Розробка малопотужного тиристорного електроприводу

 

Розробка малопотужного тиристорного електроприводу

Вступ

Розвиток наукових і технічних тенденцій у галузі сучасного електроприводу електричних машин, утому числі й у галузі побутової техніки. Невпинне зростання вимого до якості та розширення сфери використання керованого електроприводу та відповідних систем автоматизації вимагають детального дослідження та вивчення малопотужного тиристорного електроприводу.

Підвищення надійності, якості виробництва, техніко-економічних показників систем електроприводу зумовлює розширення сфери застосування електроприводів із двигунами змінного струму, впровадження систем керування на основі безконтактних логічних пристроїв, напівпровідникової цифрової електричної техніки та ін.

1. Розробка технічного завдання та технічних умов

Згідно завдання на курсове проектування необхідно розробити малопотужний тиристорний електропривод постійного струму.

Даний електропровід буде використовуватись при підготовці спеціалістів електромеханіків з метою отримання ними практичних навичок, по збиранню і регулюванню схеми електроприводу, а також дослідження його регулювальних і стабілізуючих властивостей.

Живлення електропривода здійснюється від однофазної мережі зміного струму частою 50або 60 Гц.

Зворотній зв'язок здійснити по електрорушійній силі обмотки якоря Стенд служить для дослідження електропривода із зворотнім звязком по електрорушійній силі обмоток якоря.

.1 Основні технічні характеристики

Напруга мережі живлення однофазна з частотою 50 Гц і напругою 220В з допустимим відхиленням від мінус 15 до плюс10%.

Потужність споживання, В·А не більше 500.

Маса стенда, кг, не більше 20.

Габаритні розміри, мм, не більше 500x200x300.

.2 Умови експлуатації

Електропривод призначений для роботи в наступних умовах дії температури і вологи навколишнього повітря:

температура повітря, С від 5до 50;

відносна вологість, %, не більше 80.

установку, монтаж і експлуатацію електропривода проводити згідно

«Правилам техніки безпеки при експлуатації електроустановок споживачів»

навколишнє середовище - невибухонебезпечна, така, що не містить

пилу в кількості, що знижує параметри електроприводу в неприпустимих межах.

2. Літературний огляд та аналіз існуючих тиристорних електроприводів постійного струму

.1 Короткі відомості про двигуни постійного струму (ДПС), що застосовуються в сучасних електроприводах (ЕП)

Електричний привод з тиристорним перетворювачем і двигуном постійного струму (ДПС) є в теперішній час основним типом привода побутової електротехніки. В силу цілого ряду експлуатаційних переваг він практично витіснив гідравлічний регулювальний привод, а також електрогідравлічний привод з кроковими двигунами. Основні характеристики вказаного електропривода визначаються головним чином типом вживаного ДПС.

Основною перевагою ДПС, що визначає їх широке застосування в регульованих і слідкуючих приводах, є висока лінійність механічних характеристик, що дозволяє плавно регулювати частоту обертання вала двигуна в дуже широких межах (діапазон регулювання частоти обертання сучасних ДПС складає 10 000 і більше). До недоліків ДПС, з порівнянням з асинхронними електродвигунами змінного струму, відносять великі габарити, менший к.к.д., необхідність в щітках і колекторі для підводу струму в обмотку якоря. Останнє істотно знижує їх перевантажувальну здатність із-за ряду обмежень, повязаних з процесами комутації і небезпекою утворення кругового вогню на колекторі [1-3]. Не дивлячись на ці недоліки, ДПС продовжують удосконалюватись в напрямку підвищення швидкодії і збільшення перевантажувальної здатності, підвищення к.к.д., рівномірності обертання на малих швидкостях та інше.

Потреби удосконалення технічних характеристик регулюючих і слідкуючих електроприводів призвели до розробки спеціальних ДПС. Загальними особливостями двигунів для слідкуючих приводів є можливість довгої роботи на малих швидкостях при повному моменті, що потребує і спеціальних заходів для їх охолодження, а також можливість багатократним перевантаженням по струму в перебіг невеликого часу, що повязані з необхідністю досягнення високої швидкодії приводу 4.

Були розроблені також спеціальні мало інерційні двигуни з гладким якорем серії ПГ (ПГТ - із вмонтованим тахогенератором). Зменшення моменту інерції, отже і постійного часу (в 5-6 раз менше, чим у звичайних) досягається за рахунок діаметра і збільшення довжини якоря. Якір такого двигуна має без пазову конструкцію. Провідники обмотки якоря із міді прямокутного перерізу наклеюються на гладку зовнішню поверхню якоря(шихтованого із тонких сталевих кружків), закріплюються склотканиною і заливаються епоксидною смолою.

Така конструкція обмотки забезпечує малу індуктивність якірного ланцюга, що дозволяє забезпечити жорстку комутацію струму при великих навантаженнях двигуна. Збільшення перевантажувальної здатності таких двигунів спиняє хороше охолодження обмотки якоря, розміщеної на його поверхні, що забезпечене за рахунок вимушеної вентиляції. Двигуни з гладким якорем забезпечують обробку максимальних прискорень порядку (26)-104 рал. Проте із-за складності виготовлення, високої собівартості і малої надійності такі двигуни не знайшли широкого застосування.

Застосування для електроприводів набули високомоментні електродвигуни із збудженням від постійних магнітів. Відносно малі значення номінальної частоти таких електродвигунів (500-1000 об/хв.) і здатність довгої роботи на малих обертах з великими моментами дозволяє обходитись без редукторів і зв'язувати такий двигун безпосередньо із ведучим гвинтом робочого органа. При цьому значно покращується надійність і точність роботи.

Головні конструктивні особливості ВМД такі.

збудження здійснюється від високоенергетичних магнітів;

збільшено число пазів якоря і число колекторних пластин:

застосування ізоляційних матеріалів з високою допустимою температурою;

посилена конструкція вала і підшипників;

уже сточена конструкція корпуса;

підвищене відношення довжини якоря до його діаметра;

використовуються спеціальні щітки з великою перевантажувальною здатністю здатність;

велике значення електромагнітного руху моменту.

Як правило, ВМД виготовляються із вмонтованими: тахогенератором (з малим рівнем пульсацій при малих частотах обертання), датчиком шляху високої точності і електромагнітним гальмом.

Дуже важливо для підвищення якості і стійкості слідкуючого відсутність люфтів в зєднаннях двигуна і датчиком швидкості і шляху що забезпечується в ВМД наявності вмонтованого тахогенератора і трезольвера. ВМД володіє наступними технічними характеристиками (1):

відносно малі номінальні (до 1000 об/хв) і максимальні частоти обертання (до 1500-2000 об/хв);

- високі перевантажувальні моменти (б-10 кратні) при малих частотах із значним їх зменшення (1.5-3 кратні) при номінальних і особливо максимальних частотах обертання;

велика термічна постійна часу (60- і 20 хв);

забезпечення рівномірного обертання якоря на малих швидкостях (до 0,1 об/хв.)

момент інерції ВМД порівняємо з моментом ДПС нормального виконання.

Необхідність значного зниження допустимого максимального моменту по мірі збільшення частоти обертання при відсутності додаткових полюсів. При цьому слід використати нелінійні схеми струмообмеження.

Електродвигуни серії ПВ призначені для використання в приводах із керуванням від тиристорних або транзисторних перетворювачів. Конструктивно двигуни цієї серії мають флянцове виготовлення, допускають експлуатацію при любому положенні в просторі.

Для електродвигунів ПВ допустима в межах 1 хвилини перевантаження по струму на 50% понад номінальної, а в межах 0,2 з можливим струмом, відповідним струму максимального пускового моменту, в межах 3 хвилин підвищення частоти обертання на 30% понад максимальної. Залежність між величиною обертання моменту і струму якоря і стуму якоря М=f(In) практично лінійна до М=0,7-0,8Ммах. Допускається тривалість роботи двигунів при частоті обертання 0,1 хв-1 з моментом не менше номінального,при цьому нерівномірність обертання моменту не перевищує 6-8%.

Електродвигуни серії ПВ комплектуються тахогенератором ТС-1М із наступними технічними характеристиками: крутизна вихідної характеристики,В/об/хв. - 0,02; опором навантаження, кОм, не менше4; опір обмотки якоря при 15°С, Ом - 138; індуктивність обмотки якоря, Гн - 0.6. Датчик положення типу ПМБ-1, яким комплектується двигуни серії ПВ, мають наступні характеристики - число пар полюсів - 10, число фаз - 2; здвиг фаз

джерела живлення, ел. град. - 0 або 90;

напруга живлення, В - 5*0,25:

частота живлення, Гн - 50;

споживаний струм, мА, не менше - 10:

вихідна частота при опорі навантаження 10 кОм, В - 0,5;

похибка в статичному режимі при опорі навантаження 10 кОм, не більше - 20.

Технічні дані використовуючи в електродвигунах серії ПВ електромагнітних гальмів серії ЕТДВ із напругою живлення 24 В (на ЕТДВ41УЗ - 110 В)

Електродвигуни серії ПВ комплектуються температурним датчиком,

який забезпечує подачу сигналу в ланцюг керування при недопустимих для ізоляції перегрівів.

Електродвигуни серії ПВ без гальма і датчика положення характеризуються наступними показниками надійності: середній ресурс роботи електродвигуна - не менше 20 000 годин; середній термін роботи неменше - 15 років; наявність безвідмовної роботи за період 10000 годин складає не менше 0.9 при довірчій вірогідності 0.8.

Електродвигуни серії КД1 призначені для експлуатації в групі слідкуючо-регулювальних електроприводів ( переважно типу ПРП). Двигуни мають флянцове виготовлення М300 по СТ СЕВ 246-76. ступінь захисту ІР44поГОСТ 14254-69(закриті), природне охолодження і допускають експлуатацію при різному положенні в просторі. Конструкція ВМ серіїКД1 близька до конструкції ВМД серії ПВ, при зменшені діаметра якоря,настільки це можливо, з ціллю максимального зниження моменту його інерції. Збудження приводиться від литих постійних магнітів із сплавуЮНДК35Т5, забезпечуючи підвищену (до 0,6 Т) індукцію в повітряному зазорі і зниження діаметра і моменту інерції двигуна. Виконання індуктора - чотириполюсне.

Електродвигуни серії КД1 можуть знаходитись у загальному стані при нормальному струмі не більше 3 год,, а вмежах хвилини витримують 1,5 кратну перевантаження по струму. Допускається робота електродвигуна в межах 2 хвилини при підвищені до 2000 об/хв. Частоті обертання при номінальному моменті[6].

Двигуни серії КДІ мають наступні показники надійності:

мінімальне напрацювання із замінною щіток в процесі експлуатації - 16 000 годин; строк роботи з урахування строку зберігання -12 років.

В комплект електродвигуна можуть входити тахогенератор типу ТГ1, гальмо типу ЕТДВ12У3 і датчик положення типу ПМБ-1. Технічні дані тахогенератора ТГ1 наступні: крутизна вихідне характеристики-0,03:0,0015 В/об/хв.., опір навантаження - 2000 Ом, момент інерції ротора тахогенератора не перевищує 000.4 кг*м2.

Електроприводи, в яких для живлення кола якоря та обмотки збудження використовуються напівпровідникові перетворювачі називаються тиристорними. Тиристорний перетворювач ТП, який працює на навантаження у вигляді ДПС, складається з двох частин (рис. 2.1) : силової схеми імпульсне-фазного керування[7]. Основне призначення силової схеми перетворення трифазної змінної напруги мережі в постійну напругу Uтп для живлення якірного ланцюга ДОС, величина якого залежить від величини керуючої напруги Uкер, що подається на вхід ТП. У відмінності від звичайного керуючого випрямляча силова схема ТП в конкретних режимах роботи ДПС здійснює зворотне перетворення напруги постійного струму в напругу змінного струму.

Рисунок 2.1 - Блок схема тиристорного перетворювача

Для регулювання величини випрямленої напруги змінюють тривалість провідного стану тиристора шляхом змінення фазного кута відкривання тиристора а відносно початку додатної на півхвилі анодної напруги. Це завдання вирішує система імпульсно-фазного керування СІФУ, здійснює перетворення неперервного вхідного сигналу керування Uкер у фазний зсув що відмикає імпульс а, це показано на рис 2.2.

Тут для фази А показана пилкоподібна опірна напруга із лінійно - збільшеною робочою ділянкою a-d. Значення початкового кута керування апоч, відраховано від моменту відкривання тиристора, керується напругою зміщення Uзм. При збільшені діючого назустріч зсуву вхідної керуючої напруги Uкер кут керування а зменшується. В залежності від кута а від Uкер може бути визначена із наступних вимірювань. Нехай зміні щt=р/2 (щ-кутова частота напруги живлення) відповідає змінній напруги на вході генератора пилкоподібної напруги, дорівнює тоді на основі відношення, яке безпосередньо показане на рисунку 2.2,

Рисунок 2.2 - Принцип фазування імпульсів СІФУ

(2.1)

Можна записати вираз, звязуючи кут керування на вході СІФУ:

= (2.2)

Практично в СІФУ у якості опорної напруги може використовуватися не тільки пилкоподібна напруга, але і синусоїдальна, косинусоїдальна, сформована із відрізків синусоїд напруги декількох фаз мережі живлення. Опорна напруга повинна бути синхронною із відповідною фазою мережі живлення.

Структурна схема СІФУ для керування тиристором фази А1 показана на рисунку 2.3. Вона складається із фазозсуваючого пристрою ФСП і підсилювача формування імпульсів ПФІ. ФСП складається із блоку опорної

напруги БОН, вузла додавання опорної напруги Цуп з вхідною керуючою напругою і нуль-органа НО. Формування опорної напруги в БОН, що утворюється із напруги аі, жорстко привязаного по фазі до напруги мережі живлення А1. Напруга з виходу вузла додавання подається на вхід НО, який формує імпульс у момент порівняння напруги иуп і икер або в момент протікання через нуль сумарної напруги. Далі цей імпульс після підсилення і формування подається на керуючий електрод тиристора для його відкривання. Керуючі імпульси повинні мати достатню потужність і високу крутизну, необхідну для чіткого відкривання тиристорів. Струм в імпульсі повинен перевищувати струм керування спрямлення тиристора, а тривалість імпульсу повинна перевищувати час зростання силового струму тиристора до величини струму затримки.

Рисунок 2.3 Структурна схема СІФУ

Тиристорні перетворювачі виконуються однофазними і багатофазними. При невеликій потужності навантаження і високих вимог до якості керування застосовують прості однофазні ТП. Всі багатофазові прості схеми ТП поділяються на нульові і мостові.

В нульових схемах (рис 2.4 а) навантаження, наприклад якоря ланцюга ЕД підєднується до нульової точки вторинної обмотки трансформатора і до загальної точки в якій, обєднуються тиристори, підєднанні до вторинних обмоток трансформатора. Якщо тиристори зєднані своїми катодами, таке включення називається катодною групою тиристорів, якщо ж анодами то анодною групою тиристорів. Для згладження пульсацій виправленого струму послідовно з навантаженням вмикається реактор, який представляє собою дросель з великою індуктивністю L. Мостова схема (рис 2.4 б) виконується шляхом послідовного зєднання двох нульових схем: анодної і катодної. При цьому використовують обидва півперіоди змінної напруги, відтак число тиристорів в такій схемі в 2 рази більше, ніж у нульовій. Мостові схеми забезпечують високу випрямлену напругу, меншу величину і більшу частоту пульсацій, краще використання силового трансформатора. Приведені схеми відносяться до нереверсивних ТП.

Рисунок 2.4 Схеми ТП: а - нульова; б - мостова

В керуючий електрод який подається керуючим імпульсом, зсунутий відносно точки природного відкривання на фазовий кут а, який називається кутом запізнення запалення, так як він характеризує запізнення відкривання тиристора із порівнянням з моментом природного запалення (рис 2.5).

Рисунок 2.5 - Комутація струмів в керуючому випрямлячі

При цьому зміщається в часі момент вступу у роботу наступного тиристора і затягується робота попереднього. Видно також процес комутації.

Середнє значення випрямленої напруги буде пропорційна cos а.

(2.3)

Ефект керування ТП показано нарис 2.8 на якому показано графіки вихідної напруги при зміні кута керування а від 0 до 90°. Тут же показано мінімальний кут при якому ТП втрачає керування, так як ЕРС двигуна в зоні більше миттєвого значення напруги фази, і напруги на тиристорі стає відємною.

Рисунок 2.6 - Вихідні напруги ТП при різних кутах керування

Також слід зазначиш, що при роботі ТП напруга на його зажимах буде менша, ніж середнє значення вихідної напруги випрямляча. Це повязано із падінням напруги на тиристорах, на активному опорі силового ланцюга, а також із процесом комутації тиристорів. Падіння напруги на тиристорах можна прийняти постійним = 0,5 - 1,0 В. Падіння напруги на активному опорі силового ланцюга пропорційно струму навантаження Тоді на зажимах ТП середнє випрямлена напруга дорівнює:

(2.4)

або

(2.5)

Останній вираз являє собою зовнішню характеристику ТП (рис.2.7), із якої видно, що збільшення кута напруга на клемах ТП зменшується,а при постійному значені зменшення цієї напруги здійснюється із збільшенням струму навантаження. Нахил зовнішньої характеристики відражає внутрішній опір ТП, яке визначається відношенням:

(2.6)

Рисунок 2.7 - Зовнішня характеристика ТП

Можна побачити, що в області великих струмів навантаження відносно мало, проте із зменшенням струму навантаження нахил характеристик збільшується, що говорить про збільшення внутрішнього опору ТП. Останнє повязано із тим, що ТП переходить із режиму «неперервного струму» в режим «переривистого струму». Фізична картина появи проривного струму пояснюється рисунок 2.8. При зменшені струму навантаження зменшується кількість енергії, що запасається в індуктивності силового ланцюга. Зменшення енергії, що запасається в індуктивності силового ланцюга при зміщені струму навантаження видно на рис. 2.1 зменшення заштрихованої площі, відповідно провідному стану вентиля при негативній напрузі на його аноді. В промінах при відсутності струму в ланцюгу навантаження на клемах ТП рівне ЕРС двигуна

В процесі гальмування двигуна наступить момент часу, коли в результаті зменшення Ед вона знову порівняється з . При цьому встановиться нове значення частоти обертання двигуна. Такий процес гальмування виявляється, як правило, неприпустимо тривалим, а - режим неперервного струму; б - режим перервного струму

Рисунок 2.8 - Криві Випрямленої напруги:

З метою його скорочення застосовують динамічне гальмування ДПС, при якому якір двигуна підключається за допомогою силових ключів (в яких також можуть використовуватися тиристори) до резистора динамічного гальмування Проте при цьому найбільш інтенсивне гальмування спостерігається тільки в початковий момент. Далі, у міру зменшення струму якірного ланцюга двигуна, гальмуючих момент також зменшується, що затягує процес гальмування.

Найбільш раціональним з погляду скорочення часу гальмування і економічності є так званий режим рекуперативного гальмування, при якому частина енергії повертається в мережу, а електродвигун в процесі такого гальмування працює як генератор.

Таким чином, необхідно реалізувати зворотне перетворення енергії з ланцюга постійного струму в живлячу мережу змінного струму. Такий процес називається інвертуванням, в пристрій, за допомогою якого здійснюється цей процес, - інвертором.

Розглянемо, за яких умов ТП може працювати в режимі інвертора. Перш за все, необхідно, щоб Едв стала більша, саме з цієї умови починається процес гальмування. Проте, як ми бачили вище при розгляді цього процесу на прикладі схеми ТП (рис 2.4, а), в цьому випадку відбувається замикання тиристорів і відключення двигуна від ТП. Для здійснення інвертування енергії необхідно, щоб проходив струм по силовому ланцюгу, що безпосередньо не може бути реалізоване у наслідок односторонньої провідності тиристорів.

Для того, щоб зявилася можливість створити струм через вентиль в процесі гальмуванні необхідно змінися полярність підключення якоря електродвигуна до тиристорів, що можна зробити, наприклад, за допомогою контактної схеми. В цьому випадку ЕРС двигуна і «напруги ТП співпадають по напряму і струм силового ланцюга проходитиме через вентиль, тобто в тому ж напрямі, як і в руховому режимі. Двигун опиняється в режимі проти вмикання і почне гальмуватися, віддаючи енергію в силовий ланцюг. Проте рекуперації енергії в мережу змінного струму відбуватися не буде. Це пояснюється тим що фазові співвідношення між струмами вторинної обмотки трансформатора, струмом вентилів в ЕРС вторинної обмотки залишилася ті ж, що і в рухомому режимі. Таким чином для отримання режиму рекуперації необхідно змінювати фази струму або напруги у вторинній обмотці трансформатора в протилежну.

Таким чином для здійснення режиму інвертування необхідно виконати 2 умови:

- поміняти полярність ЕРС двигуна на протилежну

- забезпечити подачу відкриваючих імпульсів на тиристори таким чином, щоб струм більшу частину часу протікав би по негативній півхвилі живлячу напругу ().

При виконані цих вимог двигун працює в режимі рекуперативного гальмування генератором, вентиль і трансформатор - в інвертному режимі передачі енергії в мережу.

В інвертному режимі напрямок струму співпадає з напрямком , полярності ТП і ЕРС двигуна протилежні в порівнянні з виправленням режиму.

Протікання струму при негативних значеннях споживаної напруги забезпечується завданням кута керування більшим, чим на 90 електричних градусів (). Криві напруги силової схеми в інверторному режимі показані на рис. 2.9.

Рисунок 2.9 - Вхідна напруга ТП інвертному режимі

Кут регулювання а в інвертному режимі більше 90°. Для зручності його зазвичай замінюють кутом випередження запалення в, який звязаний з кутом співвідношенням:

(2.7)

і також не буде перевищувати 90°. Назва «кут випередження запалення» повязано із тим, що в інверторному режимі цей кут показує, наскільки момент подачі відкриваючого тиристор імпульсу випереджає момент природного запалення тиристора в цьому режимі (рисунок 2.9, наприклад в=60°).

Зовнішня характеристика інвертора буде визначатися виразом

(2.8)

Для того, щоб мати можливість здійснити рекуперативне гальмування електродвигуна із використанням режиму інвертування і не робити перемикання з силовому ланцюгу, застосовують схеми з двома комплектами тиристорів. Перевага таких схем є можливість реверсування двигуна. Тому

Найбільше застосування силові схеми реверсивних тиристорних перетворювачів із двома комплектами тиристорів показані на рис 2.10: перехресна (а); нульова (б) і мостова (в). Ці схеми легко виходять,

обєднанням двох нереверсивних ТП. При цьому в залежності від направлення обертання електродвигуна один комплект ТП працює у випрямленому режимі, а другий - в інвертному.

Рисунок 2.10- Реверсивні схеми силових ланцюгів: а - перехресна; б - нульова; в - мостова

При згоджені регулювальних характеристик вентильних груп в 90°результуюча регулювальна характеристика має вигляд, який показано на рисунок 2.11, а суцільною прямою. При згодженому керуванні комплектами тиристорів виникає так званий урівнюючий струм, який замикається всередині випрямленої інвертної групи вентилів, пропустивши ланцюг навантаження, і може бути неперервним або гранично ~ неперервним. В цьому випадку даже при відсутності струму навантаження усувається зона перервних струмів і зовнішні характеристики стають лінійними. Якщо знехтувати падінням напруги в вентилях то зовнішні характеристики будуть прямими лініями, проходячи без згину із режиму випрямлення в режими інвертування (рисунок 2.11,б).

Рисунок 2.11-Статичні характеристики реверсивного ТП:

а - регулювальна; б - зовнішня

При реверсах електроприводу може з'являтися динамічний зрівняльний струм, що пояснюється рисунку 2.12 для перехресної схеми,тобто коли анодна напруга знаходиться у фазі. Нехай у момент часу подана команда на реверс. При цьому група вентилів, що працювала в інверторному режимі (пунктирна лінія), переходить у випрямний режим миттєво (при граничній швидкодії системи управління перетворювачем), тоді як група вентилів працювала у випрямному режимі (безперервна лінія), може переходити в інший режим лише по відрізку синусоїдної анода тиристора, що приводив струм у момент подачі команди на реверс. При цьому, як видно з кривих, невідповідність напруги двох груп вентилів в перехідному режимі виникає поштовх динамічного зрівняльного струму, який потім зменшуватиметься до значення статичного зрівняльного струму. Очевидно, що найбільший динамічний зрівняльний струм буде у разі подачі команди на реверс у момент відкриття червоного вентиля. Слід зазначити, що величину зрівняльного струму можна значно зменшити і навіть виключити зовсім за рахунок нелінійного узгодження груп вентилів.

Рисунок 2.12- Природа динамічного керування струмом

Зрівняльних струмів не буде при так званому роздільному управлінні вентильними групами, коли відмикаючи імпульси подаються тільки на одну з груп залежно від необхідного режиму роботи ТП в даний момент. Оскільки одна з груп вентилів завжди замкнута,, контур для протікання зрівняльного струму відсутній. Такий спосіб управління, не дивлячись на значне ускладнення схеми управління групами вентилів, порушення безперервності управління і появи зони неоднозначності в регулювальній характеристиці,знаходить в даний час все більше і більше застосування. Це стало можливим за рахунок мініатюризації цифрових в аналогових схем, що дозволяють усунути багато недоліків даного способу керування кричи збереженні прийнятних габаритних розмірів перетворювачів. Економія ж в силовій частині (виключення зрівняльних дроселів, повне використання габаритної потужності силового трансформатора і т, д.) очевидна.

.2 Аналітичний огляд ЕП постійного струму

Тиристорний перетворювач БТУ360, який розглянутий у (11) призначений для регулювання швидкості обертання звичайних двигунів постійного струму з незалежним збудженням, так і високо моментальних електродвигунів.

Силова частина перетворювача складається із двох трифазних мостових комплектів тиристорів, які працюють по принципу роздільного керування. Підключення перетворювачів до силової мережі відбувається через погоджувальний трансформатор.

Керування швидкості обертання здійснюється двоконтурною системою автоматичного регулювання ПІ- регуляторами струму і швидкості.

Для підвищення термостабільності і збільшення діапазону регулювання електропривода використовують попередній підсилювач регулятора швидкості, виконаний по схемі регулятор - підсилювач- демодулятор.

Перетворювач складається із двох друкованих плат Е1 і Е2.

Плата Е1 включає функціональні вузли, необхідні для курування неперервним електроприводом:

-систему імпульсно-фазового керування (СІФУ);

регулятор швидкості і струму (РШ і РС);

функціональний перетворювач ЕРС двигуна (ФПЕ);

нелінійна ланка (НЛ);

блок живлення (БЖ);

вузол захисту і блокування (ВЗ і Б).

Плата Е2 виконується в двох модифікаціях в залежності від діапазону регулювання швидкості. Для діапазону регулювання 1:10000 плата Е2 включає наступні функціональні вузли:

вузол залежного від швидкості струмообмеження ВЗС;

попередній підсилювач регулятора швидкості ППРШ.

Для діапазону регулювань 1:10000 плати Е2 виключається вузол ППРШ.

Взаємодія вузлів електропривода показано на функціональній схемі.

Вихідна напруга регулятора швидкості РШ обмежується рівнем насичення операційного підсилювача і з допомогою змінного резистора дільника, підключеного до виходу підсилювача, може плавно регулюватися, задаючи установку струму обмеження. Паралельно вузлу обмеження струму підєднаний вузол залежного від швидкості струмообмеження, який здійснює додаткове обертання струму у функції швидкості.

Регулятор струму формує напругу, пропорційній різниці сигналів задаванням на струм і негативному зворотному звязку по струмові.

При переключені комплектів тиристорів В і Н одночасно ключами В і Н проходить зміна полярності вихідної напруги датчика струму для зберігання негативного знаку звязку по струмові.

Нелінійна ланка додає вихідну напругу регулятора струму , пропорційної струму двигуна і напруги зворотного звязку по ЕРС із різними коефіцієнтами передачі. Коефіцієнт передачі НЗ по входу є нелінійним, маючи залежність, зворотному коефіцієнту передачі тиристорного перетворювача в зоні переривистого струму. Коефіцієнт передачі НЗ по входу є постійним.

Сигналом формується функціональним перетворенням ЕРС що має характеристику, близьку до арксинусної, тобто зворотно регулювальній характеристиці тиристорного перетворювача. Цим здійснюється переведення сигналу тахогенератора, постійного ЕРС, до входу СІФУ.

Різнополярна напруга керування нелінійної ланки перетвориться перемикачем характеристик у одно полярне. Таким чином, в статичному режимі роботи приводу на орган СІФУ, що управляє, подається тільки негативна полярність напруги, незалежно від працюючого комплекту тиристорів.

Орган СІФУ що управляє, забезпечує обмеження мінімального і максимального кутів регулювання, установку початкового кута регулювання.

СІФУ виробляє імпульси керування для тиристорів. Фазове зрушення імпульсів щодо силової напруги на тиристорах пропорційне напрузі, що поступає на СІФУ від УО.

Підсилювачі імпульсів погоджують по потужності вихід СІФУ з імпульсними трансформаторами. Окрім цього, на УО відбувається здвоювання імпульсів. Логічний пристрій роздільного керування служить для формування сигналів кл. У і кл. Н, керівників ключами В і Н в датчику струму, перемикачі характеристик і ланцюга імпульсний трансформаторів.

Командою для УЛ на перемикання комплектів є зміна полярності сигналу , пропорційного напрузі і коефіцієнту передачі НЗ.

Контроль відсутності струму через тиристори проводиться датчиком провідності вентилів.

Елемент І здійснює логічне множення блокувальних сигналів і і має на виході логічний сигнал одиничного рівняння в той проміжок часу, коли відсутні струм через тиристор і імпульс, що керує на тиристорі.

При появі команди на перемикання комплектів (напруга змінила знак) і наявності на виході елементу І сигналу одиничного рівня УЛ формує сигнал нульового рівня, який запускає елемент відліку витримки часу. На період витримки, часу імпульсні трансформатори обох комплектів знаходяться у відключеному стані, додаткового сигналу забороняє формування імпульсів керувань в СІФУ. Після закінчення витримки часу відбувається підключення імпульсних трансформаторів до заданого комплекту, одночасно сигналом UP=1 вирішується формування імпульсів в СІФУ.

.3Силова частина

Принципова схема силової частини електроприводу приведена на креслені. Реверс виправленої напруги досягається за рахунок антипаралельного зєднання двох трифазних мостів комплектів тиристорів. При роботі одного комплекту, пристрій логіки забороняє подачу імпульсів керування на інший. Специфікою роботи трифазної мостової схеми виправлення в області переривистого струму є необхідність формування здвоєних імпульсів для керування тиристорами. Один імпульс відкривання пари визначає кут відкриття тиристора в положенні півхвилі, другої - в негативній півхвилі фазової напруги. Зрушення між парами на тиристорах протифаз моста-180 ел. Град., на тиристорах однієї групи (анодною або катодною)-120 ел. Град.

У мостовій схемі повинні одночасно знаходитись в провідному стані мінімум 2 тиристора. Напруга на анодах зрушена щодо один одного 60 ел. Град. Тому щоб спочатку отримати провідне багатство тиристорів, необхідно хоч би на один тиристор подати два зрушених на 60 ел. Град., імпульси. Для режиму безперервний струм цей буде досить, щоб все подальші, вступаючи в роботу тиристори підтримували провідний стан перетворювача при управлінням одночасними імпульсами, оскільки в режимі безперервного струму включений раніше тиристор знаходиться в провідному стані до приходу імпульсів на подальший тиристор. У області переривистого струму перетворювач починає і припиняє роботу шість разів за період, а кожен тиристор двічі, тому здвоєні імпульси необхідно подавати на всі тиристори.

Електропривод постійного струму серії ЕТ6 [1З] призначений для регулювання частоти обертання електродвигуна постійного струму в широкому діапазоні і застосовується як привід подач металоріжучих верстатів. Електропривод складається з тиристорного перетворювача ТП, електродвигуна постійного струму з вбудованим тахогенератором, силового трансформатора ТС, що погоджує, струмообмежувальних дроселів РТП і за датчика частоти обертання. Як ДПТ у складі приводу ЕТ6 можуть застосовуватися електродвигуни типів:2П, ПБСТ, ГТГТ і ПБВ. Електроприводи ЕТ6

забезпечують роботу у всіх 4 квадрантах механічної характеристики при зміні напруги, що керує, в межах ±10 В.

Електропривод конструктивно є комплектним пристроєм, виконаним у відкритого виконання (ступінь захисту ІР00). Тиристорний перетворювач призначений для вмісту в шафу і має блокову конструкцію, що забезпечує оперативну заміну блоків, а також можливість ремонту або заміни окремих елементів.

.4Будова і опис роботи електропривода

Структурна схема електроприводу серії ЕТ6 приведена на рис 3. Електропривод виконаний по двоконтурній структурі підлеглого регулювання з регуляторами струму РС і швидкості РШ. РС і РШ і ПІ - регулятори. Робота електроприводу відбувається таким чином.

За наявності розузгодження за швидкістю між сигналами завдання Uзад і зворотному зв'язку по частоті обертання Uтг на виході РШ з'являються напруга Uрс, шо управляє, яка порівнюється з напругою Uдт, пропорційною

поточному значенню струму якоря електродвигуна. Напруга розузгодження по струму ?U2 поступає на вхід PC, що викликає появу на його виході відповідної напруги Uрт, що керує, яка управляє системою імпульсне фазового єднання (СІФУ). СІФУ забезпечує формування в розподіл імпульсів керуванню силовими тиристорами керованого випрямляча КВ. СІФУ 5 КВ входять до складу тиристорного перетворювача ТП. У міру зменшення розузгодження (за рахунок дії негативного зворотного зв'язку за швидкістю) відбуваються стабілізація частоти обертання електродвигуна n на рівні, пропорційному значенню напруги завдання Uзад. Коефіцієнт посилення системи регулювання забезпечує необхідний діапазон регулювання і точність підтримки частоти обертання електродвигуна при різних обурюючих діях.

ТП - тиристорний перетворювач; СІФУ - система імпульcно-фазного керування; Upад - задана напруга; UIT - напруга датчика швидкості; - напруга розузгодженого контура швидкості; Uрв - напруга на виході регулятора швидкості; Uдт - напруга датчика струму; - напруга розу згодженого контура струму; Uрт- напруга на виході регулятора струму; n-частота обертання електродвигуна.

Для забезпечення надійної і безпечної роботи електропроводу передбачена наявність: схеми обмеження струму якоря двигуна в динамічних режимах, схеми обмеження мінімального кута регулювання КВ; схеми захисту від неправильного чергування фаз живлячої мережі або їх обриву, зникнення напруги стабілізованого джерела живлення і т.д.

Силова частина приведена на рис 4 є керованим випрямлячем, виконаним по шестиімпульсній реверсній зустрічно паралельній схемі, і складається з силового трансформатора, що погоджує, власне випрямляча і струмообмежувальних дроселів.

Трифазний трансформатор Т13 здійснює узгодження напруги електродвигуна з напругою живлячої мережі і містить первинну, дві силові вторинні обмотки і окрему обмотку для живлення ланцюгів керування. Обмотка керування відокремлена від силових обмоток екраном. Первинна обмотка сполучена в трикутник, вторинні - в шестифазну зірку з кульовим висновком, обмотка керування - в зірку.

Випрямляч виконаний на тиристорах VS1-VS12. Для захисту тиристорів від перенапружень включені захисні RC - ланцюжки. Керування групами тиристорів сумісне узгоджене. Для обмеження зрівняльного струму включені дроселі L1 і L2.

Електроприводи типу «Мезомагік» виробництва ЧССР випускаються в одно-, двух- і трьохосьового виконання[15].

Типорозміри приводу охоплюють ряд номінальних моментів двигунів від10

до 125 Нм.

У комплект приводу входять:

- тиристорний перетворювач типу RTT;

- високомоментний двигун постійного струму типу 3SHAT з вбудованими тахогенератором, резольвером і електромагнітним гальмом;

- силовий трансформатор типу TNC, загальний незалежно від числа координат;

- зрівняльні дроселі типу IJE;

- комутаційні дроселі типу LTE.

У разі однокоординатного виконання комутаційний дросель не поставляється.

Тиристорний перетворювач конструктивно виконаний на єдиній рамі,, що вимагає двостороннього обслуговування.

.5Опис роботи перетворювача

Перетворювач виконаний по одноконтурній схемі регулювання тільки з регулятором швидкості. Характерною особливістю приводу є робота в зоні переривистих струмів при навантаженні вплету до номінального струму у всьому діапазоні частот обертання, що виключає вплив електромагнітною постійною часу і, як наслідок, дозволяє створити просту о дно контурну схему без регулятора струму.

Керування приводом - узгоджене нелінійне в зоні робочих частот обертання і роздільне в зоні прискорених переміщень.

Блок - схема приведена на рис.1 де РШ регулятор швидкості; ІНВ - інвертор; СІФУ - схема імпульсно-фазного керування; БНСТО - блок нелінійного струмообмеження; ТП - тиристорний перетворювач; ТР - силовий трансформатор; Lуд - керуючий дросель: Lюм - комутаційний дросель; М - електродвигун; ТГ - тахогенератор; Т - електромагнітне гальмо; Р - револьвер; БЖ - блок живлення.

Силова схема приведена на мал. З перетворювача виконана по реверсній трьохімпульсній одноперіодічній схемі випрямлення.

Навантаженням перетворювача є спеціальний високомоментний електродвигун постійного струму із збудженням від постійних магнітів типу «Альніко», вододіючий високими перевантажувальними властивостями. Двигун має дві додаткові обмотки, що здійснює його підмагнічування По цій причині він має три виходи: загальний А2 (червоного кольору) і роздільні 1Д (чорний) і 2Д (білий). Переключення останніх недопустимо, в такому випадку буде розмагнічення двигуна. При необхідності зміни напрямку обертання двигуна при незмінній полярності задаючої напруги виконується переключення каналів СІФУ.

Силовий трансформатор включений по схемі «трикутник-зигзаг», що дозволяє виключити потік примусового намагнічення і дає економію в січені магнітопроводу.

Комутаційні дроселі виключають вплив дротів один на одного у випадку багатокоординатного виконання при роботі від одного загального силового трансформатора. Вмонтований електромагнітне гальмо призначене тільки для роботи у аварійних випадках.

Електроприводи типу «Кемрон» виробництва НРБ знаходять широке застосування в приводах подач металоріжучих верстатів завдяки високим статичним і динамічним характеристикам, а також великій кількості типоразмерів (від 1,5 Нм до 170 Нм)[14].

У комплект приводу входять:

- тиристорний перетворювач;

- високомоментний двигун постійного струму з вбудованими тахогенератором, резольвером, електромагнітним гальмом і позистором;

- силовий трансформатор;

- зрівняльні дроселі;

- швидкодіючі силові запобіжники.

Наявність гальма, резольвера і величини передавального відношення до нього визначаються замовником, так само як і кількість координат при одному загальному силовому трансформаторі. Основні технічні характеристики приводу повністю відповідають вимогам «Інтерелектро».

2.6 Опис роботи перетворювача

Перетворювач виконаний по двоконтурній схемі підлеглого регулювання з регуляторами швидкості і струму. Керування перетворювачем узгоджене нелінійне на низьких швидкостях і роздільне на високих швидкостях (більше 300 об/хв). Передбачено адаптивне керування коефіцієнтами посилення контура швидкості на низьких швидкостях.

Велике число електронних захистів виключає виходи з ладу елементів перетворювача в аварійних ситуаціях.

Блок-схема приводу приведена на рис. 3 де РШ -регулятор швидкості; РС -регулятор струму; РЗС - регулятор зрівняльного струму; ШВ - інвертор; СІФУ система імпульсний - фазового керування; АР - адаптивний регулятор; КЗ - коректуюча ланка; ФП - функціональний перетворювач нелінійного струмообмеження; ПЕ - пороговий елемент; НТО - нелінійне струмообмеження; ОС -захист від перевищення максимального струму;OL- захист від тривалого перевантаження; ОS -захист від перевищення максимальної частоти обертання; ТG -захист від обриву ланцюга тахогенератора; СР -захист від обриву фази і неправильного чергування фаз; БЗ - блок захисту; ТР - силовий трансформатор; ТП - тиристорний перетворювач; М - двигун; ТГ -тахогенератор; L- зрівняльні дроселі; Sh-шунт (датчик струму); БЖ - блок живлення.

Силова схема рис. 4 перетворювача виконана по реверсивній шестиімпульсній однонапівперіодній схемі випрямляння із зрівняльними дроселями. Така схема забезпечує високу смугу пропускання приводу (до 40 Гц) я високі динамічні властивості, що і виправдовує її підвищену складність.

Силовий трансформатор здійснює узгодження напруги електродвигуна з напругою мережі живлення. Обмотки трансформатора включені посхемі «трикутник - подвійний зигзаг», чим досягається виключення потоку вимушеного намагнічення і, як наслідок, економія стали. Серії електроприводів типу ТNР виробництва ПНР [16] виготовляється в двох виконань:

а). У вигляді окремих модулів і під вузлів, у склад яких для однієї координати входять:

- тиристорний перетворювач типу ТКРІМ;

- блок контактної апаратури керування, захисту і сигналізації типу BS;

- силовий трансформатор типу TЗ;

- керуючі дроселі типу ДРО;

- високомоментний електродвигун постійного струму серії «5680» із вмонтованим тахогенератором, револьвером і електромагнітним гальмом.

Встановлення гальма і револьвера, а також величина передавального відношення мультиплікатора визначається замовником.

в).У вигляді комплектних станцій керування типу ZSO на одну, дві або три координати.

.7Описання принципової схеми привода

Блок-схема електропривода показана на рисунку 2.13, де РІП - регулятор швидкості; ІНВ - інвертор; К1,К2 - ключі; СІФУ - система імпульсний - фазового керування; БНСО - блок нелінійного струмообмеження; ПС - підсилювач струму; БИ -шунт; РВС - регулятор максимальної величини струму; БЗ - блок захисту; ТП - тиристорний перетворювач; ТР - силовий трансформатор; L- зрівняльний дросель; М - двигун; ТГ -тахогенератор.

Перетворювач виконаний по одно контурній схемі з регулятором швидкості і працює в зоні переривчастих струмів. Передбачено нелінійне струмообмеження, обмеження максимальна величина струму якоря, захист від пропажі фаз силової споживаної напруги.

Рисунок 2.13 - Блок-схема привода ТМР

Силова схема (рис. 2.14) виконана по реверсивній триполюсній проти паралельній схемі випрямлення.

Навантаження перетворювача є високомоментний електродвигун з сегментними ферит-барієвими постійними магнітами.

Передбачені урівноважуючи і дроселі.

Силові тиристори захищені КС-цепочками.

Обмотки силового трансформатора включені по схемі «трикутник -зигзаг», Це виключає постійне підмагнічування і дозволяє зменшити січення магнітопроводу.

Первинний і вторинний ланцюги трансформатора захищені запобіжниками.

Передбачений ланцюг динамічного гальмування при аварійному відключенні привода, а також для контролю величини якірного струму.

Рисунок 2.14 -Силова схема

3. Аналіз технічного завдання і побудова варіантів функціональної схеми тиристорного електропривода

.1 Функціональна схема по першому варіанту

В якості приводу постійного струму для дослідження можна взяти електропривод типу функціональна схема якого представлена на рисунку 3.1 [18].

БК - блок керування;

РЧ - регулятор частоти;

СО - пристрій струмообмеження;

СІФУ - система імпульсно-фазового керування;

КТВ - керований тиристорний випрямляч;

ДЖ - джерело живлення;

СОЗ - стабілізатор напруги обмотки збудження;

БР - блок розвязки;

БВ - блок вводу.

Рисунок 3.2 - Функціональна схема малопотужного електроприводу із зворотнім звязком по частоті обертання

У цій схемі для зворотного зв'язку застосовується тахогенератор, який видає сигнал, пропорційний частоті обертання електродвигуна, і розташований з ним на одному валу.

Для ЕПУ2-1...М пристрій СО виконане на елементах VI8, R40, R42, R43, R44, СІ8 з блоком розв'язки БР, виконаному на оптроні ВЗ. Сигнал, пропорційний струму якоря, знімається з компенсаційної обмотки реактора 2L2 і через резистор R52 поступає на оптрон ВЗ і далі через резистор R40 на YT18. Необхідна вставка по струму встановлюється резистором R42.

.2 Функціональна схема по другому варіанті

Функціональна схема якого представлена на рис.-З.2 [18].

БК - блок керування;

РЕ - регулятор ЕРС;

СО - пристрій струмообмеження;

ДЕ - датчик ЕДС;

СІФУ - система імпульсно-фазового керування;

КТВ - керований тиристорний випрямляч;

ДЖ - джерело живлення;

СОЗ - стабілізатор напруги обмотки збудження;

Ф - згладжуючий фільтр;

БВ - блок вводу.

Рисунок 3.1- Функціональна схема малопотужного електропривода із зворотнім звязком по ЕРС

В даній схемі ЕРС (РЕ) призначений для віднімання з сигналу завдання сигналу зворотного звязку знімається з датчика ЕРС для ЕПУ2…1Е. Вхідний сигнал (РЕ) керує системою імпульсно-фазового керування.

Датчик ЕРС призначений для здійснення зворотного звязку і виділяє сигнал, пропорцій ЕРС електродвигуна, який виходить в результаті підсумування алгебри сигналів, пропорційних напрузі і струму електродвигуна. Сигнал, пропорційний напрузі електродвигуна знімається з ділянки напруги R7,R8,R9,включеного паралельно якорю, згладжується фільтром (Ф) і на виході підсилювача А2.1 з нього віднімається струмовий сигнал, що знімається з додаткової (компенсаційної) обмотки якоря 2L2.

При правильному налаштувань датчика ДЕ за допомогою резисторів R16 R17 його вхідна напруга рівна ЕДС електродвигуна.

Вузол струмообмеження СО призначений для обмеження максимального струму електродвигуна.

Для вузол СО виконане на елементах VT18, R40, R42, R43, R44, c18.

Висновок:

Оскільки для дослідження буде використовуватись двигун типу ЕП-110/245У31Р44 потужністю 250Вт, напругою живлення 110В, номінальним струмом 3.3А, номінальною частотою обертання 4000 об/хв у якого немає вбудованого тахогенератора, то використовуємо функціональну схему за другим варіантом із зворотнім звязком по ЕРС обмотки якоря.

4. Схема електрична принципова та принцип її дії

.1 Вузол стабілізатора напруги обмотки збудження (СОЗ)

Схема електрична принципова вузла представлена на рис. 4.1

Рисунок 4.1-Стабілізатор напруги обмотки збудження

Стабілізатор напруги обмотки збудження призначений для живлення постійною напругою обмотки збудження електродвигуна. Випрямляч стабілізатора зібраний по однофазній мостовій схемі з одному тиристором.

Сигнал зворотного звязку з обмотки збудження через фільтр R63, C27, подається на підсилювач постійного струму (ППС), зібраний на транзисторі V36. На цей же вихід подається сигнал зворотної полярності від джерела опорної напруги, зібраної на діоді VD28,резисторах R57, R58 і стабілітроні VD34. ППС керує зарядним струмом генератора пилкоподібної напруги, зібраної на транзисторі VT35, резисторах R62, R64 конденсаторі С26. Величина зарядного струму визначає час заряду накопичувального конденсатора С26, а, значить, і момент спрацьовування генератора імпульсів,зібраного на одноперехідному транзисторі УТЗЗ. Так здійснюється управління імпульсами на фазі. Блокування імпульсу в наступний на півперіод здійснюється тим, що напруга на стабілітроні відсутня.

.2 Вузол керування тиристорного випрямляча (КТВ)

Схема електрична принципова вузла представлений на рис. 4.2

Рисунок 4.2 - Керований тиристорний випрямляч (КТВ)

Керований тиристорний випрямляч призначений для перетворення змінної напруги в регульовану випрямлену напругу і є однофазним мостом, виконаним на діодних модулях VD25, VD26 і симетричному тиристор! VD27, включеному на вході моста в одну з фаз.

Керування VD27 здійснюється через імпульсний трансформатор Т2 імпульсами негативної полярності. Переходу VD27, що паралельно керує, включені елементи R53, С24, які призначені для усунення можливих перешкод по каналу управління.

Захист елементів VD27, VD25, VD26 від перенапружень виконується варисторами R54, R55. У даній схемі симістор VD27 працює як "ключ" змінної напруги, яка потім випрямляється мостом і подається на якір електродвигуна.

.3 Вузол системи імпульсно-фазового управління(СІФУ)

Схема електрична принципова вузла представлений на рис. 4.3

Рисунок 4.3 - Система імпульсно-фазового управління(СІФУ)

Система імпульсний фазового управління призначена для вироблення і видачі в певні моменти часу імпульсу, що управляє, на VD27, СІФУ має одноканального виконання і управляється однополярною напругою за принципом вертикального управління. Синхронізуюча напруга поступає на генератор пилкоподібної напруги ГПН від джерела синхронізуючої напруги ДСН виконаного на двох напівобмотках трансформатора Т1. Фазозсувного ланцюга С1, R3, діодному мостуVD6... VDі резисторахR11..R13.

За допомогою ключа VTII розряджається конденсатор С7 в ті моменти часу, коли напруга зсуву, що поступає через резистор R13, більше напруги пульсації, що поступає з мостівVD6, VD7, VD8, VD9. Таким чином, формується "пила" з частотою 2 f мережі. Напруга з ГПН подається на вхід нуль-органа (АЛЕ) - підсилювач А1.2. На вході АЛЕ відбувається порівняння трьох сигналів: напруга керування (-Uк).напруга зсуву (+Uсм) і напруги ГПН (-Uсм). Позитивний зсув (+Ucv), який подається через резистори R19, R22, визначає максимальний кут регулювання, тобто мінімальна напруга на якорі електродвигуна.

При подачі сигналу керування (-Uк) з виходу РЧ сума Uк+Uгпр перевищує і Uсм, і напруга нуль-органа міняє знак з "плюса па "мінус, і по цьому фронту виробляється робочий імпульс. У формувачі тривалості імпульсів ФТІ, виконаному на елементах R27, С1З, А1.2, вони формуються тривалістю до чотирьох електричних градусів і подаються на підсилювач імпульсів і через імпульсний трансформатор Т2 на перехід симістораVD27, що управляє. У блоці керування є джерело синхронізуючої напруги, виконане на двох напівобмотках трансформатора ТІ і елементах С1, R3,VD6..VD9. R11...R13, за допомогою якого формується зона дозволу видачі імпульсів що управляють.

.4 Вузол струмообмеження (СО)

Схема електрична принципова вузла представлений на рис. 4.4

Рисунок 4.4 - Вузол струмообмеження

Пристрій струмообмеження СО призначене для обмеження максимального струму електродвигуна.

Для ЕПУ2-1...М пристрій ТО виконане на елементах VI8, R40, R42, R43, R44, С18 з блоком розв'язки БР, виконаному на оптроні ВЗ. Сигнал, пропорційний струму якоря, знімається з компенсаційної обмотки реактора 2L2 і через резистор R52 поступає па оптрон ВЗ і далі через резистор К40 наV18. Необхідна вставка по струму встановлюється резистором R42.

.5 Вузол блоку вводу (БВ)

Схема електрична принципова вузла представлений на рис. 4.5

Рисунок 4.5 - Блок вводу електропривода

Блок вводу складається з чотирьох швидкодіючих запобіжниківF1,F2,,F4 і реактора L1. Запобіжники призначені для захисту від коротких замикань:,F2в якірному ланцюзі;З, F4 - в ланцюзі обмотки збудження електродвигуна.

Реактор L1 призначений для виключення нелінійних спотворень мережі і взаємного впливу електроприводів при роботі від загальної мережі. Крім того, вт обмежує комутаційний с грум через вентилі керованого тиристорного випрямляча і знижує di/dt. що збільшує надійність напівпровідникових приладів.

.6 Вузол блоку живлення (БЖ)

Схема електрична принципова вузла представлений на рис. 4.6

Рисунок 4.6 - Схема блоку живлення

Джерело живлення (ДЖ) призначене, для живлення ланцюгів управління і задатчики частоти обертання. Всі випрямлячі зібрані по двонапівперіодні схемі на трансформаторі з середньою крапкою.

У ДЖ є:

а) два стабілізовані джерела:

+ 15 В, зібраний на одній напівобмотці трансформатора Т1, діодах VDI2, VDIЗ, мосту VDI.I, конденсаторі С2, резистори R4 і стабілітроні VD4;

-15 В, зібраний на іншій напівобмотці трансформатора Т1. Діодах VDI.I, VD1.4, мосту VDL конденсаторі С4; резисторі R5 і стабілітрон! VD5;

б)одне стабілізоване джерело +10 В, зібраний на резистор - R1O і стабілітроні VD10 і елементах джерела +15 В;

в)одне не стабілізоване джерело +15 В, зібраний на напівобмотках трансформатора ТІ, діодах VD2, VD3 і конденсаторі СЗ;

г)одне джерело синхронізуючої напруги, зібранена двох напівобмотках трансформатора ТІ, конденсаторі СІ, резисторі R3, мосту VD6... VD9 і резисторах R11.. .R13.

5. Розрахунок вузлів та вибір елементної бази

.1 Розрахунок керованого тиристорного випрямляча

.1.1 Схема керованого тиристорного випрямляча

Рисунок 5.1 Керований тиристорний випрямляч

Керований тиристорний випрямляч призначеній для перетворення змінної напруги в регульовану випрямлену напруг і є однофазним мостом,виконаним на діодних модулях V25. V26 і симетричному тиристорі V27, включеному на вході моста в одну з фаз. Управління V27 здійснюється через імпульсний трансформатор Т2 імпульсами негативної полярності. Переходу V27, що паралельно управляє, включені елементи RІ5, С24, які пригашені для усунення можливих перешкод по каналу управління. Захист елементів V27, V25, V26 від перенапружень виконується варисторами R54, R55. У даній схемі тиристор V27 працює як "ключ" змінної напруги, які потім випрямляється мостом і подається на якір електродвигуна.

.1.2 Вихідні дані

Навантаження =30B; струм =0.1A ; напруг а мережі = 220B; частота мережі = 50Гц; = 0.1%

Визначити:

- Розрахувати і підібрати тип діодів для випрямляючого моста;

- підібрати по параметрам резистор, конденсатор і симетричний тиристор VD27,

Для вибору типу діодів визначаємо зворотну напругу:

(5.9)

Середній струм :

(5.10)

Вибираємо діоди [ 20 ] типу КД521Б з = 100 мА, 60 В, = 2 Ом.

Вибираємо конденсатор С24 типу К73-17-250В-1,0 мкф±10%, резистор R53 типу С2-23-0,125-100 Ом±10%.

Вибираємо тиристор типу ТС122-25із =100…1200B

.2 Розрахунок параметричного одно каскадного стабілізатора напруги на + 10В

.2.1 Схема стабілізатора напруги +10В

Рисунок 5.2 Стабілізатор напруги +10 В

5.2.2 Вхідні дані:

Визначити:

- опір резистора R10;

- струми, які протікають через стабілітрон;

- коефіцієнт стабілізації напруги;

- вихідний опір стабілітрона.

Вибираємо стабілітрон типу КС522А1 в якого номінальна напруга стабілізації , номінальний і максимальний струм стабілізації ; , динамічний опір

Задаємося в межах 1,4-2. Приймаємо за розрахунок =1.6. при цьому вхідна напруга .

Опор резистора:

(5.4)

Приймаємо , тоді:

.

Струми якы протікають через стабілітрон:

, (5.5)

Де

Коефіцієнт стабілізації напруги:

Коефіцієнт стабілізації напруги:

Вихідний опір стабілізатора:

.3 Розрахунок джерела синхронізуючої напруги

Розрахунок джерела синхронізуючої напруги, яке зібране на двох напівобмотках трансформатора Т1, конденсаторі С1, резисторі R3, мосту VD6…VD9 і резисторах R11...R13.

.3.1 схема джерела синхронізуючої напруги

Рисунок 5.3схема джерела синхронізуючої напруги

Вихідні дані:

Напруга навантаження =10В; струм =0.1оМ; напруга мережі = 220В; частота мережі=50Гц; = 0.1%

Визначити:

- розрахувати і підібрати тип діодів для випрямляючого моста;

- підібрати по параметрам резистори і конденсатори

Для вибору типу діодів визначаємо зворотну напругу:

B (5.7)

де

Середній струм

. (5.8)

Вибираємо діоди [ 20] типу КД522Б з Іср = 100 мА, Uзв =60 В, Rі = 2 Ом.

Вибираємо конденсатор С1 типу К73-17-250В-0,1 мкф±10%; резистор R11 типу С2-23-0,125-1,5 кОм±10%; резистор R11 типу С2-23-0,125-10 кОм±10%; резистор R13 типу С2-23-0,125-100 кОм±10%[ 20] .

Розрахунок параметричного однокаскадного стабілізатора напруги на +15 В

.4 Схема стабілізатора напруги +15 В

Малюнок 5.4Схема стабілізатора напруги + 15 В

Вихідні дані:

Визначити:

- опір резистора;

- струми, які протікають через стабілітрон;

- коефіцієнт стабілізації напруги;

- вихідний опір стабілізатора.

Розрахунок проводимо згідно методики приведеної у [19].

Вибираємо стабілітрон типу КС522А1 в якого номінальна напруга стабілізації Uст = 22В номінальний і максимальний струм стабілізації Іст.н = 5мА; Іст.мах=37мА, динамічний опір Rд= 25Ом .

Задаємося пст в межах 1,4-2. Приймаємо для розрахунку =1,6. При цьому вхідна напруга .

Опір резистора:

Приймаємо Іст = 8мА, тоді

Струми які протікають через стабілітрон:

. (5.2)

Де:

Де:

Коефіцієнт стабілізації напруги:

Вихідний опір стабілізатора

.5 Розрахунок трансформатора Т1

Вихідні данні: напруга мережі живлення Uж= 220 В; напруга вторинної

обмотки трансформатора Uвих= 18 В; напруга навантаження Uно=10 В; струм Io= 0,5 А

.5.1 Для вибору типа діодів визначаємо зворотну напругу

Для вибору типа діодів визначаємо зворотну напругу:

,

де

Вибираємо діоди типу

КД522Б з

5.5.2 Визначаємо опір трансформатора:

Напруга на вторинній обмотці трансформатора:

Струми:

Обраховуємо габаритну потужність трансформатора, яка для двохнапівперіодної схеми визначається виразом:

.

Визначивши габаритну потужність трансформатора, знаходимо додаток площі перерізу осердя трансформатора на площу вікна осердя.

З раніше отриманих розрахунків маємо змогу визначитися з вибором провідну. Вибираємо для нашого прикладу провід [6, с. 79] марки ПЕЛ. При цьому отримуємо:

З табл. 6, в якій приведені основні дані типових Ш-подібних пластин, по значенню вибираємо для осердя трансформатора пластини типу УШ22 з , шириною середнього стержня осердя а = 2,2 см, висотою вікна h= 3,9 см і шириною вікна b= 1.4 см. При цьому отримуємо наступне значення:

Необхідна товщина пакета пластин обраховується за наступною формулою:

Визначаємо число витків і товщину провідника первинної і вторинної обмоток трансформатора:

6. Опис конструкції та роботи зі стендом

.1 Розміщення і монтаж стенду

Корпус стенда виготовлений з вініпласту товщиною 6 мм, у якому розміщенні блок керування, блок вводу, реактор і задатчик частоти. Передня панель виготовлена із прозорого органічного скла товщиною 4мм яка прикручується гвинтами до корпуса. На передній панелі розміщенні кнопки керування «ПУСК», «СТОП», «РЕВЕРС», потенціометра за датчика швидкості та клеми під єднання електровимірювальних приладів.

При роботі зі стендом необхідно провести зовнішній огляд, звернувши увагу на електричні з'єднання. Перевірити справність після транспортування. Витримати при температурі виробничого приміщення не меншого 6 годин.

Щоб уникнути виходу з ладу блоку управління перед підключенням електродвигуна перевірити опір ізоляції обмоток електродвигуна за допомогою мегомметра. Опір обмоток щодо корпусу повинен бути неменшого 3 мОм.

Обмотку збудження електродвигуна рекомендується приєднувати до блоку керування через реле.

Підключення електроприводу згідно схемі електричних з'єднань проводити проводами перетином не менше: 0,25 при струмі до 4 А.

Для підключення електроприводу до мережі живлення рекомендується застосовувати ввідний комутаційний апарат.

Щоб уникнути дії радіозавад, провід від задатчика частоти обертання і тахогенератора вести окремо від силових проводів скрученими або екранованими дротами.

6.2 Підготовка електропривода до роботи

Задатчик частоти обертання встановити в ліве крайнє положення і подати напругу живлення на електропривод.

Електродвигун обертатися не повинен.

Обертаючи рукоятку задатчика частоти обертання управо до упору, переконатися в зміні частоти обертання електродвигуна від мінімальної до номінальної. Встановити задатчиком частоти обертання необхідну частоту обертання і прикласти до валу електродвигуна необхідне навантаження, що не перевищує номінальною, вказаною в паспорті.

Електропривод підготовлений до нормальної роботи.

.3 Пуск малопотужного тиристорного електроприводу

Увімкнення електроприводу допускається здійснювати при будь-якому положенні повзунка задатчика частоти обертання. Якщо повзунок задатчика частоти обертання знаходиться в крайньому лівому положенні (заморочений на одну крапку), то у момент включення електроприводу в мережу небажано короткочасного вибігу (обертання) валу електродвигуна не відбудеться, оскільки завдяки тимчасовій затримці С15, R39 транзистор V4 відкритий (потенціал на його "затворі" рівний нулю) і, таким чином, знімає на

якийсь час вихідні імпульси, що подаються на V27. Після заряду конденсатора С15 блокування вихідних імпульсів знімається, і електродвигун обертається на частоті, визначуваній положенням повзунка задатчика частоти обертання, окрім крайнього лівого; при якому електродвигун обертатися не буде. У пускових режимах працює пристрій обмеження струму якоря електродвигуна.

6.4 Робота електроприводу з навантаженням

При збільшенні навантаження на вал електродвигуна зростає струм якоря і падіння напруги на нім. Збільшення падіння напруги на якорі електродвигуна при постійній напрузі Псі приводить до зменшення ЕДС (E=Ud - Iя·Rя), а значить, і частоти обертання, електродвигуна. Проте зменшення ЭДС при незмінній напрузі завдання приводить до збільшення вхідної напруги Uвх=Uз - k·Ea, значить, випрямленої напруги Ud і частоти обертання електродвигуна. Отже, при зміні навантаження на валу електродвигуна і незмінному положенні задатчиков частоти обертання автоматично міняється напруга на виході випрямляча Ud так, щоб компенсувати падіння напруги на якоря Rя, тобто зміна частоти обертання електродвигуна.

електропривод тиристорний малопотужний

6.5 Можливі несправності і методи їх усунення

Підприємством-виготовником випускаються електроприводи, повністю відрегульовані і відповідні вимогам технічних умов. Якщо електропривод не працює або не забезпечує необхідної якості регулювання.

Необхідно перевірити правильність електромонтажу і відповідність навантаження електродвигуна для даного електроприводу.

Навантаження електродвигуна перевірити за допомогою амперметра постійного струму магнітоелектричної системи класу точності не нижче 1,5. Струм якоря електродвигуна не повинен перевищувати номінальний струм, вказаний в паспорті на електропривод.

Таблиця 6 Несправності електропривода

НесправністьВірогідна причинаМетод усуненняПри включенніКоротке замикання вУсунути короткеелектроприводу згораєланцюзі електродвигуназамиканнязапобіжник Р1(Р2)Пробій силовогоЗмінити вентиль-вентиля--Несправність в пристроїУсунути несправність-струмообмеження--Обрив в ланцюзіR37,С16Усунути обривПри включенніелектроприводуелектродвигунобертається з великимиколиваннями частотиобертання

.6 Порядок технічного обслуговування

Проводити не рідше за один раз в 6 міс. огляд блоку управління, блоку введення і реактора з метою перевірки надійності контактів. Очистити від пилу продуванням стислим повітрям.

Проводити догляд за електродвигуном відповідно до експлуатаційної документації на електродвигун, а при її відсутності керуватися справжнім розділом.

Догляд за колектором

Протирати кожні 3 міс. колектор електродвигуна і тахогенератора чистою не волокнистою ганчіркою, змоченою в бензині або спирті.

За наявності на поверхні колектора значних слідів обгорання провести його шліфовку скляним наждачним папером. Якщо поверхня колектора має значне вироблення від щіток, необхідно проточити колектор. Якщо поверхня міді порівнялася з міканітовою ізоляцією, слідує профрезерувати міканітову ізоляцію на глибину 1,0... 1,5 мм.

Догляд за електрощітками

Якщо електрощітки зносилися і їх висота стала менше 10 мм, їх слід замінити новими. Нові електрощітки необхідно притерти по поверхні колектора до повного прилягання. Питомий тиск на поверхню електрощітки повинен бути 200. ..300г/см2. Після 2000...3000 ч роботи електродвигуна необхідно змінити мастило підшипника.

Висновок

Визначення за ГОСТом Р 50369-92 [2] Електропривід - електромеханічна система, що складається з перетворювачів електроенергії, електромеханічних та механічних перетворювачів, керуючих і інформаційних пристроїв і пристроїв сполучення з зовнішніми електричними, механічними, керуючими та інформаційними системами, призначена для надавання руху виконавчих органів робочої машини і управління цим рухом з метою здійснення технологічного процесу.

Як видно з визначення, виконавчий орган до складу приводу не входить. Однак, автори авторитетних підручників включають виконавчий орган до складу електроприводу. Це протиріччя пояснюється тим, що при проектуванні електроприводу необхідно враховувати величину і характер зміни механічного навантаження на валу електродвигуна, які визначаються параметрами виконавчого органу. При неможливості реалізації прямого приводу електродвигун приводить виконавчий орган в рух через кінематичну передачу. ККД, передавальне число і пульсації, що вносяться кінематичної передачею також враховуються при проектуванні електроприводу.

Перелік посилань

1.Крысанов В.Н. О возможности применения тиристорного регулятора напряжения в электрических сетях класса 6-1150 кВ / В.Н. Крысанов

.Электротехнические комплексы и системы управления. - 2008. - № 2. - С. 9-12., 1987. - 464 с..

. Беркович Е.И. и др. Полупроводниковые выпрямители.- М.: Энергия, 1978-448с.

. Р.П. Карташов, А.К. Кулиш, Э.М. Чехет Тиристорные преобразователи частоты с искусственной коммутацией киев «техн1ка» 1979

.Усынин Ю.С., Осипов О.И., Мацин В.П. Системы управления электроприводов: Учебное пособие к курсовому проектированию

6.Справочные данные по электрооборудованию. В 2 - х т. Т. 1. Электрические машины <http://baza-referat.ru/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D0%BC%D0%B0%D1%88%D0%B8%D0%BD%D1%8B> общего применения. - Л.: Энергия, 1964.

Розробка малопотужного тиристорного електроприводу Вступ Розвиток наукових і технічних тен

Больше работ по теме: