тиристорный преобразователь электропривод
Современный частотно регулируемый электропривод состоит из асинхронного или синхронного электрического двигателя и преобразователя частоты.
Электрический двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию и приводит в движение исполнительный орган технологического механизма.
Преобразователь частоты управляет электрическим двигателем и представляет собой электронное статическое устройство. На выходе преобразователя формируется электрическое напряжение с переменными амплитудой и частотой.
Название «частотно регулируемый электропривод» обусловлено тем, что регулирование скорости вращения двигателя осуществляется изменением частоты напряжения питания, подаваемого на двигатель от преобразователя частоты.
На протяжении последних 10 -15 лет в мире наблюдается широкое и успешное внедрение частотно регулируемого электропривода для решения различных технологических задач во многие отрасли экономики. Это объясняется в первую очередь разработкой и созданием преобразователей частоты на принципиально новой элементной базе, главным образом на биполярных транзисторах с изолированным затвором IGBT.
В настоящей статье коротко описаны известные сегодня типы преобразователей частоты, применяемые в частотно регулируемом электроприводе, реализованные в них методы управления, их особенности и характеристики.
1.Тиристорный преобразователь частоты
1.1 Назначение тиристорных преобразователей частоты
Частотный асинхронный преобразователь частоты служит для преобразования сетевого трёхфазного или однофазного переменного тока частотой 50(60)Гц в трёхфазный или однофазный ток, частотой от 1Гц до 800Гц.
Промышленностью выпускаются частотные преобразователи электроиндукционного типа, представляющего собой по конструкции асинхронный двигатель с фазным ротором, работающий в режиме генератора-преобразователя, и преобразователи электронного типа.
Частотные преобразователи электронного типа часто применяют для плавного регулирования скорости асинхронного электродвигателя или синхронного двигателя за счет создания на выходе преобразователя электрического напряжения заданной частоты. В простейших случаях регулирование частоты и напряжения происходит в соответствии с заданной характеристикой V/f, в наиболее совершенных преобразователях реализовано так называемое векторное управление.
Расчеты преобразователя частоты для регулирования скорости асинхронного ...
... и схемотехнических решений. Создаются также специальные асинхронные двигатели, предназначенной для работы в режиме регулирования скорости от преобразователей частоты. Ведущие зарубежные электротехнические фирмы уже освоили ... и замыкание статора на активное сопротивление. При частотно-регулируемом торможении необходимо передавать энергию от двигателя к сети переменного тока. Такой режим становится ...
Частотный преобразователь электронного типа — это устройство, состоящее из выпрямителя (моста постоянного тока), преобразующего переменный ток промышленной частоты в постоянный, и инвертора (преобразователя) (иногда с ШИМ), преобразующего постоянный ток в переменный требуемых частоты и амплитуды. Выходные тиристоры (GTO) или транзисторы (IGBT) обеспечивают необходимый ток для питания электродвигателя.
Для улучшения формы выходного напряжения между преобразователем и двигателем иногда ставят дроссель, а для уменьшения электромагнитных помех — EMC-фильтр.
1.2 Устройство и назначение тиристорных преобразователей частоты
Электронный преобразователь частоты состоит из схем, в состав которых входит тиристор или транзистор, которые работают в режиме электронных ключей. В основе управляющей части находится микропроцессор, который обеспечивает управление силовыми электронными ключами, а также решение большого количества вспомогательных задач (контроль, диагностика, защита).
В зависимости от структуры и принципа работы электрического привода выделяют два класса преобразователей частоты:
1. С непосредственной связью.
2. С явно выраженным промежуточным звеном постоянного тока.
Каждый из существующих классов преобразователей имеет свои достоинства и недостатки, которые определяют область рационального применения каждого из них.
В преобразователях с непосредственной связью электрический модуль представляет собой управляемый выпрямитель. Система управления поочередно отпирает группы тиристоров и подключает обмотки двигателя к питающей сети.
Таким образом, выходное напряжение преобразователя формируется из «вырезанных» участков синусоид входного напряжения. Частота выходного напряжения у таких преобразователей не может быть равна или выше частоты питающей сети.
Она находится в диапазоне от 0 до 30 Гц, и как следствие — малый диапазон управления частотой вращения двигателя (не более 1: 10).
Это ограничение не позволяет применять такие преобразователи в современных частотно регулируемых приводах с широким диапазоном регулирования технологических параметров.
Использование незапираемых тиристоров требует относительно сложных систем управления, которые увеличивают стоимость преобразователя. «Резаная» синусоида на выходе преобразователя с непосредственной связью является источником высших гармоник, которые вызывают дополнительные потери в электрическом двигателе, перегрев электрической машины, снижение момента, очень сильные помехи в питающей сети. Применение компенсирующих устройств приводит к повышению стоимости, массы, габаритов, понижению КПД системы в целом.
Наиболее широкое применение в современных частотно регулируемых модулях находят преобразователи с явно выраженным звеном постоянного тока. В преобразователях этого класса используется двойное преобразование электрической энергии: входное синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой и частотой выпрямляется в выпрямителе, фильтруется фильтром, сглаживается, а затем вновь преобразуется инвертором в переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды.
Двойное преобразование энергии приводит к снижению КПД и к некоторому ухудшению масса-габаритных показателей по отношению к преобразователям с непосредственной связью. Для формирования синусоидального переменного напряжения используют автономный инвертор, который формирует электрическое напряжение заданной формы на обмотках электродвигателя (как правило, методом широтно-импульсной модуляции).
Системы регулирования частоты вращения генераторных агрегатов
... скоростной режим в пределах допустимого изменения частоты вращения Дn. Дизель-генератор и регулятор частоты вращения образуют замкнутую систему автоматического регулирования, которая обеспечивает автоматическое поддержание частоты вращения коленчатого вала двигателя ... краны, брашпили) электродвигателей. Провалы напряжения неблагоприятно сказываются на работе люминисцентных светильников, которые при ...
В качестве электронных ключей в инверторах применяются запираемые тиристоры GTO и их усовершенствованные модификации GCT, IGCT, SGCT, и биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT. Главным достоинством тиристорных преобразователей частоты, как и в схеме с непосредственной связью, является способность работать с большими токами и напряжениями, выдерживая при этом продолжительную нагрузку и импульсные воздействия.
Они имеют более высокий КПД (до 98 %) по отношению к преобразователям на IGBT транзисторах. Преобразователи частоты являются нелинейной нагрузкой, создающей токи высших гармоник в питающей сети, что приводит к ухудшению качества электроэнергии.
2.Общие сведения о регулировании частоты вращения асинхронных двигателей
2.1 Общие сведения
Технологический процесс часто требует изменения частоты вращения исполнительного механизма. С этой целью широко применяются коробки скоростей, которые усложняют кинематику провода, вызывают вибрацию системы и увеличивают инерционность привода. Для повышения точности обработки и увеличения производительности целесообразно использовать регулировочные свойства двигателей. В асинхронных двигателях частота вращения определяется из равенства
Из этого равенства следует, что изменять п можно тремя способами: изменением частоты 1 , числа пар полюсов р и скольжения s. Частоту вращения ротора в принципе можно регулировать изменением напряжения питания U1. Однако с увеличением U1 появляется опасность превышения допустимой температуры нагрева двигателя, а с уменьшением U1 уменьшается перегрузочная способность двигателя.
2.1.1 Регулирование изменением частоты (частотное регулирование)
Этим способом изменение частоты вращения ротора п осуществляется за счет изменения частоты питающего напряжения f1 .Это возможно потому, что скольжение в номинальном режиме составляет всего 2—8 %.
Для изменения частоты f1 могут применяться машинные и полупроводниковые (тиристорные) преобразователи. Асинхронный двигатель АД с постоянной частотой вращает генератор постоянного тока Г, работающий в системе генератор — двигатель. Генератор Г питает двигатель Д постоянного тока, частота вращения которого регулируется током возбуждения генератора Г и двигателя Д.
Двигатель вращает с различными частотами синхронный генератор СГ, частота выходного напряжения которого f 1 = n1 p/60 изменяется. В результате АД изменяет частоту вращения рабочего механизма. Этот способ позволяет плавно изменять частоту вращения АД. Недостатками способа являются высокая стоимость преобразователя, низкий КПД установки из-за многократного преобразования энергии, сравнительно небольшой диапазон регулирования.
2.1.2 Частотное тиристорное регулирование
Значительно больший эффект при частотном регулировании достигается применением тиристорных преобразователей. На рис. 3.37 показана схема такого регулирования. Тиристорный преобразователь ТП питается от трехфазной сети с постоянными значениями напряжения U1 и частоты f1.
Регулирование скорости (частоты вращения) асинхронного двигателя
... статора двигателя (частотное регулирование), и путем изменения числа пар полюсов двигателя. Регулирование скольжения двигателя при постоянной скорости вращения поля статора для короткозамкнутых асинхронных двигателей возможно путем изменения величины напряжения статора при постоянной частоте этого напряжения. Для асинхронных двигателей ...
На выходе преобразователя получается постоянное варьируемое напряжение U 1 c. Это напряжение подается на блок инвертора И, на выходе которого появляется регулируемое переменное напряжение U1 v при частоте f1 v. Напряжение U1 v подается на асинхронный двигатель АД.
Для автоматизации процесса регулирования необходимо дополнительно иметь блок задания частоты БЗЧ и блоки управления напряжением УН и частотой УЧ.
Для поддержания точного значения скорости целесообразно иметь обратную связь по частоте с выхода АД на блок задания частоты.
Рис.
2.1.3 Регулирование изменением числа полюсов
Асинхронный двигатель не имеет явно выраженных полюсов и поэтому его число полюсов зависит от схемы соединения катушек в обмотках каждой фазы статора.
Если, например, обмотка фазы состоит из двух катушек, то при их последовательном соединении число пар полюсов р = 2, а при параллельном соединении р = 1. Начала и концы катушек выводятся на клеммы щитка, так что переключение катушек можно делать на работающем двигателе. Можно разместить в пазах статора две независимые обмотки, каждая из которых создает разное число пар полюсов, например, р = 1 и р = 2.
Одна из обмоток может, например, соединяться в одинарную звезду, а другая — в двойную звезду (рис. 3.38, а и б).
Можно также переключать треугольник в двойную звезду (рис. 3.39, а и б).
В результате двигатель будет трехскоростной. В принципе можно разместить на статоре две обмотки, каждая из которых имеет две скорости, такая машина будет четырехскоростной. Однако размещение нескольких обмоток увеличивает габариты и стоимость машины. Поэтому лучше применять одну обмотку с переключением на четыре скорости. При этом можно получить синхронные скорости 3000 / 1500 / 1000 / 500 или 1500 / 1000 / 750 / 500 об/мин или другие комбинации.
Регулирование изменением числа полюсов является ступенчатым регулированием. Механические характеристики при разном числе пар полюсов показаны на рис. 3.40. Этот способ регулирования экономичен, рабочая часть характеристик жесткая, но данный способ применяется лишь в случаях, не требующих плавного регулирования, например в станках, где ступенчатое регулирование применяется с целью уменьшения числа ступеней в коробках скоростей, вентиляторах, насосах и др.
Рис.
2.1.4 Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения
При уменьшении напряжения U момент двигателя уменьшается пропорционально U2.В связи с этим изменяются механические характеристики, уменьшается критический момент Mк , при постоянном моменте сопротивления увеличивается скольжение и уменьшается частота вращения ротора.
Уменьшать напряжение U можно включением в цепь статора реостатов (рис. 3.41, а), автотрансформаторов (рис. 3.41,б) или регулируемых дросселей (рис. 3.41, в).
При включении реостатов в них теряется значительная мощность (RI 2 ).
Автотрансформаторы дают возможность регулировать частоту вращения лишь вручную. Регулируемые дроссели позволяют автоматизировать этот процесс, для чего их цепь подмагничивания включается в систему автоматического регулирования.
Виды преобразователи напряжения в электроприводе
... тока (напряжения). Преобразователь напряжения – устройство для преобразования напряжения одного уровня в напряжение другого уровня. Часто применяют импульсные преобразователи напряжения с использованием индуктивных накопителей энергии. Общая характеристика функциональных классов преобразовательной техники, Преобразователи переменного тока в постоянный, Преобразователем переменного тока в ...
Рис.
Данный метод применяется только у двигателей малой мощности, так как при этом способе регулирования уменьшается КПД двигателя, уменьшается критический момент, а диапазон регулирования сравнительно небольшой.
2.1.5 Регулирование изменением сопротивления цепи ротора R2 (реостатное регулирование)
Этот способ применим только для двигателей с фазным ротором. Такое регулирование связано с изменением скольжения s в соответствии с зависимостью п = п1 (1 — s).
На рис. 3.42 представлено семейство характеристик п(М) при различных R2 . Если момент нагрузки Mc = const, то частота вращения n с увеличением R 2 падает, а скольжение увеличивается. Этот способ регулирования имеет ряд недостатков: дополнительные потери энергии в реостате, механические характеристики становятся мягкими, относительно малый диапазон регулирования.
3.Классификация тиристорных преобразователей частоты по первому и второму классу
3.1 первый класс: ТПЧ на основе автономных инверторов
Автономные инверторы (АИ) ? это, как указывалось выше , преобразователи постоянного тока в переменный, которые работают на сеть , в которой нет других источников электроэнергии. Коммутации вентилей в них осуществляются благодаря применению полностью управляемых вентилей или устройств искусственной коммутации.
При этом частота напряжения на выходе АИ определяется частотой управления, а величина напряжения — параметрами нагрузки и системой регулирования. Автономные инверторы (АИ) классифицируются по ряду признаков. 1. По виду входного тока или напряжения АИ делятся: а) на автономные инверторы тока (АИТ).
На входе АИТ действует источник тока, образованный источником ЭДС и большой индуктивностью, форма тока на выходе вентильной группы прямоугольная, а форма напряжения определяется характером нагрузки (рис . 11.1 а — б).
Нагрузка может быть только активной или активно-емкостной, т.к. при активно — индуктивной нагрузке ток не может мгновенно изменить направление. Рассмотрим работу схемы при активно-емкостной нагрузке.
В момент t1 начинают проводить тиристоры V1, V2; в момент t2 тиристоры V1, V2 выключаются, а тиристоры V3, V4 включаются. Ток через нагрузку меняет направление. Под действием проходящего тока напряжение на нагрузке изменяется по экспоненте; б) на автономные инверторы напряжения (АИН).
На входе АИН действует источник ЭДС, напряжение на выходе вентильной группы прямоугольное, а форма тока определяется характером нагрузки. Напряжение на нагрузке переключается мгновенно, поэтому нагрузка может быть активной или активно-индуктивной (см. рис. 1.1 в — г).
Рассмотрим работу схемы при активно-индуктивной нагрузке. В момент t1 начинают проводить тиристоры V1, V2. Под действием приложенного напряжения ток нарастает по экспоненте. В момент t2 тиристоры V1,V2 выключаются, но ток через нагрузку идет в том же направлении через диоды VD 3, VD 4 за счет энергии, запасенной в индуктивности, при этом напряжение на нагрузке уже изменило знак , а ток постепенно спадает. В момент t3 ток равен нулю и включаются тиристоры V3 и V4, полярность напряжения при этом не меняется , а ток меняет направление. Диоды предназначены для возврата реактивной энергии в источник питания. Конденсатор Cd ее воспринимает; в) на резонансные ( колебательные ) автономные инверторы ( РАИ ).
РАИ ? это инвертор, на входе и на выходе вентильной группы которого ток прерывистый, а форма напряжения на выходе определяется нагрузкой (см. рис . 11.1 д — е).
В РАИ должно выполняться условие:
Рис . 11.1. Принципиальные схемы идеальных автономных инверторов тока (а), напряжения ( в), резонансного (д) и диаграммы напряжений и токов, иллюстрирующие их работу ( б, г, е)
При выполнении условия (11.1) процессы при включении тиристоров носят колебательный характер. При включении V1 и V2 проходит полуволна тока и конденсатор Cк заряжается с указанной полярностью. После перехода тока через нуль тиристор запирается. При включении V3 и V4 напряжение источника и напряжение на конденсаторе Cк действуют согласно, ток проходит в противоположном направлении, конденсатор перезаряжается , V3 и V4 запираются при спаде тока до нуля. Напряжение на нагрузке Rн повторяет форму тока. Как видно из описания работы в РАИ могут работать обычные (незапираемые) тиристоры . 2. По применяемым вентилям АИ делятся: а) на АИ на вентилях с неполным управлением (обычных тиристорах); б) на АИ на вентилях с полным управлением (транзисторах и запираемых тиристорах . 3. По способу коммутации АИ на незапираемых тиристорах делятся: а) на АИ с одноступенчатой коммутацией, в которых коммутация осуществляется с помощью коммутирующих конденсаторов основными вентилями схемы без применения дополнительных тиристоров; б) на АИ с двухступенчатой коммутацией, в которых для коммутации применяются специальные коммутирующие вентили . 4. По месту включения коммутирующих конденсаторов АИ с одноступенчатой коммутацией делятся: а) на параллельные АИ (коммутирующие конденсаторы включены параллельно нагрузке); б) на последовательные АИ ( коммутирующие конденсаторы включены последовательно с нагрузкой ).
В электроприводе в настоящее время наибольшее применение находят АИН на IGBT транзисторах.
3.2 второй класс: ТПЧ с непосредственной связью питающей сети и нагрузки
Изменение направления тока в нагрузке, необходимое на практике (например, реверсивный электропривод), может быть осуществлено без применения переключающих аппаратов. Для этого достаточно иметь два комплекта вентилей тиристорных преобразователей, каждый из которых обеспечивает протекание тока только в одном направлении. Все существующие схемы реверсивных тиристорных преобразователей можно разделить на два класса: встречно-параллельные и перекрестные. Наибольшее распространение в трехфазных мостовых схемах выпрямления получила встречно-параллельная схема соединения комплектов вентилей, так как в ней используется более простой двухобмоточный трансформатор (рис. 1, а), и, кроме того, она допускает применение бестрансформаторного питания вентильных комплектов непосредственно от сети трехфазного тока. В перекрестной схеме (рис. 1, 6) обязательным является трансформатор Тр с двумя комплектами вторичных обмоток, что ведет к усложнению конструкции, увеличению габаритной мощности и удорожанию трансформатора.
В зависимости от полярности напряжения на нагрузке Н и направления тока /н в ней в реверсивном тиристорном преобразователе возможны следующие режимы: 1. Напряжение и ток в нагрузке совпадают и имеют прямое направление — первый комплект вентилей УВ1 работает в выпрямительном режиме. При этом угол управления а1 у вентилей этого комплекта 0 < а1 < 90°, и нагрузка потребляет энергию. 2. Напряжение на нагрузке обратное, но ток в нагрузке продолжает протекать в прямом направлении — комплект УВ1работает инвертором (90° < а1< 180°).
Энергия из цепи нагрузки отдается в сеть. 3. Напряжение и ток нагрузки обратные — комплект УВ2 работает выпрямителем (0 < а2 < 90°), и нагрузка потребляет энергию. 4. Напряжение на нагрузке прямое, а ток обратный — УВ2 работает в инверторном режиме (90° < а2 < 180°), и нагрузка отдает энергию в сеть. Перевод тиристорного преобразователя и нагрузки из одного режима в другой осуществляется путем воздействия на углы управления вентильными комплектами.
Рис. 1. Схемы реверсивных преобразователей: а — встречно-параллельная; б — перекрестная
Рис. 2. Регулировочная характеристика реверсивного преобразователя
В реверсивных тиристорных преобразователей необходимо, чтобы переход тока от одного вентильного комплекта к другому переходил без пауз, ухудшающих динамические характеристики тиристорных преобразователей, и чтобы в контуре, образованном обеими группами (в схемах на рис. 1 этот контур показан стрелками), уравнительный ток, бесполезно загружающий вентили и трансформатор, был бы сведен к минимальному значению. Эти требования выполняются, если равны постоянные составляющие напряжений комплекта, работающего в выпрямительном либо в инверторном режиме, и другого комплекта, через который в данный момент времени ток нагрузки не проходит и управление которым подготовлено соответственно к инверторному или выпрямительному режиму. Зависимость средних значений напряжений каждого из комплектов вентилей от углов управления этими комплектами а и в(регулировочная характеристика) при непрерывном токе нагрузке и принятом допущении, что коммутация мгновенная, определяется косинусоидальным законом (рис. 2)
Uda = Ud0 cos a; Udfj = Ud0 cos p.
При равенстве средних значений напряжений Uda = Udp будем иметь а = в. Если учесть, что для инверторного режима в= 180° — a (см. рис. 2), то
a1 + a2 = 180°,
где a1 и a2 — углы управления первого и второго комплектов вентилей, отсчитываемые от точки естественного отпирания.
В случае, когда управляющие импульсы подаются одновременно на вентили обоих комплектов тиристорных преобразователей, а углы управления соответствуют приведенным выше равенствам, управление называется согласованным. Для обеспечения такой связи между углами а1 и а2 необходимо, чтобы характеристики вход-выход a = /(Ц,) систем импульсно-фазового управления (СИФУ) обоими комплектами вентилей были зеркально подобными. Для управления тиристорными преобразователями чаще всего используются системы управления с арккосинусоидальной характеристикой a = K-arccos (U^, при которой результирующая регулировочная характеристика тиристорных преобразователей Ud = f(Uy) получается линейной во всем диапазоне регулирования. Несмотря на равенство средних значений напряжений при согласованном управлении имеет место разность мгновенных значений выходных напряжений комплектов вентилей тиристорных преобразователей. Причиной этого являются пульсации выходных напряжений комплектов вентилей. Под действием разности мгновенных напряжений через вентили и обмотки трансформатора, минуя цепь нагрузки, протекает уравнительный ток гур (см. рис. 1).
Помимо дополнительных потерь в элементах схемы уравнительный ток в переходных режимах может привести к аварийным отключениям схемы. Для ограничения уравнительного тока в цепь вентильных комплектов включают ограничительные реакторы ОР1 и ОР2. Полное устранение уравнительного тока может быть получено при раздельном управлении комплектами вентилей. Оно заключается в снятии управляющих импульсов с вентилей того комплекта, который в данный момент не проводит ток. В этом случае один из комплектов вентилей всегда заперт и контур для протекания уравнительного тока отсутствует. Благодаря этому из схемы можно исключить ограничивающие реакторы и полностью использовать установленную мощность тиристорных преобразователей, так как выпрямительный комплект можно открывать с нулевым углом управления. Однако при этом усложняется система управления тиристорными преобразователями, так как приходится вводить в систему датчики тока комплектов вентилей УВ1 и УВ2 либо датчик тока нагрузки ДТ (рис. 3).
При спаде тока, протекающего через работающий комплект вентилей либо тока определенного направления в нагрузке до достаточно малого значения, логическим устройством ЛУ вырабатываются команды, управляющие ключами К1 и К2. Последние снимают управляющие импульсы, например, с системы управления СУ1, и подают импульсы на систему управления СУ2 другого комплекта вентилей тиристорных преобразователей.
Рис. 3. Функциональная схема управления преобразователем, питающим якорную цепь электродвигателя
Углы управления вышедшего из работы и вновь вступившего в работу комплектов должны отвечать уравнению согласованного управления а1 + а2 = 180°. При этом не нарушается непрерывность результирующей регулировочной характеристики. Одновременная работа вентильных комплектов тиристорных преобразователей должна быть надежно исключена даже в течение коротких интервалов времени, поскольку при отсутствии ограничивающих реакторов броски уравнительного тока могут быть весьма значительными. Если тиристорный преобразователь питает обмотку возбуждения электродвигателя, то система управления относительно проста. Переключение комплектов вентилей происходит в функции знака сигнала управления электродвигателем, а логическое устройство не разрешает произвести переключение до тех пор, пока не уменьшится ток нагрузки. При питании якорной цепи электродвигателя от тиристорного преобразователя требуется более сложная система управления, так как рекуперативный режим возможен при сохранении знака управляющего сигнала. В этом случае для формирования сигнала, воздействующего на переключение комплектов, необходимо включить тиристорный преобразователь в замкнутую систему управления, что лишает его той автономности, которой обладает реверсивный тиристорный преобразователь с согласованным управлением. От этого недостатка свободна схема со сканирующей логикой, в которой логическое устройство не связано с сигналом управления и находится постоянно в режиме поиска нужного комплекта (при отсутствии запрета со стороны датчика тока).
Благодаря этому происходит постоянное переключение комплектов до тех пор, пока не появится ток в одном из них. Регулирование напряжения тиристорных преобразователей осуществляется путем изменения угла открывания тиристоров a. С этой целью каждый тиристорный преобразователь оснащается системой управления, которая обеспечивает формирование управляющих импульсов, а также сдвиг этих импульсов по фазе относительно анодного напряжения тиристоров. Такие системы управления называют импульсно-фазовыми.
4. Наладка ТПЧ
Наладочные работы включают: измерение изоляции силовых цепей и цепей управления; проверку работоспособности и настройку узлов системы управления; общую проверку работоспособности преобразователя. Измерение сопротивления изоляции силовых цепей и цепей управления относительно корпуса и между собой должно производиться мегаомметром на 500 В. Сопротивление изоляции должно быть не менее 5 мОм. При измерении преобразователь необходимо отключить от сети и заземлить. Закоротить между собой входные и выходные зажимы на автоматических выключателях А1 и А2 (выводы А2, В2, С2 и 201, 229), а на каждом силовом блоке — выводы выхода цепей управления (19-20, 16-17, 8-7, 4-5, 2-1, 12-11).
В блоке питания закоротить между собой гнезда контрольного разъема. Блоки СУРП, СУРВ и ЛПУ отключить, а ответные их разъемы закоротить. В качестве точек замера берется одна из силовых цепей, а в системе управления общий провод (под номером 20 на внешней коробке выводов).
После замера сопротивления изоляции необходимо снять закоротки и восстановить схему. Перед наладкой преобразователя к силовым выводам (А1, Bl, С1) подключается источник переменного трехфазного напряжения и при включенном выключателе Q4 цепей управления по свечению сигнальной лампы НЗ проверяется правильность чередования фаз питающей сети. Объем и порядок выполнения наладочных работ, а также проверка работоспособности блоков преобразователя определяются по табл. 2. После настройки отдельных блоков проводится проверка работоспособности преобразователя в такой последовательности: 1) подключается обратная связь по напряжению; 2) к выходу силового выпрямителя подключается нагрузочное сопротивление на ток 5 А; 3) включаются автоматические выключатели (А1 и А2, А4) потенциометром R41, на плате СУРП выставляется выходное напряжение силового выпрямителя, равное 460 В; 5) производится реверс переключением переключателя S2 в ПУ, при этом на первом месте выходное напряжение должно снизиться до нуля, а на втором — возрасти до 460 В; 6) форма кривой выходного напряжения контролируется осциллографом на контрольных точках 10-20 в БС; 7) проверяется плавность регулирования выходного напряжения при изменении сигнала задания потенциометром R5 в ПУ. Таблица 2. Объем и порядок выполнения наладочных работ блоков преобразователя
Таблица 3. Напряжения источников питания Положение переключателя 6 7 8 9 10 11 — — Номера контрольных точек А2-АЗ А2-А1 А1-Б2 В6-А1 А5-А1 А4-А6 А2-БЗ А2-В1 Выпрямленное напряжение, В… +12 -12 +7,5 -30 -150 -115 +22 -22
|
Вид операции |
Порядок выполнения |
|
|
Блок питания |
||
|
Проверка напряжения источников питания [Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/tiristornyie-preobrazovateli/ |
Измеряется вольтметром PU1 на контрольных точках при переключении переключателя S5, расположенных в панели управления. Значения напряжений указаны в табл.3 |
|
|
Подстройка напряжений |
Осуществляется резисторами R1 и R2 |
|
|
Вид операции |
Порядок выполнения |
|
|
Плата системы управления и регулирования преобразователя СУРП |
||
|
Подготовительные операции |
Переключатель S1 устанавливается в положение «Ручное» |
|
|
Проверка отсутствия дефектов в канале СИФУ |
Подключением осциллографа на вывод 34 (общий нуль) и поочередно на выводы 2, 3, 4,5,6 и 35 проверить наличие двух сдвинутых на 60° (электрический угол) импульсов. Убедиться в равномерном свечении светодиодов каждого канала |
|
|
Проверить синхронизирующее напряжение |
Подключить осциллограф на вывод 34 и поочередно на выводы 38, 30, 29, 28, 27 и 36. Форма напряжений должна соответствовать рис. 16 (кривые 3) |
|
|
Проверка напряжения управления СИФУ |
Вольтметром проверяются значения напряжений между выводом 34 и выводами: 31 -15 В; 32 — минус 150 В; 12 — минус 24 В; 7 — минус 30 В |
|
|
Устранение асимметрии управляющих импульсов |
Подключением осциллографа на вывод 34 и штырь 02 с помощью резисторов R46 устанавливается одинаковая форма импульсов согласно рис. 16 (кривые 4) |
|
|
Проверка работы регулятора скорости |
Временно установить перемычки между выводами 19ч 34. Переключатель S3 в ПУ установить в положение «Ручное», а резистором R5 в ПУ изменять напряжение задания. При реверсировании задания переключателем S2 ПУ напряжение на выводах 18 и 20 должно меняться от 2 до 22 В во взаимопротивоположных направлениях |
|
|
Блок регулятора возбуждения РВС и панель СУРВ |
||
|
Проверка работоспособности СУРВ |
Включаются автом. выключатели Q3 и Q4. Работоспособность СУРВ опред. по свечению светодиода V14 |
|
|
Установка углов ограничения |
Переключатель устанавливается в положение «Ручное» резисторами R46 и R4S. Выставляется максимальное и минимальное значения углов регулирования по осциллограф |
|
|
Вид операции |
Порядок выполнения |
|
|
Установка максимального и номинального тока возбуждения |
Переключатель S1 устанавливается в положение «Ручное», a S4 на ПУ в положение «Автоматическое». Значения максимального и номинального тока возбуждения выставляются резисторами R18 и R23 |
|
|
Установка минимального тока возбуждения |
Переключатель S4 устанавливается в положение «Дистанционное», a S1 — «Ручное». Минимальный ток возбуждения выставляется резистором R28. |
|
|
Устранение перерегулирования тока возбуждения |
Переключатель S1 устанавливается в положение «Ручное». Резисторами R43 и R36 по осциллографу устанавливается приемлемое перерегулирование тока возбуждения при переключении S1 |
|
|
Установка времени переходных процессов |
Выставляется резистором R28 путем осциллографирования кривой тока возбуждения |
|
|
Проверка работы задатчика интенсивности |
С помощью переключателя S2 подается полное напряжение. Проверяется время развертки осциллографом |
|
|
Логическое переключающее устройство ЛПУ |
||
|
Проверка работоспособности ЛПУ |
Подается напряжение с резистора R5 ПУ и переключается его полярность переключателем S2. Светодиоды У5и V53b ЛПУ должны переключаться |
|
|
Проверка узла запрета |
Замыкается цепь 51-81. Переключение ЛПУ не должно произойти |
|
|
Силовой блок выпрямителя якорных цепей (БС) |
||
|
Проверка работоспособности блока |
При включенной СИФУ осциллограф поочередно переключается на выводы 19-20; 16-17; 8-7; 4-5; 2-1; 12-11. На экране осциллографа должны быть два импульса, сдвинутых на 60° |
|
|
Проверка импульсов управления (при необходимости) |
Отключается тиристор и вместо него подключается резистор 15 Ом. Осциллографом измеряется амплитуда (12 В) и длительность импульса у основания (400—500 мкс) |
|
|
Отстройка фазы управляющих импульсов |
Осущ. потенц. R41, R42, R43 при среднем положении потенциометра R64, находящимся в панели СУРП. Фаза управляющих импульсов, выстав. по осциллографу в точках 19-20, должна соответствовать рис. 23 |
|
Тиристорные электроприводы постоянного тока применяются на кранах в основном для механизмов подъема, к которым предъявляются наиболее сложные требования по обеспечению двухзонного регулирования скорости. Схема и механические характеристики электропривода приведены соответственно на рис. 24 и 25.
Регулирование скоростей в зоне от минимальной до номинальной осуществляется изменением напряжения силового выпрямителя, а в зоне скоростей выше номинальной — ослаблением поля возбуждения двигателя (уменьшением тока возбуждения) посредством выпрямителя возбуждения.
Управление работой электропривода осуществляется командоконтроллером, контакты которого на схеме обозначены SM1-SM10. Исполнительный двигатель М получает питание от силового выпрямителя, имеющего, как было показано на с. 37, две группы вентилей UZ1 и UZ2. Обмотка возбуждения двигателя L-M получает питание от выпрямителя возбуждения UZ3.
Рис. 23. Форма напряжений синхронизации В зависимости от положения рукоятки командоконтроллера устанавливается определенное выпрямленное напряжение силового выпрямителя, а значит, и частота вращения двигателя.
При достижении на выходе силового выпрямителя напряжения, соответствующего номинальной скорости перемещения груза, а также при условии, что ток в цепи якоря двигателя не превышает заданного значения, соответствующего подъему груза массой, равной 30-40 % номинальной грузоподъемности, и опусканию холостого крюка, схема позволяет увеличить частоту вращения электродвигателя в 2,4-2,5 раза по сравнению с номинальной. В режиме подъема груза массой от 30 % до номинальной благодаря наличию обратной связи по току якоря, заведенной в систему регулирования выпрямителя возбуждения (см. рис. 12), обеспечивается характеристика постоянной мощности. Рассмотрим работу схемы по позициям командоконтроллера. Перед началом работы включаются автоматические выключатели: преобразователя QF1, QF2 и QF4, силового ввода QF3- цепей управления QF5-QF7 и вентилятора двигателя QF8. Затем включаются реле времени КТ1, КТ2, реле напряжения КН2, реле обрыва поля КА2. В результате собирается цепь нулевого реле КН1, которое при нажатии кнопки SB2 своими дополнительными контактами включит линейный контактор КММ и контактор динамического торможения КМ1, после чего выключится реле КТ1.
Включение блокировок автоматических выключателей преобразователя UZ (зажимы 376-388) и вентилятора, а также контакторов и реле в цепь нулевого реле позволяет проконтролировать правильную подготовку схемы и цепи возбуждения. При переводе рукоятки командоконтроллера в любое направление подъема или спуска включается реле КН4, размыкающие контакты которого в цепи 21-162 преобразователя разрывают цепь блокировки импульсов управления. Одновременно включаются контакторы управления тормозным электромагнитом YA-KM2-KM4. После того как ток в катушке YA нарастает до значения включения тормоза, включится токовое реле КАЗ, а контактор КМ4 отключится и введет в цепь YA балластное сопротивление R29. Через замыкающий контакт КАЗ в зависимости от направления движения получат питание реле направления КВ1 и КВ2 или КВЗ и КВ4 соответственно в направлении «Подъем» или «Спуск» груза.
Замыкающие контакты этих реле подают питание от стабилизированного источника, задающего напряжение на вход за датчика интенсивности и осуществляют реверс сигнала задания.
Рис. 24. Схема электропривода постоянного тока с тиристорным преобразователем
Сигнал задания возрастает с переводом рукоятки командоконтроллера по позициям от 1-й? до 4-й благодаря закорачиванию резисторов R17-R21, при этом диоды V4 и V5 обеспечивают большее значение сопротивления на первой позиции спуска по сравнению с первой позицией подъема.
Рис.
В положении 4 подъема системой автоматического регулирования преобразователя обеспечивается характеристика постоянной мощности для грузов массой от 25 до 100 % номинальной грузоподъемности. При этом напряжение на выходе силового выпрямителя равно номинальному значению (460 В), а система регулирования поддерживает постоянство тока якоря, что и соответствует режиму постоянства мощности, поскольку Р = U1 = = -Рном- Переход на эту характеристику осуществляется под контролем реле напряжения КVI. Указанное реле отключает цепь питания реле времени КТ2, за время выдержки которого ток двигателя стабилизируется. Контакты КТ2 включают реле КНЗ, которое замыкает цепь задания на ослабление поля на входе системы регулирования выпрямителя возбуждения. На позиции 4С спуска, в отличие от подъема, для включения реле КНЗ необходимо не только срабатывание реле KV1 и КТ2, но и реле КН2, катушка этого реле находится на выходе выпрямительных мостов UZ4, UZ5 и UZ6, и включение реле зависит от значения силового тока. При холостом крюке напряжение на выходе выпрямительных мостов будет иметь значение, недостаточное для удержания реле КН2, что и приведет к включению КНЗ и ослаблению тока возбуждения двигателя. При наличии груза реле КН2 остается включенным, вследствие чего цепь питания реле КНЗ не соберется, и сигнал на ослабление поля двигателя не будет подан.
При резком переводе рукоятки командоконтроллера в крайнюю позицию подъема или спуска сигнал на вход задатчика интенсивности силового выпрямителя подается скачком, а на выходе его нарастает по линейному закону. 60 Частота вращения двигателя при этом также будет нарастать плавно при постоянном значении пускового момента и тока двигателя. Переход двигателя на повышение частоты вращения на последних позициях командоконтроллера осуществляется под контролем реле KV1 и в зависимости от массы груза так, как это было рассмотрено выше. При переводе рукоятки командоконтроллера в обратном направлении привод переходит в тормозной режим с заданным ускорением. При этом обесточивается катушка реле КНЗ и снимается сигнал задания на ослабление поля. Напряжение на выходе силового выпрямителя плавно уменьшается, а магнитный поток плавно нарастает. Постановка рукоятки командоконтроллера в нулевое положение приведет к наложению механического тормоза.
