Рассмотренная ранее система раздельного управления тиристорными преобразователями имеет отличные показатели при работе в номинальных режимах, но она крайне не надежна в режиме прерывистого тока, преодоления которых требует построение довольно сложных систем управления. Такого недостатка лишены тиристорные преобразователи, работающие по принципу совместного управления вентильными группами.
В отличии от систем раздельного управления, где при вращении двигателя работает одна выпрямительная группа, а при реверсе – другая, при использовании совместного управления в работе принимают участие обе выпрямительные группы. При этом напряжение задания производит регулирования углов управления таким образом, чтоб они соответствовали равенству α1 + α2 = 1800. На выходе преобразователей при совместном управлении средние напряжения будут одинаковы, но мгновенные их значения – нет, это и обуславливает протекание уравнительных токов по цепям обеих преобразователей. Для того чтоб ограничить значение уравнительных токов используют специальные уравнительные реакторы. Совместное управление имеет свои преимущества:
- На протяжении всего цикла поддерживается уравнительный ток обеими тиристорными преобразователями, и это абсолютно не зависит от характера изменения нагрузки электропривода;
- Нормальный режим работы будет поддерживаться при любом направлении вращения электродвигателя, и реверс электродвигателя будет происходить плавно;
- Значительно повышается быстродействие системы совместного регулирования из – за того, что вентили все время находятся в проводящем состоянии (безтоковая пауза отсутствует);
Однако есть и минусы, главный из которых – обязательная установка уравнительных реакторов, что в электроприводах большой мощности ведет к значительным увеличением денежных затрат на покупку реакторов, а также к увеличению габаритов и массы системы электропривода с совместным управлением.
Алгоритм управления. Диаграммы напряжений и токов
При описании электроприводов, использующих совместное управление вентильными группами, принимают следующие допущения:
- Отсутствие потерь в реакторах уравнительных;
- Углы управления полностью соответствуют соотношению α1 + α2 = 1800.
Ниже показана диаграмма напряжений и токов при углах открывания α1 = 600 и α2 = 1200:
При совместном управлении при протекании тока нагрузки оба преобразователя будут находится в проводящем состоянии, поэтому построение диаграмм напряжений занятие не сложное. Напряжение питания преобразователей показано на рисунке б), а на рисунках в), г) – напряжения на выходе каждого из комплектов. Напряжение мгновенное на каждом комплекте показаны на рисунке д). мгновенные значения напряжения реактора уравнительного показан на рисунке е) и равно разности напряжений выпрямительных групп. Ток уравнительный, показанный на рисунке ж), определяют путем инвертирования реакторного напряжения:
Питающие фазные напряжения будут иметь вид:
На интервале 
Откуда следует, что:
Отсюда можно определить уравнительный ток при совместном управлении:
Можно сделать вывод, что уравнительный ток регулируется углом открывания тиристоров и также его ограничивают подбором индуктивности реактора.
При iя = 0 (смотри рисунок з)) в преобразователях будет протекать только уравнительный ток и он будет иметь одно и то же значение для обеих преобразователей. Протекание данного уравнительного iур будет поддерживать пульсирующее напряжение уравнительного реактора.
Протекание тока через нагрузку в направлении положительном будет обеспечивать преобразователь 1 (рисунок к)), через который будет протекать сумма нагрузочного и уравнительного тока (рисунок л)). Через второй преобразователь будет протекать только iур (рисунок м)).
Небольшой пример:
Необходимо рассчитать амплитуду уравнительного тока iур для преобразователя подключенного по схеме а) при следующих параметрах цепи: Uя = 120 В, ω = 377 рад/с, L = 10 мГн, α1 = 600, α2 = 1200
Максимальное значение iур достигнет максимального значения при
, соответственно решение будет иметь вид:
Замкнутая система управления
Структура системы совместного управления тиристорным электроприводом показана ниже:
Принцип работы электропривода с совместным регулированием угла открывания тиристоров заключается в следующем.
Установившийся режим работы
В данном случае система электропривода работает с постоянной скорость в статическом режиме. Частота вращения якоря будет зависеть от нагрузки на нем и сигнала задания Uу соответственно. Преобразователь 1 будет работать в выпрямительном режиме и проводить ток нагрузки iя. Через вентильную группу 2 будет протекать только iур, он будет работать в инверторном режиме, но вхолостую относительно нагрузки.
Генераторный режим или режим рекуперативного торможения
Предположим, что электродвигатель приводится в движение каким-то внешним механизмом и это вызывает рост скорости и ЭДС машины. Соответственно ω>ωзад и сигнал задания изменит свой знак, что приведет к изменению направления iя и он начнет протекать через вентильную группу 2. Электродвигатель переходит в генераторный режим работы, а iя будет увеличиваться до тех пор, пока не будет установлено равновесие между моментами электрической машины и нагрузки.
Реверс скорости
Для изменения направления момента и, соответственно, скорости вращения электромашины необходимо реверсировать сигнал задания скорости. Поскольку скорость электродвигателя даже при совместном управлении не может изменяться мгновенно, то входной сигнал, который поступает на усилитель интегрирующий, становится отрицательным и вызывает уменьшение сигнала управления Uу. При этом угол α1 вентильной группы 1 будет расти, уменьшая при этом ток в двигателе. С уменьшением сигнала задания Uу напряжение на якоре превысит напряжения вентильной группы 2. Iя меняет свой знак и машина переходит в режим генератора при этом отдавая энергию в сеть. В процессе торможения и реверса ток якоря поддерживается на заданном уровне.
