д и сило­
вого тиристора Ti, г также узла искусственной комму­
тации, состоящего нз вспомогательного тиристора Гг,
коммутирующего конденсатора Ск и коммутирующего
резистора R. В этом случае при отпирании тиристора Гг
62

63. тиристор Ti запирается и ток ротора начинает протекать
по двум параллельным цепям: — 6/ — Т2 и R —Гг. Про­
исходит процесс перезаряда коммутирующего конденсато­
ра. Вследствие наличия в цепи 'коммутатора индуктивно­
сти La (эквивалентной индуктивности асинхронно­
го двигателя) конденсатор Ск заряжается повы­
шенным в ераннеини е 'установившимся напряж е­
нием. При дальнейшем уменьшении тока ротора проис­
ходит разряд коммутирующего конденсатора по цепи Ск
—/?д—R — Ск. В результате процесса разряда к тиристо­
ру Гг будет приложено отрицательное запирающее на­
пряжение и он запирается, разрывая цепь ротора. Таким
образом, изменяя относительное время включенного со­
стояния тиристора Ti от О до 1, можно изменять среднее
значение сопротивления в цепи ротора от сх> до 7?д. Сле­
довательно, область регулирования скорости вращения
асинхронного двигателя ограничена осями координат и
искусственной механической характеристикой, соответст­
вующей сопротивлению R^. Для расширения диапазона
регулирования необходимо уменьшить величину сопро­
тивления Rji.
Минимальная величина необходимой емкости комму­
тирующего конденсатора может быть определена по
формуле
/'■' ^ . ^в.макс^ймакс (/1 1
ojiJc ’ ’
где /с/макс — максимальное значение выпрямленного тока
ротора в момент коммутации, а; /в.макс — максимально
возможное время востановления управляющихсвойств
тиристора, секUc — на'пряжение на обкладках ■конден­
сатора.
Напряжение на обкладках конденсатора в момент
коммутации
77с= /(1макс7?д. (4-2)
Следовательно, величина емкости коммутирующего кон­
денсатора
(4-3)
Таким образом, при уменьшении величины добавоч­
ного сопротивления увеличивается необходимая емкость
коммутирующего конденсатора, что нужно учитывать
при выборе величины добавочного сопротивления. С дру­
гой стороны, величина емкости коммутирующего конден-
G3

64. сатора должна удовлетворять условию передачи элект­
ромагнитной энергии из индуктивности Гэ и емкости С^,
а именно: максимальное значение напряжения на тирис­
торе Ti не должно превышать допустимого значения. По­
лагая, что вся электромагнитная энергия из индуктив­
ных цепей без потерь поступает в конденсатор, полу­
чаем:
(4-4)
где Ст.доп — максимально допустимое напряжение, при­
кладываемое к крайним р-п переходам тиристора.
Для повышения к. п. д. коммутатора и надежного
запирания тиристора Тг величина коммутирующего со­
противления R не должна быть больше (8— 12) R^.
С другой стороны, увеличение сопротивления R ограни­
чивает максимально возможную частоту коммутации
[Л. 10], определяемую в соответствии с равенством
/к.макс= — ’ (4-5)
где /к.макс — максимально возможная частота коммута­
ции, гц.
Тиристор Ti выбирают по максимальной величине
среднего значения тока и максимальному значению на­
пряжения на нем, которое может быть приближенно
определено в соответствии с равенством (4-4). Тиристор
Тг выбирается по максимальному току 'в момент его
включения (ZdMaKc) с учетом возможной кратковремен­
ной перегрузки и максимальному напряжению на выходе
выпрямительного моста.
Недостатками коммутатора с R — С коммутирующей
цепью являются большие потери в коммутирующих це­
пях и сравнительно небольшая максимально возможная
частота коммутации, которая ограничена временем, не­
обходимым для заряда конденсатора до установившего­
ся значения натряжения.
На рис. 4-1, б и в показаны схемы управляемых ком­
мутаторов с L — С коммутирующими цепями, включае­
мыми параллельно основному силовому тиристору Ti, и
зависимым контуром заряда. Принцип действия преобра­
зователя, являющегося основой схемы коммутатора, рас­
смотрен в гл. 1. На схеме рис. 4-'1,б (преобразователь
включен параллельно добавочному резистору R^. Комму-
64

65. тирующий конденсатор Ск, дроссель Lk, диод Лк и вспо­
могательный тиристор Гг образуют узел искусственной
коммутации, который совместно с силовым тиристором
Ti представляет собой тиристорный аналог полностью
управляемого вентиля. При открытом тиристоре Ti цепь
ротора замкнута накоротко, минуя добапочиый 'резистор.
При закрытом тиристоре цепь ротора замкнута через
добавочный резистор Лд. Среднее значение сопротивле­
ния в цепи ротора за период коммутации
Л с р = Л д ( 1 — у ) -
Изменяя относительное время включенного состояния
тиристора Ti от О до 1, можно изменять добавочное со­
противление в цепи ротора от Лд до 0. Область регули­
рования скорости вращения тем больше, чем больше
величина добавочного сопротивления. Величина добавоч­
ного сопротивления ограничена допустимым напряже­
нием на тиристоре Гь
П << б^т.доп
Ад =^-7- .
‘dмакс
В рассматриваемой схеме коммутатора время, отво­
димое для восстановления запирающих свойств тиристо­
ра, определяется [Л. 21] равенством
г'О.ЭК/д
Таким образом, при заданных параметрах колеба­
тельного контура с увеличением среднего значения по­
стоянного тока ротора время, отводимое тиристору Ti
для восстановления запирающих свойств, уменьшается,
что может привести при увеличении нагрузки к срыву
коммутации. Чтобы избежать возможного срыва комму­
тации, необходимо рассчитывать емкость конденсатора
Ск, исходя из максимально возможного выпрямленного
тока ротора по уравнению
7дмаке^в.маке ^в.макс
0,91f/d 0 ,9 lR f
(4-6)
с другой стороны, необходимо учитывать возможное
увеличение напряжения на конденсаторе, вследствие пе­
редачи электромагнитной энергии из индуктивных цепей
двигателя и дросселя Гдр в конденсатор. При этом долж ­
но выполняться равенство (4-4).
5—438 65

66. Величина коммутирующей индуктивности L k с доста­
точной степенью точности может быть определена в соот­
ветствии с условием
и 2
где Го — период собственных колебаний коммутирующе­
го контура, сек.
Следовательно, величина коммутирующей индуктив­
ности равна
Lk=
tt
(4-7)
Так как коммутация осуществляется Lk— Ск комму­
тирующей цепью, то к. п. д. коммутатора высок: ц = 0,8-±
-ь0,92. Тиристор Ti выбирается по максимальному зна­
чению среднего выпрямленного тока ротора Idмакс И до­
пустимому напряжению на тиристоре
и Т.ДОП; i^aan/dMaKC^fl. (4-8)
где кзап — коэффициент запаса, выбираемый обычно
в пределах 1,3— 1,8.
Недостатками коммутатора являются: 1) зависимость
устойчивости работы коммутатора от тока нагрузки; 2)
утечка заряда конденсатора через
добавочное сопротивление при дли-
- 0.
тельно открытом тиристоре Ti.
‘‘f С целью поддержания необходимо­
го для гашения тиристора Ti на-
пряжения на конденсаторе Ск не­
обходимо предусмотреть добавоч­
ный источник напряжения Us
(рис. 4-1,б). Резистор Rs ограни­
чивает величину потребляемого
тока.
На рис. 4-2 показана схема коммутатора постоянного
тока с автотрансформаторным зарядом емкости [Л. 14,
21, 22]. В этом коммутаторе количество энергии, накоп­
ленной в коммутирующем конденсаторе, возрастает при
увеличении тока нагрузки, что позволяет использовать
коммутирующие конденсаторы с меньшей емкостью. При
этом коммутатор устойчиво работает при переменных
Рис. 4-2. Схема ком­
мутатора с автотранс­
форматорным заря­
дом емкости.
нагрузках.
6G

67. Рассмотрим процесс работы коммутатора. До начала
работы открыт 'вспомогательный тиристор Гг, и коммути­
рующий конденсатор C« заряжается. После отпирания
тиристора Ti ток в цепи нагрузки нарастает, а в колеба­
тельном контуре происходит процесс резонансного пере­
заряда конденсатора, длящийся в течение половины пе­
риода собственных колебаний
контура, после чего тиристор _
блокируется диодом Дк. При ,
ПК.ГТЮиРНПИ ТАГТТПМПГЯТРПКТ4ПГП ти- I г,;:■‘Дквключении вспомогательного ти­
ристора Гг протекающий через
тиристор Ti ток практически
мгновенно спадает до нуля, а ■ g ,
ток, 'Протекающим через емкость,
растет. Одновременно к тпристо- Рис. 4-3. Схема комму-
ру Ti прикладывается иапряже- татора с траисформатор-
ние разряда конденсатора, кото- гашением,
рое ускоряет запирание тиристо­
ра. Если время разряда достаточно, то тиристор запи­
рается. Конденсатор Ск перезаряжается до напряжения,
большего, чем среднее значение выпрямленного напря­
жения, получая энергию, запасенную в Li. Величина
индуктивности Li выбирается, исходя из необходимости
ограничения максимума прямого напряжения иа сило­
вом тиристоре.
Рассмотренные схемы коммутаторов не позволяют
получить устойчивую работу при наличии области пре­
рывистых токов. Этого недостатка лишена схема комму­
татора постоянного тока с трансформаторным гашением,
которая показана на рис. 4-3 [Л. 9, 14]. Основной особен­
ностью этой схемы в сравнении с рассмотренными ранее
является наличие независимого от силовой цепи конту­
ра заряда коммутирующего конденсатора. В связи
с этим коммутационные процессы практически не влияют
на рабочие процессы в силовой цепи. Вследствие этого
коммутатор может устойчиво работать при токах, рав­
ных нулю, и минимальной скважности включения сило­
вого тиристора Ti—у = 0.
Схема коммутатора состоит из основного Ti и вспо­
могательного Гг тиристоров, коммутирующего конденса­
тора Ск, коммутирующего трансформатора Тр и элемен­
тов зарядного контура Дк и Гц.
Коммутатор работает следующим образом. При по­
даче напряжения на зажимы коммутирующей цепи
5* 67

68. происходит процесс заряда конденсатора. Конденсатор
заряжается через обмотку трансформатора Wu дроссель
с индуктивностью Lk и блокирующий диод Дк примерно
до удвоенного напряжения источника питания. Для пре­
рывания тока через тиристор Li отпирают тиристор Тг.
В результате начинается колебательный процесс разряда
конденсатора, что приводит к возникновению импульса
гашения во вторичной обмотке W2 трансформатора Тр.
Ток вначале уменьшается до нулевого значения, а затем
изменяет свое ^направление, и тиристор Ti гаснет.
Недостатками этой схемы коммутатора являются не­
обходимость в дополнительном источнике постоянного
тока, а также наличие гасящего трансформатора, что
приводит к увеличению массы и габаритов коммутатора.
Важной особенностью работы тиристоров в схемах
коммутаторов постоянного тока является наличие емко­
стной коммутации. При емкостной коммутации включе­
ние и выключение тиристоров могут происходить с боль­
шой скоростью изменения анодного тока [Л. 22], что
приводит к недопустимому разрушению структуры ти­
ристора. Поэтому величина индуктивности реактора вы­
бирается, исходя из условия получения допустимой ско­
рости изменения анодного тока, а также из допустимой
пульсации тока.
'При использовании управляемых коммутаторов по­
стоянного тока для управления асинхронными двигате­
лями средней мощности, где протекают значительные
токи, необходимы как параллельное, так и последова­
тельное соединения тиристоров. Параллельное соедине­
ние тиристоров связано с необходимостью принимать
специальные меры для равномерного распределения то­
ковой нагрузки. Неравномерность распределения токов
между включенными параллельно тиристорами приводит
к недопустимым перегрузкам одних тиристоров и недо­
использованию других. Эта неравномерность распределе­
ния объясняется главным образом разбросом прямых
вольт-амперных характеристик тиристоров. Таким обра­
зом, для обеспечения падежной 'параллельной работы ти­
ристоров необходимы либо специальный подбор тиристо­
ров, либо принятие мер для принудительного распреде­
ления тсука. Принудительное распределение тока между
тиристорами осуществляется или специальными уравни­
вающими устройствами (дополнительные активные и
индуктивные сопротивления, ферромагнитные делители),
68

69. Рис. 4-4. Параллельно-по­
следовательное соединение
тиристоров в плече комму­
татора.
включаемыми последовательно с тиристорами, или по­
средством воздействия на управляющие цепи тиристо­
ров.
Наиболее часто находят применение вследствие высо­
кой надежности ферромагнитные делители тока (ФД)
[Л. 29], которые обычно выполняются с тороидальными
магнитоприводами. Сквозь
окно магнитопровода ФД про­
пускаются проводники обмоток
силовой цепи, которые подво­
дят ток к параллельно вклю­
ченным вентилям (рис. 4-4).
Обмотки соединены таким об­
разом, чтобы М.Д.С., созданные
токами нагрузки параллель­
ных вентилей, были направле­
ны встречно. Таким образом,
при равенстве токов в ветвях
результирующий магнитный
поток ФД равен нулю. При
неравномерном распределении
токов в обмотках Ф Д наводятся э. д. с., способствующие
выравниванию нагрузок. Обычно ферромагнитные дели­
тели рассчитывают, исходя из условий работы с токами,
не превышающими номинальных значений, вследствие
чего их применение не дает равномерного распределения
токов во всей зоне возможных нагрузок асинхронных
двигателей. Неравномерность распределения токов объ­
ясняется возможным пересечением вольт-амперных ха­
рактеристик параллельно работающих тиристоров, что
при определенных нагрузках вызывает суммирование
н. с. и насыщение железа ФД. Поэтому расчет ферро­
магнитных делителей необходимо выполнять с учетом их
работы при перегрузках, а также производить предвари­
тельный подбор тиристоров.
При последовательном соединении тиристоров комму­
татора возникает необходимость равномерного распре­
деления прямого и обратного напряжений между тирис­
торами как в статическом, так и в динамическом режи­
мах. Причина неравномерности распределения напря­
ж ения— неидентичность вольт-амперных характеристик.
Принудительное распределение напряжения между ти­
ристорами в статическом режиме осуществляется с по­
мощью резистора /?щ, включенного параллельно вентилю
69

70. (рис. 4-4), а в переходном режиме — цепочкой R — С. Со­
противление резистора /?ш и параметры R —С-цепочки
могут быть определены [Л. 22] в соответствии с равенст­
вами:
nU.п.мин акс.
с = 10/.
и,ОбР
1760
1500
где п — число последовательно включенных тиристоров;
Unauc — максимальное значение прямого напряжения;
UxiMMii — минимальное значение напряжения переключе­
ния тиристора, т. е. напряжения, при котором он пере­
ключается в проводящем состоянии при отсутствии сиг­
нала управления, в /у.т — ток утеч­
ки тиристора в прямом направле­
нии, а /а — прямой ток, протекаю­
щий через вентиль непосредственно
перед коммутацией, а /Уобр — ма­
ксимальное допустимое обратное
напряжение, периодически прикла­
дываемое к тиристору, в.
Резистор R, включенный после-
цовательно с конденсатором С,
ограничивает величину тока раз­
ряда конденсатора при отпирании
тиристора, а также уменьшает
возможноть возникновения высо­
кочастотных колебаний. Сопротив-
R выбирается в пределах 5—
1Z50
WOO
0,01 0,05 0,09 сек
Рис. 4-5. Зависимость
/(/) тиристора
ВКДУ-100.
ление резистора
30 ом. в зависимости от величины емкости. Мощности
резисторов /?ш и R должны соответствовать выделяемым
в них потерям энергии. Кроме принудительного распре­
деления напряжений в переходном режиме, цепочка
R— С ограничивает величины коммутационных перена­
пряжений, а также уменьшает потери в тиристорах при
выключении, рассеивая энергию магнитного поля индук­
тивности при протекании обратного тока в резисторе R.
'Перегрузочная способность полупроводниковых вен­
тилей мала. На рис. 4-5 приведена экспериментальная
кривая [Л. 12] допустимой перегрузки тиристоров
ВКДУ-100 по току, которая показывает/ что перегрузоч­
ная способность тиристоров резко уменьшается с увели­
чением длительности приложенной нагрузки. Поэтому
70

71. при проектировании электроприводов с тиристорными
коммутаторами постоянного тока необходимо предусмот­
реть меры защиты как от коротких замыканий, так и от
недопустимых кратковременных перегрузок. Применяе­
мые в настоящее время устройства защиты от перегру­
зок по току и коротких замыканий отличаются большим
разнообразием. Однако все существующие методы мож­
но свести к двум основным видам защит: 4) посредством
разрыва или переключения силовой цепи при помощи
аппаратов аварийного выключения (плавкие предохра­
нители, автоматические выключатели, короткозамыкате-
ли); 2) посредством воздействия на цепь управления
коммутатора.
Для защиты вентильных преобразовательных уст­
ройств применяют специальные быстродействующие
плавкие предохранители типа ПНБ-5, которые выпуска­
ются на напряжения от 50 до 660 в и токи плавких вста­
вок от 16 до 630 а и выполняются как без дополнитель­
ного сигнализационного устройства, так и с визуальны.м
сигнализационным устройством, сигнализирующим
о срабатывании предохранителя. Простота, сравнительно
небольшие габариты, практическое отсутствие необходи­
мости в обслуживании привели к широкому применению
плавких быстродействующих предохранителей. Важней­
шими недостатками плавких предохранителей являются
одноразовость действия и нестабильность вре.мени ср а­
батывания.
Для защиты могут быть применены также автомати­
ческие выключатели, которые включаются в цепь вып­
рямленного тока ротора. Опыт эксплуатации быстродей­
ствующих автоматических выключателей показал, что
они обладают рядом серьезных недостатков. Важнейши­
ми из них являются: 1) .недостаточная плотность приле­
гания контактов при токах, близких к току уставки
(быстродействующие автоматические выключатели по
принципу действия выполнены таким образом, что плот­
ность прилегания контактов зависит от величины конт­
ролируемого тока); последнее объясняется тем, что на
его магнитопроводе размещены две катушки — намагни­
чивающая (втягивающая) и размагничивающая, вклю­
ченная последовательно в силовую цепь; это приводит
к пригоранию и привариванию контактов; 2) большие
массы, габариты и стоимость; 3) необходимость посто­
янного квалифицированного ухода. Наличие реактора
71

72. в цепи выпрямленного тока позволяет применять нор­
мальные автоматические выключатели, обладающие на­
дежностью и стабильностью срабатывания, меньщими
габаритами и массой.
Аппарат защиты в цепи выпрямленного тока целесо­
образно [Л. 24] шунтировать активным сопротивлением
такой величины, чтобы ток в цепи ротора при коротком
замыкании был ограничен безопасной величиной, а от­
сутствие разрыва цепи ротора предотвращало (при от­
ключении аппаратуры защиты) возможность появления
коммутационных перенапряжений.
Защита посредством воздействия на цепь управления
коммутатором применяется для защиты от перегрузок,
а также для формирования специальных механических
характеристик, которые реализуются либо с помощью
токовой отсечки (задержанной обратной связи по току),
либо путем ограничения сигнала задания регулятора
тока. Благодаря сравнительной простоте технической ре­
ализации такой защиты она получила широкое распро­
странение в электроприводах с тиристорными коммута­
торами постоянного и переменного тока [Л. 34, 35, 37, 39,
41]. Защита обычно осуществляется или посредством
снятия управляющих импульсов с силовых тиристоров,
или уменьшением скважности замыкания коммутатора
в зависимости от нагрузки. Применение коммутаторов
постоянного тока, имеющих искусственную коммутацию,
позволяет устранить основной недостаток защиты по це­
пи управления — отсутствие ограничивающего воздейст­
вия на ток перегрузки в первые мгновения его возник­
новения, что обусловлено неполным управлением вен­
тилей.
Больщое разнообразие условий работы электроприво­
дов исключает однозначный выбор токоной защиты, и
она должна быть выбрана только применительно к ре­
альным условиям использования привода. При этом на­
иболее полно перегрузочная способность коммутатора
используется в том случае, когда характеристики защит­
ного устройства согласованы с режимом работы приво­
да, что особенно важно при переменных нагрузках,
характерных для ряда общепромышленных механизмов.
Другими важнейшими требованиями защиты являются
компактность, простота настройки и обслуживания,
а также функциональная согласованность с системой уп­
равления приводом.
72

73. * Надежность тиристорного коммутатора в значитель­
ной степени определяется надежностью тиристоров.
Опыт применения тиристоров в различных системах
электроприводов дает основание считать, что они обла­
дают высокой эксплуатационной надежностью. Известно,
например [Л. 22], что интенсивность отказов тиристоров
фирмы Дженерал электрик составляет 0,004% на 1 ООО ч
работы.
В начальный период эксплуатации тиристорных пре­
образователей отмечается повышенная интенсивность от­
казов, что объясняется выходом из строя тиристоров,
имеющих скрытые дефекты. Поэтому в случае примене­
ния тиристорных коммутаторов в особо ответственных
электроприводах следует рекомендовать предваритель­
ную тренировку тиристоров с целью выявления вентилей
с нестабильными характеристиками.
4-2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
КОММУТАТОРОВ
Система управления коммутатора должна быть функ­
ционально согласована с системой управления электро­
приводом и обеспечивать надежное включение тиристо­
ров коммутатора в определенные моменты времени.
Поэтому система управления коммутатора должна удов­
летворять ряду требований, определяемых как рабочими
характеристиками тиристоров и дискретным режимом
работы коммутатора, так и специфическими условиями
работы в той или иной системе электропривода. Остано-
вшмся на важнейших из этих требований.
Параметры импульсов управления (амплитуды тока
и напряжения, минимальная длительность, крутизна
фронта) должны быть достаточными для надежного
управления тиристором ©не зависимости от температуры
окружающей орсды и разброса характеристик его. Сле­
дует учитывать, что в период начальной эксплуатации
могут происходить изменения характеристик управ­
ления тиристоров, вследствие чего система управления
коммутатора должна 'обладать избыточной вы.ходной
мощностью для обеспечения 'надежного включения ти­
ристоров в течение всего В'ремени эксплуатации. Как
показывает практика, жоэффициент запаса системы
управления по мощности должен быть не менее 1,5. П р и ­
нимая во внимание, что тиристорный коммутатор рабо-
,тает в цепи с индуктивностью, ширину импульсов управ­
5^-348 ' 73

74. ления выбирают, исходя из требования достижеййя то­
ком, 'Протекающим через тиристор, величины, 'соответ­
ствующей току удержатия.
Диапазон изменений фазового сдвига импульсов уп--
равления основным и вспомогательным тиристорами:
коммутатора один относительно другого должен быть.
достаточным для обеспечения максимального диапазона :
изменения скважности замыкания силового тиристора..
Минимальное время между импульсами управления, по­
ступающими на главный и вспомогательный тиристоры,
должно быть достаточным для заверщения зарядного
и разрядного циклов коммутирующего конденсатора.
Тиристорный коммутатор является црактически безынер­
ционным устройством. Для того чтобы йсцользовать это
качество коммутатора, необходимо применять систему
управления, обладающую высоким быстродействием:.
Система управления коммутатора должна быть прос­
той и надежной в эксплуатации, иметь малые массу и:
габариты, не требовать сложной наладки, обеспечивать
формирование необходимых механических характерис­
тик, обладать линейной зависимостью фазового сдвигш
от величины управляющего сигнала и т. п.
Применяемые в настоящее время системы управле­
ния коммутаторами подразделяются на релейные и ши--
ротно-импульсные системы. Релейные системы могут/
, быть выполнены только замкнутыми, широтно-импульс--
ные системы как замкнутыми так и разомкнутыми..
В замкнутых релейных и широтно-импульсных системах:
обычно реализуется принцип управления по отклонениюi
выходной величины.
Системы релейного управления ведут отработку толь­
ко тогда, 'Когда ошибка в системе привода достигает
нижнего порогового значения. Отработка заканчивается,
когда ошибка снижается до верхнего порогового значе­
ния. Таким образом, система привода с релейным управ­
лением работает в автоколебательном режиме. Колеба­
ния скорости около некоторого среднего значения зави­
сят ка'к от 1параметро1в электропривода, так и от зоны
нечувствительности релейного элемента. В асинхронных
электроприводах с управляемыми тиристорными комму­
таторами находят применение преимущественно двухпо­
зиционные системы релейного управления. Блок-схема
привода с релейным управлением приведена на рис. 4-6;
система управления состоит из релейного полупроводнц-
74

75. кового элемента РПЭ, выходного усилителя и оргйна
сравнения ОС.
Релейные системы отличаются предельной простотой
и малым количеством элементов. Их основным недостат­
ком является наличие автоколебаний, которые могут
иметь большую амплитуду. Для уменьшения амплитуды
колебаний обычно вводят дополнительную гибкую об­
ратную связь, пропорцио- ^
иальпую производной от у ос
сигнала ошибки. гг
JJ
Наибольшее примене- ктирастораш
ние в асинхронных ориво- ■ - коммутатора
дах с коммутаторами по- Pjj^. 4-6. Блок-схема релейной
стоянного тока находят системы управления,
широтно-импульсные си­
стемы управления. Существует ряд систем широт­
но-импульсного управления, отличающихся решением
как сравнивающего устройства и широтно-импульс­
ного модулятора, так и формирующего устройства. Все
известные системы управления можно разделить на
электромагнитные, полупроводниковые (транзисторные и
тиристорные) и комбинированные.
Электромагнитные системы управления обладают
высокой надежностью, но имеют ряд важных недостат­
ков, таких как: большая инерционность; сравнительпо
значительная мощность управления, возрастающая
с увеличением частоты коммутации практически в квад­
ратичной зависимости; недостаточно высокая степень
линейности характеристик управления (особенно при
высоких частотах коммутации); большие масса и
габариты. Некоторые из этих недостатков исключаются
применением комбинированных полупроводниково-маг­
нитных систем управления.
Полупроводниковые системы управления практически
безынерционны и потребляют меньшую мощность, что
позволяет создавать простые и надежные системы уп­
равления с применением стандартных унифицированных
элементов. Вследствие этого наиболее целесообразно
применение для управления коммутаторами полупровод­
никовых широтно-импульсных систем управления. В ши­
ротно-импульсных системах воздействие на коммутатор
зависит от сигнала рассогласования между управляемой
и заданной величинами. При этом сигнал, пропорцио­
нальный рассогласованию, преобразуется в систему им­
6* 75

76. пульсов управления основным и вспомотатеЛьным тирис­
торами 'коммутатора. Один из импульсов может переме­
щаться относительно другого, неподвижного. Изменение
фазового сдвига вызывает изменение скважности замы­
кания управляемого коммутатора.
Таким образом, широтно-импульсная система управ­
ления должна состоять из сравнивающего устройствзу
широтно-импульсного модулятора и формирователя
импульсов управления. В случае применения замкнутой
системы привода сюда входят также датчики сигналов
обратных связей и промежуточные усилители. Система
управления коммутатором постоянного тока (в зависи­
мости от схемы коммутатора) содержит два или более
каналов управления.
Рис. 4 /. Блок-схема широтно-импульсной систе­
мы управления.
Схема управления конструируется в зависимости от
требуемых характеристик и осуществляемых режимов.
Существует ряд схемных решений полупроводниковых
широтно-импульсных систем управления [Л. 7, 10, 34, 35,
37]. Не останавливаясь на подробном описании отдель­
ных схем, отметим, что в системах фазосмещения ис­
пользуются как модуляторы на основе полупроводнико­
вых мультивибраторов и блокинг-генераторов с регули­
руемой скважностью, так и модуляторы с вертикальным
принципом управления.
На рис. 4-7 показана блок-схема системы управления
с широтно-импульсным модулятором, построенным на
вертикальном принципе. Здесь в системе фазосмещения
используется сравнение опорного линейно изменяющего­
ся напряжения с медленно изменяющимся управляющим
напряжением и последующая фиксация прохождения че­
рез нуль напряжения рассогласования. Рассматриваемая
система управления выполнена замкнутой с жесткой от-
76

77. рицательной обратной связью по скорости и токоогрЛ^
ничивающей связью типа токовой отссчкн. Система уп­
равления содержит два канала управления, каждый из
которых управляет своим тиристором. Задающие на'пря­
жение 7Уз1 и напряжение, пропорциональное скорости
вращения 1)п, поступают на вход органа сравнения ОСг.
Напряжение рассогласования '7/pi подается на. орган
сравнения ОСи где суммируется с пилообразным напря­
жением, поступающим с генератора пилообразного на­
пряжения ГПН. Напряжение рассогласования является
управляющим для работающего в ключевом режиме
усилителя КУ. В результате усилитель КУ формирует
прямоугольные импульсы, модулированные по ширине
в соответствии со значением напряжения 7/pi. Получен­
ные прямоугольные импульсы напряжения поступают на
логический элемент И, на второй вход которого подается
напряжение с узла токоограничения. Д ля введения токо-
ограничения в устройстве управления использованы полу-
п ров один ковое реле ПР и орган сравнения ОС3. На вход
ОСз поступают задающее напряжение На и напряжение,
пропорциональное выпрямленному току ротора двигателя,
Ui. Когда выпрямленный ток достигает предельного зна­
чения, полупроводниковое реле ПР запирает логический
элемент И, блокируя тем самым широтно-импульсный
модулятор. При токах ротора, меньших тока уставки,
логический элемент И открыт. В этом случае модули­
рованные по ширине импульсы напряжения с КУ посту­
пают на дифференцирующую цепочку Ф32. Продиффе­
ренцированный имлульс после усиления и формирования
в выходном усилителе ВУ2 поступает на вход тиристор­
ного коммутатора.
Кроме опорного напряжения, генератор ГП Н генери­
рует импульсы прямоугольного напряжения, которые
дифференцируются в Ф31 и после усиления и формиро­
вания в выходном усилителе ВУ1 поступают на второй
вход тиристорного коммутатора. Таким образом, импуль­
сы управления, снимаемые с выхода усилителя ВУ2, мо­
гут перемещаться относительно неподвижных импульсов
иа выходе ВУ1. По рассмотренной схеме реализован ряд
электроприводов с импульсным управлением скорости
вращения асинхронных двигателей [Л. 7, 37, 40]. Приме­
няемые в схеме полупроводниковые функциональные
элементы (генераторы пилообразного напряжения, триг­
геры, мультивибраторы, блокииг-геиерато'ры, ключевые
77

78. усилители и t. п.) по схемному решению ИиИем Не of-
личаются от общеизвестных элементов этого тира, ра­
счет и особенности работы которых достаточно широко
освещены [Л. 16].
Применение вертикального управления обеспечивает
большую точность и стабильность включения тиристоров,
возможность регулирования скважности замыкания ком­
мутаторов в желаемом диапазоне, подачу на управляю­
щий электрод тиристора импульсов напряжения с кру­
тым передним фронтом. Кроме того, системы с верти­
кальным управлением достаточно просты в настройке и
не требуют предварительного подбора входящих в схе­
му управления элементов.
В случае необходимости создания электропривода
с высокой статической и динамической точностью в си­
стеме управления применяют промежуточные усилители.
Величина требуемого коэффициента усиления промежу­
точного усилителя определяется параметрами управляе­
мого асинхронного двигателя и коммутатора, диапазо­
ном регулирования и желаемой жесткостью механических
характеристик в замкнутой системе. Обычно в элект­
роприводах с импульсным управлением асинхронного
двигателя диапазон регулирования не превышает 100:1.
В этом случае коэффициент усиления промежуточного
усилителя имеет величину порядка 10—25. Известно, что
наиболее надежными промежуточными усилителями яв­
ляются магнитные усилители МУ. Применяя для пита­
ния МУ напряжение повышенной частоты, можно полу­
чить практически безынерционные МУ. В этом случае
основными недостатками этих усилителей являются от­
носительно большие масса и габариты и малое входное
сопротивление.
Достаточно благоприятным типом промежуточного
усилителя является транзисторный усилитель. Существу­
ют промежуточные усилители постоянного тока двух ви­
дов: усилители с непосредственной связью и усилители,
вьшолнепные по схеме модулятор— усилитель перемеп-
ного тока — демодулятор. Усилители последнего тиша
весьма стабильны, но более сложны, чем усилители с не­
посредственной связью, которые обладают значительным
дрейфом нуля. Принимая во внимание, что требуемый
коэффициент усиления сравнительно мал, следует отдать
предпочтение усилителям с непосредственной связью.
78

79. Г л а в а п я т а я
Т И Р И С Т О Р Н Ы Е Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д Ы
С И М П У ЛЬСН Ы М Р Е Г У Л И Р О В А Н И Е М СКОРОСТИ
ВР А Щ Е Н И Я А С И Н Х РО Н Н Ы Х Д В И Г А Т Е Л Е Й
5-1. ТИРИСТОРНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД '
С УПРАВЛЯЕМЫМ КОММУТАТОРОМ В ЦЕПИ
ВЫПРЯМЛЕННОГО ТОКА РОТОРА
Схема электропривода с асинхронным двигателем,
который управляется при помощи коммутатора постоян­
ного тока с гасящей цепью L — C [Л. 7, 47], представлена
на рис. 5-1. В этой схеме применена широтно-импульс­
ная система управления с жесткой отрицательной обрат­
ной связью 1П0 скорости (И задержанной обратной связью
по току (отсечка ino току). В системе использован вер-
0 0 0
Kz
ПГ” >0 +
=и
—0 -
. ВУ, ФЗ, УТ ФСУ ГПН
Рис. 5-1. Схема электропривода, управляемого тиристорным комму­
татором постоянного тока с L—С гасящей цепью.
тикальный 'принци’п утравления. При этом в узле фазо-
смешения используется принцип сравнендя опорного
пилообразного напряжения с напряжением управления
с 'последующей фиксацией прохождения напряжения
рассогласования через нулевое значение.
Схема состоит из управляемого тиристорного комму­
татора, необходимой контактной переключающей аппа-
79

80. Он
80

81. patypbi и устройства управления. Принцип действия ти­
ристорного коммутатора рассмотрен в гл. 4.
Принципиальная схема устройства управления при­
ведена на рис. 5-2. Схема управления содержит два ка­
нала управления. Каждый из каналов управляет своим
тиристором. Первый канал осуществляет управление си­
ловым тиристором Ti, а второй — тиристором Гг. Рас­
смотрим работу схемы управления. В качестве генерато­
ра опорного напряжения используется мультивибратор-
ный генератор пилообразного напряжения (ГПН), по­
строенный на транзисторах IlT i—Я Г 3. Генератор ГПН
генерирует опорное пилообразное напряжение, снимае­
мое с эмиттера транзистора ЯГг, и практически прямо­
угольные импульсы напряжения, снимаемые с коллектора
транзистора Я Г3. Импульсы прямоугольного напряжения
дифференцируются цепочкой ФЗг (Т?г4—С5) и после уси­
ления и формирования в выходном усилителе БУг посту­
пают на управляющий электрод вспомогательного тирис­
тора Гг. Функции выходного усилителя БУг выполняет
блокинг-генератор на транзисторе ЯГю, работающий
в ждущем режиме.
Опорное пилообразное напряжение, снимаемое
с эммитера транзистора Я Гг, поступает на вход фазосдви­
гающего устройства ФСУ, где сравнивается с напряже­
нием рассогласования Я р= Я з1— Un. В результате на вы­
ходе ФСУ получаем серию импульсов напряжения пря­
моугольной формы, модулированных по ширине в соот­
ветствии с величиной напряжения рассогласования. ФСУ
выполнено на транзисторах Я Г 4—ЯГе и представляет
собой спусковое устройство типа триггера Шмитта. И м ­
пульсы напряжения, снимаемые с коллектора транзисто­
ра ЯГб, поступают на согласующий эмиттерный повто­
ритель на транзисторе ЯГе, далее дифференцируются
Ф31 (Б 19— С4) и после формирования и усиления в вы­
ходном усилителе БУ 1, выполненном на транзисторе ЯГд,
поступают на управляющий электрод силового тиристо­
ра Ti. Таким образом, импульсы напряжения управле
ния, вырабатываемые первым каналом управления, мо­
гут перемещаться относительно импу.льсов управления,
вырабатываемых вторым каналом.
Устройство токоограничения УГ выполнено иа тран­
зисторе ЯГт. Если сигнал, пропорциональный выпрям­
ленному току ротора, станет больше задающего сигнала,
транзистор Я Г7 откроется и шунтирует транзистор ЯГе,
81

82. блокируя первый канал управления. Импульс, поступаю­
щий на вспомогательный тиристор Тг, приводит к запи­
ранию тиристора Ti и спаданию тока.
Рассмотрим работу привода. Схема предусматрива­
ет возможность работы как в двигательном режиме, так
и в режиме динамического торможения. Д ля работы
электропривода в двигательном режиме замыкаются
контакты Ки устанавливаются значения задающих енг-
налов и включается система управления. В результате
напряжение питания подается на зажимы обмотки ста­
тора асинхронного двигателя и он разгоняется. Величи­
ны пусковых токов перегруз1ки о|граничены вели­
чиной тока уставки. Регулирование скорости вращения
осуществляется изменением задающего сигнала на входе
ФСУ. Д ля того чтобы перейти в режим динамического
торможения, размыкают контакты Ki и замыкают кон­
такты /Сг. При этом в цепь статора включается источник
постоянного напряжения. Изменяя задающее напряже­
ние, можно регулировать интенсивность протекания тор­
мозного процесса. При неизменном значении тока устав­
ки область (регулирования в режиме динамичеокого тор­
можения ограничена естественной механической харак­
теристикой и реостатной характеристикой, соответствую­
щей добавочному сопротивлению.
В связи с тем, что сложность математического ана­
лиза работы рассматриваемого привода принуждает вво­
дить ряд допущений, упрощающих действительные
физические процессы, особую ценность приобретают экс­
периментальные исследования, которые позволяют прове­
рить правомерность основных теоретических положений
и расчетов.
Экспериментальные исследования электропривода
производились с целью определения энергетических ха­
рактеристик электропривода, выявления динамических
качеств системы привода и определения механических
характеристик как разомкнутой, так и замкнутой систем.
Методы экспериментальных исследований электропри­
водов с целью определения токов, напряжений и скоро­
сти вращения достаточно полно отработаны и широко
известны в инженерной практике. Однако дискретный
характер работы управляемых коммутаторов и наличие
вентилей в цепи ротора асинхронного двигателя приво­
дят к значительной несинусоидальности токов, вследст­
вие чего стрелочные регистрирующие приборы не позво­
82

83. ляют произвести измерения с достаточной точностью.
Определение токов на основании осциллографических
задисей дозволяет получить большую точность, но тре­
бует много времени на обработку полученных при экспе­
рименте данных. Более просто, без дополнительной графо­
аналитической обработки кривых, с высокой точностью
можно произвести необходимые измерения с помощью
аналоговых вычислительных устройств [Л. 5, 47].
0,1 ио
8>вг
Xио ио Ц
вг
Ну> h
ffy
0,1
0,1
—Hj
X 1 -¥
-lo'^ -
Рис. 5-3. Структурная схема устройства для измерения дей­
ствующих значений несинусоидальиых токов.
На рис. 5-3 показана структурная схема измерений,
позволяющая определять с высокой точностью действу­
ющее значение несинусоидальных токов, потребляемую
активную мощность, полную мощность и коэффициент
мощности привода. В этой схеме сигнал, пропорциональ­
ный мгновенному значению измеряемого несинусоидаль­
ного тока, поступает на усилитель 3 и после усиления и
инвертирования усилителями 4— 6 подается на множи­
тельное устройство В х Б 4 , которое выполняет операцию
возведения в квадрат. На выходе усилителя 11 получают
квадрат мгновенного значения тока (Р), который посту­
пает на вход интегратора 12.
т
На выходе интегратора получают функциюр’^ dt. Накоп-
- . о
т
ление величины (77 за определенное время фиксируется
о
стрелочным регистрирующим прибором аналоговой ЭВМ.
83

84. Действующее значение тока определяется далее по формуле
'= ) / •
Активная мощность определяется с соответствии с ра­
венством
т
p = ~Y~ iudt.
о
Реализация этой формулы на аналоговой ЭВМ осу­
ществляется следующим образом. Сигнал, пропорцио­
нальный напряжению, после усиления и инвертирования
в усилителях 1 я 2 поступает на вход множительного
устройства В х Б 2 , в котором он умножается на сигнал
тока, поступающий в множительное устройство с выхо­
дов усилителей 5 я 6. Следовательно, на выходе усили­
теля 8 имеем сигнал ш, который после усиления и инвер­
тирования поступает на интегратор 9.
т
На выходе интегратора получаем J iudi. Накопление
о
г
величины U adt за определенное время фиксируется стре-
0
лочным регистрирующим прибором ЭВМ.
Полагая, как и ранее, что в напряжении питающей
сети отсутствуют высшие гармоники, полную мощность
определим в соответствии с равенством
При наличии в первичном напряжении высших гар­
моник действующее значение напряжения может -быть
определено на ЭВМ аналогично действующему значению
тока.
Остановимся на некоторых результатах эксперимен­
тальных исследований квазпстатических и переходных
процессов в асинхронных электроприводах с импульс­
ным регулированием скорости вращения.
Для испытаний применялся асинхронный двигатель
с фазным ротором типа МТ 112-6, имеющий следующие
параметры:
84

85. Рн= 5,0 /сет; /г„= 925 об!мин 77ih= 380/220 в 7ih=
= 14,75/25,5 а; 72н=16,6 а; Бр.н=206 в; М„/Мн=2,5;
7а.д='-=0,0675 кг-м 7?дв= 0,93 ож; Адв= 0,88 ож.
Нагружение испытываемого двигателя осуществля­
лось при помощи машин постоянного тока с независи­
мым возбуждением типа ДП-21, имеющих следующие
параметры: Рн = 4,5 квт а/„=1 020 об1мин Ua=220 в
7ц= 26 а. Остальные параметры исследуемого привода:
Рдр= 3 ,8 -10-3 /^др= о,08 ом рд=116ож; Г = 1 • lO-^ce/c.
Рис. 5-4. Экспериментальные зависимости к, п. д. от
момента.
На основе полученных экспериментальных данных
достроены основные рабочие характеристики привода.
На рис. 5-4~5-7 шредставлены затаисимости для ра­
зомкнутой системы привода (без обратных связей по
скорости и току).
На рис. 5-4 показаны затаисимости к. д. д. привода от
момента вращения. Из приведенных кривых видно, что
при постоянном значе­
нии момента вращения б’В
к. п. д. возрастает с
. 0,6
0,¥
увеличением скважно
сти у и достигает ма­
ксимального значения
при у = 1 . На рис. 5-5
доказаны зависимости
коэффициента мощ­
ности X от момента о
вращения при разных
значениях скважности.
Величина коэффициен-
X
J^ < 0 .¥
^ 0 2
%
0,2 0,¥ 0,6 0,8 1,0 1,2 1,¥
Рис. 5-5. Экспериментальные зависи­
мости коэффициента мощности of
момента вращения.
85

86. та мощности х возрастает как с увеличением нагрузки,
так и с увеличением скваж}юсти.
Механические характеристики электропривода в ра­
зомкнутой системе (рис. 5-6) показывают резкое умень-
щение скорости вращения двигателя с увеличением на­
грузки. Жесткость характеристик уменьшается с умень­
шением скважности у. Самые мягкие характеристики
имеют место при скваж­
ности у = 0, т. е. при по­
стоянно включенном в
цепь выпрямленного то­
ка добавочном сопротив­
лении.
На рис. 5-7 приведены
осциллограммы, иллюст­
рирующие характер пере­
ходных процессов в при-
0,25 0,5
Рис. 5-6. Экспериментальные ме
ханические характеристики.
7,0 i,z5 воде. Как видно из ос­
циллограмм, переходные
процессы в приводе но-
7,7 76 75 /J 7,2 7,1 7,0 QS qS «7 qO Q5 Д 4. q j 0,2 7(1 О сен
-4—Члс)— 1— i I ; . 1 . J . i l i i i n T t r '
г.7 2.6 2,7 гг ц ю t- а 7.6 is is l i n to as os 0,7 qe qs 06 q sq z qtocex-
Ш
Рис. 5-7. Осциллограммы переходных процессов в системе прй
переходе с одной ступени скорости на другую (а) и набросе и сбрсг-
се нагрузки (б)^
86

87. сят апериодический характер’. Длительность переход­
ных процессов определяется скважностью замыкания
добавочного сопротивления. С уменьшением скважности
Y длительность переходного процесса увеличивается. Так,
например, при изменении скважности от у = 0,8 до у =
= 0,2 длительность переходного процесса в рассматрива-
1,25 1,0 0,75 0.5 0,25 О 0,25 0,5 0,75 1,0 1,25 1,5
Рис. 5-8. Механические характеристики замкнутой си­
стемы привода.
0,6
0,¥
0,2
/
>
Y
И^ --
Мн
OS п
^1
емой системе привода увеличивается в 1,6 раза. Пуско­
вые токи тем меньше, чем меньше величина скважности.
Так, например, при изменении скважности от у = 0,2 до
у = 0,8 среднее значение пу­
скового тока увеличивается
в 1,53 раза.
На 'рис. 5-8 представле­
ны механические характе­
ристики замкнутой системы
привода с обратными свя­
зями по скорости и току.
Введение жесткой отрица­
тельной связи по скорости
существенно улучшает меха­
нические характеристики
привода. Токоограничение
позволяет получить желаемую форму механических ха­
рактеристик. При этом электропривод работает устой­
чиво и позволяет осуществлять регулирование скорости
во всем диапазоне.
На рис. 5-9 приведена кривая к. п. д. в функции ско­
рости вращения.
87
О 0,2 0,¥ 0,6 0,8 1,0
Рис. 5-9. Зависимость
к. п. д. от скорости приво­
да, выполненного по схеме,
приведенной на рис. 5-1.

88. 5-2. АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С УПРАВЛЯЕМЫМ
ТИРИСТОРНЫМ КОММУТАТОРОМ п о с т о я н н о г о ТОКА
с ГАСЯЩЕЙ ЦЕПЬЮ R —C
На рис. 5-10 показана принципиальная схема импульсного управ­
ления асин.хрон'ным двигателем с помощью коммутатора постоянного
тока с гасящей цепью R— C (Л. 10, 30]. Как видно из рис. 5-10, в це­
пи ipoTopa управляемого асин.хронного двигателя включен неуправ­
ляемый трехфазный мостовой выпрямитель В. В цепь выпрямителя
включен тиристорный коммутатор па тиристорах Ti « Т2 с резисто­
ром /?д и гасящей цепью R — С. Принцип действия и основные осо-
бен'ности работы коммутатора рассмотрены в гл. 4. При R —
Рис. 5-10, Схема электропривода с тиристорным коммутатором в це­
пи выпрямленного тока ротора с гасящей цепью R —С.
=|(8-г-12)i?fl и импульсном управлении тиристорами коммутатора цепь
ротора или замкнута через резистор (включен тиристор Ti), или
разомкнута (выключен тиристор T’l). Изменяя скважность замыкания
тиристора Ti в диапазоне 0 ^ -у < 1 , можно изменять среднее значение
момента на валу двигателя, а следовательно, и скорость вращения
Таким образом, схема привода обеспечивает регулирование скорости
в области, расположенной между осью ординат (цепь ротора разо­
мкнута) и реостатной характеристикой с резистором Т?д в цепи вы­
прямленного тока.
В рассматриваемой схеме устройство управления построено иа
управляемом мультивибраторе с отключающими диодами, собранном
на транзисторах TITi и ПТ^. Характеристики мультивибратора приве­
дены иа рис. 5-11,6 и в. Из приведенных характеристик следует, что
88

89. при изменении напряжения управления в диапазоне от —^у.макс До
+ бу.макс скважность импульсов напряжения мультивибратора изме­
няется в диапазоне
Для формирования желаемого характера механических характе­
ристик в приводе предусмотрена отрицательная обратная связь по
скорости. Для этого в управляющую цепь мультивибратора введены
напряжение смещения '(снимаемое с потенциометра Ris), напряжение
обратной связи ((снимаемое с тахогенератора ТГ) и задающее напря­
жение (снимаемое с потенциометра R n ). Пока напряжение обратной
ОМ
й.
-f.n
-0,8-ом О ОМ0,8
б)
0,9
0,8
У
f - 0.6
/ У
V/
^9
Оумат
О 0,20,00,60,810
б)
Рис. 5-11. Характеристики привода, управляемого коммутатором
с гасящей цепью R— C.
а — механические характеристики; б —зависимость частоты мультивибратора
от управляющего напряжения; в — зависимость скважности импульсов напря
жения мультивибратора от управляющего напряжения.
СВЯЗИ «е станет больше задающего напряжения, ток в цепи тахоге­
нератора не протекает, 'В рассматриваемой схеме статический момент
сопротивления уравновешивается средним значением вращающего
момента. С достаточной точностью можно принять, что среднее зна­
чение вращающего момента (Л. ’10] определяется равенством
я/
Л/ср = - 7 Y.
!>ср
■+
Sop
где Мк и Si; — соответственно критический момент и критическое
скольжение при работе на реостатной характеристике с резистором
^д; Sep — среднее значение скольжения за период коммутации.
На рис. 5-11,а представлены механические характеристики при­
вода по рассматриваемой схеме (Л. 30] для двигателя АК52-4. Пара­
метры коммутатора; /к=75 гц R a = 2 ом; €« = 78 мкф; R = 2 b ом.
5-3. ТИРИСТОРНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ
С КОММУТАТОРАМИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
а) Привод с коммутатором в цепи ротора
Для привода механизма подъема универсального ди-
зель-электрического экскаватора-крана был разработан
и осуществлен асинхронный электропривод с управляе­
мым коммутатором переменного тока в цепи ротора дви­
гателя [Л, 6, 33, 47]. Принципиальная схема электропри-
7 —348 89

90. вода приведена на рйб. 5-12. В этой схеме применена
релейная система управления с обратной связью по ско­
рости. Схема отличается 'предельной про'стотой. Частота
коммутации и скважность замыкания коммутатора зави­
сят от сигнала рассогласования между задающим сиг­
налом и сигналом обратной связи, а также от парамет­
ров привода (характеристик двигателя и релейного эле­
мента, нагрузки). Схема привода состоит из тиристорного
управляемого коммутатора переменного тока УТК и
устройства управления. В качестве управляемого ком­
мутатора используется полууправляемый трехфазный
мост.
Система управления состоит из органа сравнения и
релейного полупроводникового элемента ОС и РПЭ и
выходного усилителя ВУ. В качестве органа сравнения
и релейного элемента используется спусковое устройст­
во на транзисторах Я Г 5, ПТ& и ЯГ?, которое представля­
ет собой одну из возможных разновидностей триггера
Шмитта. В качестве датчика обратной связи использует­
ся тахогенератор ТГ. Выпрямительный мост В предназ­
начен для сохранения полярности сигнала обратной свя­
зи независимо от направления вращения. Схема привода
позволяет осуществлять как двигательный режим, так и
режим торможения противовключением, используемый
для получения весьма малых посадочных скоростей.
Работа электропривода в двигательном режиме про­
исходит следующим образом: ключ К включен в поло­
жение 2; задающее напряжение Яз устанавливается при
помощи потенциометра Б 24. После подачи напряжения
на статор асинхронного двигателя в начальный момент
времени напряжение обратной связи равно нулю. Релей­
ный полупроводниковый элемент находится в исходном
положении, при котором транзистор ПТъ открыт. Вслед­
ствие этого транзистор Я Г 4 оказывается закрытым,
а транзистор ПТг — открытым. При этом на управляю­
щие электроды тиристоров коммутатора УТК подается
положительный отпирающий импульс. Тиристоры откры­
ваются; тем самым управляемый коммутатор шунтирует
резистор Бд. Скорость вращения двигателя увеличивает­
ся. Как только напряжение рассогласования Я р=Я з—
— Яо.с возрастает до величины напряжения включения
транзистора П Т-j, он перейдет в состояние насыщения,
а транзистор Я Г 5 закроется. Результатом этого явится
исчезновение управляющего напряжения на тиристорах
90

91. ж
о
о.
g
н>.
S
о
«
:s
2
о.S
н
о
mX
о,
с
о
о.
X
и
01

92. коммутатора УТК. В момент прохождения тока через
нуль тиристоры размыкают мост, в цепь ротора вводит,
ся большое добавочное сопротивление Бд и скорость дви­
гателя начинает снижаться. Одновременно снижается
напряжение рассогласования, и как только оно достиг­
нет нижнего порогового значения, релейный элемент воз­
вратится в исходное состояние. В результате этого на
управляющие электроды тиристоров коммутатора посту­
пает отпирающее напряжение, тиристоры отпираются и
скорость вращения ротора двигателя начнет снова увели­
чиваться. В дальнейшем процесс переключения тиристо­
ров коммутатора будет повторяться. Механические ха­
рактеристики двигательного режима расположены в об­
ласти между реостатной ха­
рактеристикой, соответствую­
щей величине формирующего
сопротивления Бф, и реостат­
ной характеристикой, соответ­
ствующей величине добавочно­
го сопротивления Бд.
Для перехода в режим ма­
лых посадочных скоростей
двигатель включают в на-
-Ь — тЧ— .правлении подъема груза, а
> > ' > ключ К — в положение 3.
Рис. 5-13. Механические ха- В начальный момент време-
рактеристикипривода. ни после включения двига­
теля в сеть релейный элемент
находится в исходном положении, что соответствует за­
крытому состоянию транзистора ЯГ?. Коммутатор УТК
разомкнут, в цепь ротора введено большое добавочное
сопротивление. Под действием груза двигатель ускоря­
ется и увеличивается напряжение обратной рвязи. Как
только напряжение рассогласования возрастет до вели­
чины напряжения включения транзистора ЯГ?, он перей­
дет в открытое состояние, транзистор Я Г 5 закроется,
а с транзистора Я Г 4 на управляющие электроды тирис­
торов управляемого 'коммутатора будет подано положи­
тельное отпирающее напряжение и они откроются; тем
самым управляемый коммутатор зашунтирует резистор
/?д, что вызовет увеличение вращающего момента и сни­
жение скорости вращения. Далее процессы в привоД
повторяются.
Механические характеристики рассматриваемой си
92

93. стемы привода для двигателя МТ 112-6 показаны на
рис. 5-13. Как видно из рисунка, механические характе­
ристики обладают достаточной жесткостью, что позволя­
ет получить диапазон регулирования 50:1.
На р'ис. 5-14 приведены экспериментальные кривые
к. п. д. двигателя МТ 112-6, а на рис. 5-15 — осцилло-
0 0,2 0,М 0,6 0,8 1,0 Ц
Рис. 5-14. Зависимость' Т1=/(М/Мн).
граммы, соответствующие пуску двигателя. Из приведен­
ных кривых видно, что к. п. д. двигателя существенным
образом зависит от глубины регулирования скорости.
С уменьшением скорости значение к. п. д. уменьшается.
Осциллограммы позволяют сделать вывод о значитель-
i 1,0 7,3 1,2 1,1 7,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,0 0,3 0,2 0,1 с
Нуль оноро­
ста
Рис, 5-15. Осциллограмма пуска привода по схеме, приведенной па
рис. 5-12,
93

94. ной пульсации токов статора и ротора. Следует отме­
тить, что пониженное значение к. п. д. при у =1 объясня'-
ется наличием невыключаемого балластного сопротивле­
ния в цепи ротора.
6) Привод с коммутатором в цепи статора
На рис. 5-16 приведена принципиальная схема элект­
ропривода с асинхронным двигателем, управляемым
коммутатором на симметричных тиристорах в цепи ста­
тора. В этой схеме применена релейная система управ­
ления с обратной связью по скорости. Схема состоит из
двигателя А Д , датчика скорости ТГ, управляемого ком­
мутатора УСК и устройства управления. Основная осо­
бенность системы управления по сравнению с ранее опи­
санной схемой заключается в структуре выходного уси­
лителя. С целью развязки силовых цепей и цепей управ­
ления конечный каскад выходного усилителя собран по
схеме ждущего блоюинг-генератора на транзисторе ПТ^.
В качестве релейного элемента используется спусковая
схема иа транзисторах ПТв— ПТв, аналогичная ранее
рассмотренной.
Рассматриваемая система электропривода работает
следующим образом. После подачи напряжения на вход
коммутатора и в систему управления релейный элемент
находится в исходном состоянии, когда транзистор ПТй
закрыт, а транзистор ПТе открыт. Вследствие этого
транзистор ПТь узла запрета закрыт и мультивибратор-
ный генератор импульсов на транзисторах ПТз и ПТ^ ра­
ботает в режиме колебаний. Р1мпудьсы напряжения, сни­
маемые с коллектора транзистора ПТз, поступают на
согласующий эмиттерный повторитель на транзисторе
ПТг. Импульсы напряжения, снимаемые с резистора
дифференцируются и после усиления и формирования
поступают на управляющие электроды коммутатора
УСК. Коммутатор открывается, скорость двигателя воз­
растает. При увеличении напряжения рассогласования
до величины напряжения включения транзистора ПТ»оп
перейдет в открытое состояние, а транзистор ПТз — в со­
стояние отсечки. В связи с этим транзистор запрета Я Ь
шунтирует транзистор П1, блокируя работу генератора
импульсов. Вентили коммутатора закроются при очереД'
ком переходе тока через нуль, что шриведет к снижении^
скорости вращения. Далее процессы в схеме повторяктг'
94

95. о
о.
к
«ио . :
о
я'X
« аX
S я
о я
о ^'3
ня ян о.
>1
S
;го
я
о
е(о
я
я
о,
с
о
о.
X
и
Я)
ю
я
Он
95

96. ся. с целью предотвращения запаздывания открывания
вентилей параметры мультивибратора выбираются тд
кими, чтобы он генерировал импульсы с частотой, в lo~J
15 раз большей, чем частота питающей сети.
Основным недостатком релейного принципа управле­
ния является наличие автоколебаний скорости, относи­
тельная величина которых достигает особенно больших
значений при глубоком регулировании. Это требует при-
нятия специальных мер, например, введения обратной
связи по первой или второй производной от сигнала
ошибки.
Механические характеристики рассматриваемой си­
стемы привода аналогичны механическим характеристи­
кам описанной ранее системы.
5-4. ЭЛЕКТРОПРИВОД С ДИСКРЕТНОЙ
СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ
Применяемые системы управления вентильными преобразовате­
лями всех типов, в том числе управляемыми коммутаторами, имеют
важные органические недостатки: сравнительно низкую надежность
и недостаточное быстродействие. Эти недостатки объясняются как
наличием в схеме привода
системы управления, рабо-
АД
УИЧ—I
Lh
Др осч - гзч
пI 1 /
11(-•-
1
ВИУП
УТК
тающей в режиме передачи
сигналов, так и наличием
сглаживающих фильтров.
Применение систем уп­
равления, построенных толь­
ко на дискретных элемен­
тах, позволяет устранить
эти недостатки, так как ди­
скретные устройства рабо­
тают в менее напряженных
тепловых режимах, чем не­
прерывные, обладают высо­
кой помехоустойчивостью и
позволяют сравнительно
просто рещать вопросы Ре­
зервирования узлов схемы
управления. Некоторое уве­
личение количества элемен­
тов в дискретной схеме
управления может быть
компенсировано примене­
нием интегральных схем-
Рис. 5-17. Схема электропривода
с дискретным устройством управ­
ления. г _
Поэтому представляют ин­
терес схемы электропр'^
водов с импульсным регулированием скорости ©ращения асинхронны^
двигателей с дискретными системами управления (Л. 28, 42, 431. ^
рис. 5-17 представлена функциональная схема электропривода с а,
скрегной системой управления [Л. 43]. В рассматриваемой схе-
96

97. (сктропривода асинхронный двигатель управляется с помощью тн-
(сторного коммутатора УТК по цепи выпрямленного тока ротора,
йстема управления коммутатором состоит из узла измерения часто-
,1 скольжения УИЧ, генератора задающей частоты ГЗЧ, органа
)авнения частот ОСЧ и выходного импульсного усилителя-иереклю-
ателя ВИУП. Устройство управления работает таким образом, что
^важность замыкания тиристорного коммутатора зависит от угла
авига между импульсами задающего напряжения и напряжения
юльжения. Двигатель стремится вращаться со скоростью, обеспечи-
ающей равенство задающей частоты и частоты обратной связи,
лектропривод имеет практически абсолютно жесткие механические
арактер'истики. Точность поддержания скорости вращения дости-
зет тысячных долей процента, что объясняется возможностью kohj
ролирования «е только среднего значения скорости, но и колебаний
лорости в пределах одного оборота.

98. i :
Ь'-
П Р И Л О Ж Е Н И Е *
Пример расчета механической характеристики и энергетических
показателей разомкнутого (у=0,4) импульсного регулируемого элек­
тропривода с асинхронным фазным электродв1Игателем типа
МТ 112-6.
Необходимые технические данные привода:
Р п = 5,0 квт Мн = 51,7 н- м Л н = 925 об1мин; t/i= 3 8 0 /2 2 0 в-
/iH = 14,75/25,5 о.; /о = 9,5 а; L p H = 206 в; /2 н = 1 6 ,6 Q; 'Пн= 75%;
С 05ф „= 0,72; Г1 = 1,32 ом; X i= a ,3 9 о,и; Гг = 0,5 ом; Х 2=0,43 ojk; kg =
= 1,72; Л1к/Л1н=2,5; /,д р = 3 ,8 • 10“ * гн; /?др = 0,08 ом; /? д = 1 6 ом'
Г =10“* сек.
По формулам (2-1), (2-3) — (2-5), (2-7) определяем приведенные
к цепи ротора активное и индуктивное сопротивления фазы электро-
дв.игателя ори у = 1 , а также параметры эквивалентного генератора:
1,92 1,39
/?дв= 2 9 7 тЬ0,5=О,93 ом; Адв— 2 97 "1'0,43=0,88 ом", Ез =
3
= 1,35-206 5=278 S, в; /?э= 1 , 7 5 - 0 , 9 3 + • 0,88 5= (1,62+0,84 5),о.и;
0,88
2 „ .5 о = 4 . 2 - 1 0 - » гн.
Максимальное ( у=1) значение тока в цепи определяем по
(2 - 11):
2785—4
1 ,7 + 0 ,8 4 5 ’
Механическую характеристику рассчитываем по формулам
(2-23) и (2-25). Результаты расчета сведены в табл. П-1.
В табл. П-1 показаны для сопоставления значения выпрямлен­
ного тока, определенные по упрощенной формуле (2-30) и получен­
ные экспериментальны.м путем значения момента вращения.
Энергетические показатели рассчитаны по равенствам (3-18)"
(3-21), (3-33), (3-35), (3-41) — (3-44). Результаты расчета св еден ы
в табл. П-2.
Как видно нз табл. П-2, потери в медн дв.игателя составляют
меньшую часть переменных потерь. Следовательно, подавляюща
часть потерь при регулировании вынесена из двигателя.
98

99. ■а (N
as. оа.
I I
00 00 сч
<м ю 00
о о о
СО
I
а>
ю
о
О)
•а-
ю
см о
оо 05 о
о о
о о* о
со <N
1 1
Al
С
„ (05
СО to г-0D. ■'f
+ * -
t- О о о
II
сз
см 00
«1 со ю t -
as. -см см см
см см см
со to 00
со ю
as! • см см см
о о" о
to со
о см
os. —
о о о"
со см со
см со
о о о
05 to— со
СЧ т}.
2 <=>о -а-
— со
сзо
со
со
сч
о
<м
о
со
00
ю
о
С£3
ю
t-~ 00 05
со о с-
см см
см со
.
с- 00 05
СП со со
см см ю
— см
г--со
t''
о
СО_
о
99

100. Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Автоматизированный электропривод производственных меха­
низмов, т. 1—3, М., 1965 (т. 1) 1И 1966 |(т. 2 и 3).
2. А м и р о в Ж. X., Система импульсного управления тиристо­
рами в цепи ротора асинхронного двигателя. В кн.: «Автоматизация
производственных процессов». Алма-Ата, '1968.
3. Б а л д и н Н. М., Управляемый тиристорный электропривод
с и.мпульсным регулированием скорости. В кн.: «Тиристорный управ­
ляемый асинхронный электропривод». Свердловск, 1968.
4. Б у л г а к о в А. А., Основы динамики управляемых вентиль­
ных систем. М., 1963.
5. Г а й д у ко ВИЧ В. И., ' Г а з г а н о в А. Э., Метод измерения
мощности несинусоидальных токов, «Электротехническая промыш­
ленность», 1969, вып. 332.
6. Г а 3 г а н о в А. Э. и др., Импульсный 'привод переменного то­
ка с тиристорным прерывателем, «Электротехническая промышлен­
ность», 1967, вып. 237.
7. Г а з г а н о в А. Э., Исследование привода переменного тока
с импульсным регулированием скорости, «Электротехническая про­
мышленность», 1968, вы'п. 297.
8. Г а 3 г а н о в А. Э., Ф у к с П. А., Ш и к у т ь Э. В., Д ж а в а -
к я н Е. Т., Асинхронный электропривод с параметрическим регуля­
тором скорости, «Электротехническая промышленность», 1969,
вып. 335.
9. 1Гл а 3 е н к о Т. А., Тиристорные широтно-импульсные преоб­
разователи для систем электропривода постоянного тока. Изд-во
ЛДНТП, Л., 1968.
10. Д а н и л о в 'П. Е., Методика расчета параметров схемы и ха­
рактеристик асинхронного двигателя при импульсном управлении
с помощью тт^ристоров. В кн.: «Учебное пособие по проектированию
и расчету автоматизированного электропривода», вып. 4, изд-во .МЭИ.
.М., 1969.
11. Д у н а е в с к и й С. Я. и др., Моделирование элементов элек­
тромеханических систем. М., 1971.
12. Е ф р е м о в И. С. и др.. Исследование 'пере1*рузочной способ­
ности тиристоров серии В+ДУ, «Электротехника», 1966, № 12.
13. З а й ц е в А. И., ( К о с т ю к о в Ю. П., Асинхронный вентиль­
ный каскад с импульсным управлением. В кн.: «Изв. Томского по-
литехнич. ин-та», 1965, т. 153.
14. З а й ц е в А. И., К о с т ю к о в Ю. П., Импульсные системь^
регулирования скорости асинхронных двигатетей с фазовым ро’*^
ром. В кн.: «Изв. Томского политехнич. ин-та», '1967, т. 161.
15. З и м и н F. Н., И л е у с у з о в а Р. 'Б., Импульсное ^
рование скорости асинхронных электродвигателей. В кн.: «Вести
АН Казахской OGP», 1964, № 2.
100

101. 16. Импултлиые схемы на (полупроводниковых приборах. Проёк-
'тирование и расчет, под ред. Е. И. Гальперина, М., 1970.
17. К а г а н о в И. Л., Промышленная электроника. М., 1968.
1'8. К о з л и т и н Л. С., Расчет механических характеристик асил-
|Хро‘Нного электропривода с тиристорным регулятором напряжения.
В кн.: «Учебное пособие по (проектированию и расчету автоматизи­
рованного электропривода». М., 1967, вып. 3.
19. К о с т ю к о© Ю. П., Режим прерывистых токов при импульс­
ном регулировании скорости асии.хронных двигателей с фазовым ро­
тором. В кн.: «Изв. Томского политехнич. ин-та», 1967, т. 161.
20. К о с т ю к о в Ю. П. Некоторые ©опросы теории асинхронных
двигателей с фазовым ротором при импульсном регулироваиии ско­
рости. В кн.: к«Изв. Томского политехнич. ин-та», 1967, т. 161.
21. К р а й ц б е р г М. И., Ш и к у т ь Э. В., Импульсные методы
регулирования цепей постоянного тока с помощью тиристоров. М.,
1969.
22. Тиристоры. Технический справочник. М., 1971.
23. М е д в е д е в Е. И., Экспериментальное исследование
импульсной системы (регулирования скорости асинхронпого двигателя.
В кн.: «Специальные системы электропр(Ивода». Пермь, 1967, ©ьп. 2.
24. О н и щ е н к о Г. Б., Асинхронный вентильный каскад. М.,
1967.
25. П а р ф е и о в Э. Е., П р о 3 о р о в В. А., Вентильные каскады.
М., 1968.
26. П о с с е А. В., Обоснова(ние замены выпрямителя эквива­
лентным генератором для расчета переходных процессов. Известия
АН CCCiP, «Энергетика и транспорт», 1966, № 4.
27. С а н д л е р А. С., Регулирование скорости вращения асин-
.хро«(НЫх двигателей. М., 1966.
28. С е р л ю к В. Л., Об одной разновидности регулируемых
асинхронных приводов без датчиков обратной связи. В кн.: «Управ­
ляемые ©енгили ((тиристоры) в электро(пр’Иводе и промышленной
автоматике». Л., 1968, ч. 2.
29. С и т н и к Н. X., Силовая полупроводниковая техника. М.,
1968.
30. С о к о л о в М. М., Д а н и л о в П. Е., Статические характери­
стики асинхронного электропривода при импульсном управлении ти­
ристорами, «Электротехника», 1967, № 8.
31. С о ко л о в М. М. и др.. Электромагнитные переходные про­
цессы в асинхронном электро'приводе. М., 1967.
32. Т р е ш е в И. И. Методы исследования машин переменного
тока. М., 1969.
33. Ф у к с П. А., Ш и к у т ь Э. В., Г а з г а н о в А. Э., Импульс­
ные методы управления пуском и регулированием скорости асинхрон­
ных электродвигателей, «Мехаиизация и электрификация социали­
стического сельского хозяйства», 1968, № 5.
34. A b r a c h a m L., P a ' t s c h k e V., Pulstechnik fiir die Dreh-
zahlsteuerung von Asynchronmotoren. — «AEG-Mitteilungen», 1964,
^Г^ 1/2.
35. A b г a h a m L., Pulsverfahren der Energieelektronik elektro-
Hiotorischen Antriebe. VDE-Fachberichte, 1964, Bd 25.
36. В a n g e l H., G o l m s e e J., M i c h e l M„ Drehzahlregelung^
^ines Drehstrom-Schleifringlaufermotors mit Thyristoren. — «AEG-Mit-
i Icilungen», 1965, № 2.
I - 101

102. X
37. G i e s s o w G., K u l k a S., Die Anwendung von puisgesteiief
ten Wiederstanden bei Gleichstrom-Reihenschlussmotoren und Dreh-
strom-Schleifringlaufermotoren.— «AEG-Mitteilungen», 1965, № 2.
38. G i e s s o w G., G o l m s e e J., Schutzeinrichtung fiir ein Ver-
fahren zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl von Asynchronmo-
toren, патент ФРГ, кл. 21'd3, 2(Ho2j, Ho2d), № 1187317.
39. G 0 1d e E., Asynchronmotoren mit elektronischen Schliipfre-
gelung. — «AEG-Mitteilungcn», 1964, № 9/10.
40. К 0 p p e 1m a n F., M i c h e l М., Kontaktlose Steuerung der
Drehzahl von Asynchronmotoren mit Hilfe antiparallelen Thyristoren.—
«yYEG-Mitteilingen», 1964, i№ 1/2.
41. K i i m m e l F., Antriebe mit Schleifringlaufermotoren. «Ener-
gieelektronik und geregelte elektrische Antriebe», VDE-Verlag, 1966.
42. L e m m r i c h J., Der synchronisierte Induktionsmotoren.—
«ETZ-А», 1964, № 22.
43. L e m m г i с h L., Frequenzanaloge Motorsteuerung mit kon-
taktlosen Bauelementen, «Die elektrische Ausriistung», 1965, № 2.
44. L o t t H. G., Anordnung zur Steuerung oder Regelung der
Drehzahl eines Drehstrom-Schleiferinglaufermotors, патент ФРГ,
кл. 2 IP, 59/10 (G05f, H02p), № 1238990.
45. M i c h e l М., Drehstromantriebe mit Thyristorstromrichter.—
'«AEG-Mitteilungen», 1966, ;№ 6.
46. S с h 0 1z e H., Thyristorgesteuerte Drehstromantriebe fur einen
modernen Greiferbordkranken. «Hansa», 1965, 12.
47. Г а з г а н о в A. Э., Исследование импульсных систем асин­
хронного электропривода для строительных экокавагоров-кранов.
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата
технических наук. М. 1968. МИСИ, кафедра электроприводов.

103. О Г Л А В Л Е Н И Е
П р ед и сл о в и е.............................................. • ....................................
Г л а в а п е р в а я . Общие вопросы............................................
1-1. Этапы развития импульсного регулирования скоро
сти в р ащ ен и я ...................................................................
1-2. Классификация асинхронных электроприводов с им
пульсным управлением ..................................................
1-3. Перспективы применения асинхронных электропри
водов с'импульсным регулированием скорости вра
щ е н и я .................................................................................
Г л а в а в т о р а я . Квазистатические режимы работы тири
сторных асинхронных электроприводов с импульсным
управлением ..........................................................................
2-1. Принятые допущения....................................................
2-2, Механические характеристики асинхронного элек
тропривода с управляемым коммутатором в цепи
постоянного тока ...........................................................
2-3. Механические характеристики каскадных схем с им
пульсным управлением ..................................................
2-4. Влияние процессов коммутации вентилей на работу
электропривода ..................................................................
Г л а в а т р е т ь я . Переходные процессы и энергетические по
казатели асинхронных электроприводов с импульсным
управлением ..........................................................................
3-1. Переходные процессы в электроприводах с управ
ляемым коммутатором в цепи выпрямленного тока
ротора . . - ...................................................................
3-2. Энергетические показатели асинхронных электро
приводов с импульсным управлением
Г л а в а ч е т в е р т а я . Принципы построения схем асинхрон
ных электроприводов с импульсным управлением
4-1. Выбор силовых элементов с х е м .............................
4-2. Принципы построения систем управления коммута
торов .................................................................................

104. Г л а в а п я т а я . Тиристорные электроприводы с импульсные
регулированием скорости вращения асинхронных двига
телей .........................................................................................
5-1. Тиристорный- асинхронный электропривод с управ
ляемым коммутатором в цепи выпрямленного тока
ротора ..................................... .....................................
5-2. Асинхронный электропривод с управляемым тирис
торным коммутатором постоянного тока с гасящей
цепью R— C ..................................................................
5 3. Тиристорные асинхронные электроприводы с комму
Тагорами переменного тока .....................................
5 4. Электропривод с дискретной системой управления
П р и л о ж ен и е.........................................................................................
Л и т е р а т у р а .........................................................................................
79
79
89
96
98
10Q