Системы управления ЭПС - Работа АТД с инвертором тока

5.4 Работа АТД с инвертором тока
Принципиальная схема питания АТД от АИТ приведена на рис. 5.4. На входе со стороны постоянного тока имеется индуктивный фильтр Ld. В каждой фазе последовательно с тиристором VS включен отсекающий диод VD. Между тиристорами и диодами треугольником включены коммутирующие конденсаторы. Последовательно с тиристорами включены токоограничивающие дроссели насыщени Lm для ограничения скорости нарастания токазаряда конденсаторов.
Три фазы обмоток статора тягового электродвигателя подключены между отсекающими диодами.
Включение тиристоров АИТ происходит в порядке, указанном в табл. 5.4.
Осциллограммы токов и напряжений асинхронного двигателя, питающегося от АИТ, приведены на рис. 5.5.
За счет индуктивного фильтра Ld ток Id, потребляемый АИН, можно считать идеально сглаженным.
Напряжение на фазах АТД UA, UB, UС регулируется за счет изменения напряжения входного преобразователя.
Частота напряжений UA, UB, UС регулируется за счет изменения интервалов времени между отпиранием тиристоров.

Рис. 5.4. Принципиальная схема АТП с АИТ

Во внекоммутационный период открыты два тиристора, и ток протекает по двум фазам обмотки статора. Угол проводимости каждого тиристора и диода соответствует 120°. Форма фазных токов iA, iB, iС — прямоугольная. Форма фазного напряжения — отрезки экспонент — определяется индуктивностью нагрузки.
Амплитуда первой гармоники фазного тока

Алгоритм работы АИТ и 120° АИН

Размах пульсации момента

Коэффициент пульсации момента

Рассмотрим процесс коммутации тиристоров АИТ на примере включения фазы С и выключения фазы А. Период состоит из трех интервалов.
1. Запирание тиристора VS1 (рис. 5.6, а). При включении тиристора VS3 образуется контур, состоящий из конденсаторов С13, С35, С51, предварительно заряженных до напряжения UC(0)> тиристоров VS1, VS3 и двух токоограничивающих реакторов LTO. Ток тиристора VS1 равен разности тока Id и тока разряда конденсаторов, iκ:

Рис. 5.6. Коммутация тиристоров АИТ (начало): а — запирание тиристора VSI; б — перезаряд коммутирующего конденсатора

Рис. 5.6. Коммутация тиристоров АИТ (окончание): в — коммутация фазных обмоток АТД

Рис. 5.7. Переходные процессы при коммутации тиристоров АИТ

Условия перехода АИТ в режим рекуперации следующие.

1. Направление постоянного тока Id надо сохранить, а полярность постоянного напряжения Ud изменить.
2. На ЭПС переменного тока управляемый выпрямитель ВУ переводится в режим инвертирования увеличением угла отпирания тиристоров α свыше 90° (рис. 5.8, а).
3. На ЭПС постоянного тока для перехода в режим рекуперации необходимо изменить схему ИРН, а также переключить полярность Ud при помощи контакторов или специальных тиристоров, работающих в режиме ключа (рис. 5.8, б).

Выводы:

1. При мгновенной коммутации тиристоров и идеально сглаженном входном токе фазные токи на входе АИТ имеют прямоугольную форму, не зависящую от нагрузки, а фазные напряжения состоят из отрезков экспонент и их форма определяется характером нагрузки.
2. Для АИТ возможно применение тиристоров с большим временем выключения, имеющих высокие классы по напряжению (до 44). Поэтому можно избежать последовательного включения тиристоров.

Рис. 5.8. Переход АИТ в режиме рекуперации:
а — на ЭПС переменного тока; б — на ЭПС постоянного тока

1. Индуктивный фильтр на входе АИТ ограничивает скорость нарастания тока через полупроводниковые приборы при опрокидывании инвертора (одновременном открытии двух плеч в одной фазе). Величина в этих случаях не превосходит допустимых значений для тиристоров.
2. Односторонняя проводимость плеч инвертора тока исключает возможность короткого замыкания АТД и, как следствие, возникновение инверсных моментов, отрицательно сказывающихся на работе механической части привода.
3. Относительная пульсация электромагнитного момента равна 25—30 %. Ее можно уменьшить, применяя АТД с двумя трехфазными обмотками, подключенными к двум АИТ, работающим со сдвигом по фазе 30° до 8 —12 %.
4. В момент коммутации диодов в кривой фазного напряжения появляются перенапряжения.
5. Переход в режим рекуперации требует изменения полярности напряжения на входе инвертора и сохранения направления тока, при этом φ1>0. Рекуперацию на АИТ проще всего реализовать на ЭПС переменного тока за счет изменения угла отпирания тиристоров ВУ.
6. С увеличением тока напряжение на АТД резко снижается. Поэтому АТД может работать от АИТ только при наличии замкнутой системы автоматического регулирования (САР) по току статора I и частоте вращения ротора ω2 (рис. 5.9). САР подает сигналы управления на входной преобразователь ВП. На ЭПС постоянного тока входным преобразователем служит импульсный регулятор напряжения ИРН, а на ЭПС переменного тока — управляемый выпрямитель ВУ.

Рис. 5.9. Система автоматического регулирования АТП и АИТ