ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С ФАЗНЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ

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