Пускозащитные устройства (ПЗУ) в БСГ предназначены для ограничения перенапряжений на ОВ и ПбВ, а в БСП - для ограничения перенапряжений на ОВ и ПбВ и формирования необходимой пусковой моментной характеристики двигателя. Все схемы ПЗУ классифицируются на три группы.
Первую группу схем ПЗУ образуют схемы с линейным или нелинейным пусковым (защитным) сопротивлением, глухо подключенным на зажимы ОВ. Такие схемы применяются обычно в БСГ, при кратности пускового сопротивления по отношению к сопротивлению обмотки возбуждения СМ. Сопротивление такой кратности, с одной стороны, ограничивает перенапряжения на зажимах ОВ БСМ на приемлемом уровне, а с другой, - обеспечивает меньшие потери мощности. Следует отметить, что в настоящее время за рубежом разработаны и применяются нелинейные пусковые сопротивления.
Рис. 3 9. Схемы ПЗУ второй группы для БСД, предложенные Розенберри (патент США № 309895 9)
Вторую группу схем ПЗУ образуют схемы, в которых пусковое сопротивление включается на зажимы ОВ через тиристорно-диодный или тиристорный ключ, а преобразователь ПбВ выполняется на диодах. Такие схемы широко применяются в БСД. В некоторых случаях сопротивление может отсутствовать.
Многообразие схем ПЗУ второй группы было предложено Розенберри [87] и приведено на рис. 3 9. Схема на рис. 39, а была усовершенствована путем включения между тиристорами ДУ1 и ДУ2 пускового резистора, средняя точка которого соединена с одной из фаз Вб [88]. Для схем рис. 3 9, в, г, д характерно протекание положительной полуволны тока в цепи ОВ возбуждения СМ через ПбВ, а отрицательной - через ПЗУ, что приводит к появлению постоянной составляющей - в токе в цепи ОВ. Составляющая присутствует даже при R=0, что объясняется наличием запаздывания включения тиристора ПЗУ стабилитроном относительно полуволны индуктированной в ОВ ЭДС и существенно проявляется в конце пуска БСД. Схема с нулевым ПбВ на рис. 3 9, в принципиально является несимметричной из-за наличия в контуре ОВ для положительной полуволны тока индуктивного сопротивления обмотки якоря ВбС.
Наличие постоянной составляющей М является причиной появления тормозного электромагнитного момента М, что приводит к затягиванию пуска и при значительных моментах сопротивления и инерции привода может препятствовать нормальному развороту двигателя. Максимум тормозного момента, обусловленного имеет место при S =1 [1, 24].
Уменьшение тормозного момента достигается в схеме на рис. 40, где в цепь ОВ последовательно с диодным ПбВ включено пусковое сопротивление, шунтированное индуктивным сопротивлением ИС. При пуске ток протекает в основном через R, что снижает и индуктивным ИС сопротивлениями
Схема обеспечивает уменьшение постоянной времени поля ротора в переходных режимах, но требует усложнения конструкции ВЧ.
Несмотря на отмеченные выше недостатки и затруднительность осуществления точной синхронизации БСД, схемы второй группы широко применяются в СССР и за рубежом в БСД, используемых в приводах с легкими условиями пуска.
В ПЗУ третьей группы при асинхронных режимах БСД предусматривается введение пускового сопротивления R необходимой с точки зрения моментной характеристики двигателя кратности в обе полуволны индуктированного в роторе тока при отсутствии в нем постоянной составляющей. При этом возможны три варианта включенияR.
В первом варианте в цепь ОВ последовательно с диодным ПбВ включаются соединенные параллельно тиристор (параллельный тиристор) и сопротивление (рис. 41). Положительная полуволна тока протекает через диодный ПбВ, а отрицательная — через полупроводниковые ключи на тиристорах. При синхронизации включается параллельный тиристор, который шунтирует пусковое сопротивление.
Во втором варианте в цепи ОВ предусматривается последовательный тиристор, отключающий диодный ПбВ от ОВ в период пуска БСД. Пусковое сопротивление коммутируется тиристорно-диодным (рис. 42-48, а) или двухсторонним тиристорным ключом (рис. 48, б). По окончании пуска последовательный тиристор подключает ПбВ к ОВ. Схемы данного варианта применяются рядом зарубежных фирм (General Electric, Electric Machinery, Brush и др.). Управление тиристорами ПЗУ производится с помощью специальных блоков, размещенных на валу двигателя и входящих функционально в устройство управления вращающееся.
Достоинством обоих вариантов схем ПЗУ третьей группы является возможность получить пусковые характеристики БСД, аналогичные характеристикам двигателей со статическим возбуждением, а также осуществить точную синхронизацию БСД.
Недостатком схем ПЗУ с последовательным и параллельным тиристором является необходимость выбирать последний из условия нагрузки его форсировочным током возбуждения. Данный недостаток устраняется в третьем варианте схем ПЗУ, где одна из групп диодного ПбВ выполняется на тиристорах и включается при синхронизации БСД с углом регулирования α=0, т.е. тиристорный ПбВ превращается в обычный диодный преобразователь (рис. 49). Управление тиристорами производится с помощью вращающихся трансформаторов ТрВ или ключевых элементов, подключенных своим входом к якорю возбудителя.
Рис. 41. Схемы БСД с параллельным тиристором в ПЗУ (схемы Розенберри) а - патент США № 309895 9; б - патент США № 32 93518, в — схема фирмы AEG (ФРГ); г - патент США № 3582736
Рис. 42. Схемы БСД с последовательным тиристором в ПЗУ а - заявка ФРГ № 2433619; б - заявка Великобритании № 1433509
Рис. 43. Схемы БСД с последовательным тиристором в ПЗУ а — схема фирмы Westinghouse (патент США № 3381195); б - схема фирмы Iumont Schneider (Франция); в - схема фирмы Electric Machinery Со (патент США № 346798); г - схема фирмы General Electric (система возбуждения М2)
Рис. 44. Схема БСД с последовательным тиристором в ПЗУ фирмы General Electric (патент США № 3350613)
Рис. 45. Схема БСД с последовательным тиристором в ПЗУ фирмы Allis Chalmers (патент США № 3381196)
Рис. 46. Схема БСД с последовательным тиристором в ПЗУ (а) фирмы Westinghouse (патент США № 3414788) и варианты схемы блока 1 (б, в)
Рис. 47. Схема БСД с последовательным тиристором в ПЗУ (заявка Великобритании № 13 96784)
Рис. 48. Схема БСД с последовательным тиристором в ПЗУ а - схема фирмы ΑΕI (патент Великобритании № 1217564); б - схема фирмы Siemens (ФРГ)
Рис. 49. Схемы БСД с ПЗУ третьей группы а - патент США № 3667014; б - заявка Великобритании № 1433510
Рис. 50. Вариант конструктивного исполнения БСМ с пусковым сопротивлением ПЗУ
Пусковые сопротивления ПЗУ второй и третьей групп рассчитываются по условиям нагрева в период пуска, самозапуска или синхронизации и не предназначены для длительной работы, что выдвигает повышенные требования по надежности как к самим R, так и ко всем элементам ПЗУ. Конструктивно R выполняется из провода с повышенным удельным сопротивлением и наматывается концентрически на соответствующие элементы конструкции ПбВ (рис. 50). Кроме того, могут иметь специальные профили, облегчающие их размещение на вращающейся части БСМ.
Следует отметить, что общим недостатком как статических, так и бесщеточных систем возбуждения с коммутируемым полупроводниковыми ключами, является опасность уменьшения асинхронного момента БСД в области малых скольжений, где наведенная на ОВ ЭДС может оказаться ниже величины, необходимой для коммутации ключа стабилитронными элементами. Так как при малых S составляющая асинхронного момента, обусловленная обмоткой возбуждения, обычно велика, то общее ухудшение пусковых характеристик СМ может быть значительным.
