Преобразовательные устройства классифицируют по следующим признакам

1) По способу преобразования

a. электромашинные преобразователи;

b. статические (вентильные) преобразователи.

2) По роду тока и напряжения

a. преобразователи постоянного тока и напряжения (генераторы постоянного тока, импульсные преобразователи постоянного тока, а также управляемые и неуправляемые выпрямители);

b. преобразователи переменного тока и напряжения (импульсные регуляторы напряжения и тока, фазосдвигающие устройства, каскадные преобразователи, а также преобразователи частоты).

3) По числу звеньев преобразования

a. однозвенные преобразователи (непосредственные преобразователи);

b. многозвенные преобразователи (преобразователи с промежуточными звеньями).

4) По виду выходного параметра

a. преобразователи напряжения;

b. преобразователи тока;

c. преобразователи фазы;

d. преобразователи частоты.

Кроме того, электрическая часть силового канала ЭП может содержать помимо двух основных элементов, так называемые, согласующие устройства: сглаживающие фильтры (L-фильтр, C-фильтр или LC-фильтр), а также различные защитные элементы.

5.1 Электромашинные преобразователи в ЭП с ДПТ

Предназначены для преобразования электрической энергии трехфазной питающей сети в электрическую энергию постоянного напряжения с постоянными средними выходными значениями или с изменяющимися средними значениями.

При этом качество выходных параметров зависит от, так называемого, эквивалентного числа фаз преобразовательного устройства, а также от коэффициента сглаживания выходного фильтра.

В качестве электромашинных преобразователей в ЭП с ДПТ используют генераторы постоянного тока независимого или параллельного возбуждения.

Схема электромашинного преобразователя представлена на рис. 5.1.

-

ЕГ

+

Рисунок 5.1 – Схема электромашинного преобразователя

В качестве приводного двигателя, скорость которого не регулируется, целесообразно использовать в ЭП низкой мощности АД с КЗ ротором, а в приводах большой мощности – СД.

Вал генератора связан с валом приводного двигателя. Выходным параметром преобразователя является ЭДС генератора Е_Г. Как известно ЭДС генератора постоянного тока зависит от магнитного потока возбуждения и угловой скорости с которой приводится во вращение генератор (Е_Г=kФω).

Регулирование выходного параметра Е_Г в рассматриваемом преобразователе осуществляется с помощью изменения магнитного потока возбуждения при изменении тока возбуждения, который изменяется воздействием на реостат R_В (рис. 5.1).

Если к зажимам генератора не подключена нагрузка, то напряжение на его зажимах численно равно ЭДС генератора (U≈Е_Г).

Если к зажимам генератора подключить сопротивление нагрузки R_Н, то напряжение на зажимах генератора будет равно

.

Если в качестве нагрузки используется якорная цепь ДПТ, т. е. R_Н=R_Д, то уравнение регулировочной характеристики электромашинного преобразователя будет иметь вид

где Ф_Г – магнитный поток генератора.

В этом случае уравнение регулировочной характеристики ДПТ НВ, подключенного к рассмотренному преобразователю, будет иметь вид

где Ф – магнитный поток двигателя.

Семейство механических характеристик при различных значениях сопротивления возбуждения приведено на рис. 5.2.

Рисунок 5.2 – Семейство механических характеристик при различных значениях сопротивления возбуждения

Искусственные характеристики системы генератор-двигатель реализуются при увеличении (введении) регулировочного реостата в цепи возбуждения R_В. При увеличении R_В, уменьшается магнитный поток генератора и как следствие уменьшается ЭДС на зажимах генератора и соответственно уменьшается напряжение на зажимах двигателя, следовательно, уменьшается угловая скорость холостого хода.

При этом семейство регулировочных характеристик будет состоять из прямых, параллельных естественной характеристике системы Г-Д, так как перепад скоростей Δω, при увеличении сопротивления возбуждения R_В не изменяется.

Преимущества электромашинных преобразовательных устройств:

- Большие функциональные возможности;

- Стабильность работа ЭП на разных скоростях;

- Возможность работы в электроприводах при малых и больших нагрузках на различных скоростях вращения;

- Отсутствие отрицательного (загрязняющего) влияния на питающую сеть;

- Синусоидальность формы выходного напряжение (главное преимущество).

Недостатки:

- Неудовлетворительные по сравнению со статическими преобразователями массогабаритные показатели;

- Наличие большого количества вращающихся частей;

- Низкий КПД системы;

- Большая установленная мощность.

5.2 Статические преобразователи в ЭП с ДПТ

В качестве статических преобразователей в приводах постоянного тока используют либо неуправляемые полупроводниковые выпрямители (в этом случае ЭП является нерегулируемым), либо управляемые полупроводниковые выпрямители (в этом случае ЭП является регулируемым).

В качестве силовых элементов неуправляемого статического преобразователя используются неуправляемые силовые ключи (диоды). В качестве элементов управляемых статических преобразователей используются управляемые силовые ключи (вентили). До последнего времени в качестве управляемых силовых ключей, в основном, использовались незапираемые тиристоры, отличительной особенностью которых является то, что они отпираются при подаче управляющего импульса на управляющий электрод тиристора, а запираются при подаче напряжения отрицательной полярности на анод тиристора. Обычно с этой целью использовались, так называемые, коммутирующие конденсаторы.

В настоящее время, в качестве управляемых силовых ключей используют элементы, которые и отпираются и запираются с помощью управляющих импульсов. В качестве таких ключей используют IGBT транзисторы, а также тиристоры MOSFET. В последние года появились IGST тиристоры, которые легко отпираются и легко запираются.

Рассмотрим структурную схему статического преобразователя в ЭП с ДПТ (рис. 5.3).

Рисунок 5.3 – структурная схема статического преобразователя в ЭП с ДПТ

Статический преобразователь состоит из двух силовых блоков: УВ – управляемый выпрямитель, СФ – сглаживающий фильтр (низкочастотный фильтр); и системы управления (СУ), которая включает в себя БУВ – блок управления выпрямителем и БЗС – блок задания скорости.

Входным параметром преобразователя является синусоидальное напряжение промышленной частоты, выходными параметрами – постоянное (пульсирующее сглаженное) напряжение U_d, которое может регулироваться по величине, и постоянный (пульсирующий сглаженный) ток I_d.

Назначение элементов:

1. Управляемый выпрямитель (УВ) предназначен для преобразования входного переменного напряжения в постоянное напряжение, изменяющееся во времени.

2. Сглаживающий фильтр (СФ) предназначен для уменьшения пульсаций входного напряжения и тока.

3. Система управления (СУ) предназначена для формирования управляющих импульсов, с помощью которых в заданные моменты времени происходит отпирание и запирание силовых ключей, входящих в состав УВ.