Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Минобрнауки России

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Самарский государственный технический университет

Кафедра «Электропривод и промышленная автоматика»

Курсовой проект

по дисциплине «Теория электропривода»

Выполнил: Васильев М.П.

студент 4 курса группы ЭТ-6

Проверил: доцент Курган В.П.

Самара 2019



Содержание пояснительной записки

Исходные данные для расчета

1. Расчет основных параметров «Тиристорный преобразователь-двигатель»

1.1 Расчет мощности силового трансформатора TV

1.2 Выбор силовых тиристоров VS

1.3 Определение индуктивности и активного сопротивления якорной цепи

1.4 Определение статических и динамических параметров силового преобразователя и двигателя

2. Расчет и реализация регулятора тока по условиям ТО

3. Расчет и реализация регулятора скорости по условиям ТО

4. Определение статических свойств контура скорости, настроенного на ТО

5. Расчет и реализация регулятора скорости по условиям типового СО

6. Построение графика переходной характеристики по управляющему воздействию для контура скорости, настроенного на типовой СО

7. Построение графика переходной характеристики по возмущающему воздействию для контура скорости, настроенного на типовой СО

8. Расчет и реализация регулятора скорости по условиям нетипового СО

9. Построение графика переходной характеристики по управляющему воздействию для контура скорости, настроенного на нетиповой СО

10. Построение графика переходной характеристики по возмущающему воздействию для контура скорости, настроенного на нетиповой СО

11. Описание работы преобразователя

11.1 Силовая схема

11.2 Регулятор скорости

11.3 Регулятор тока

11.4 Блок нелинейного токоограничения

11.5 Система импульсно-фазового управления

12. Система защит преобразователя

12.1 Защита цепи обратной связи по частоте вращения

12.2 Защита от превышения максимальной частоты вращения

12.3 Защита от длительных перегрузок привода

12.4 Защита от неправильного чередования или от обрыва фаз

12.5 Защита от пропадания пилообразного напряжения

12.6 Защита от пропадания напряжения стабилизированного источника напряжения

13. Формирование сигналов READY, «Работа»

14. Блок питания

Библиографический список



Исходные данные для расчета

Двигатель постоянного тока 21MBH

Номинальная мощность: Р_Н кВт - 2.2

Номинальная скорость: n_Н об мин - 1000

Номинальное напряжение: U _Н В - 81

Номинальный ток: I_Н А - 18

Номинальный момент: М _Н/м - 21

Маховой момент: GD² кг/м² - 0,132

Кратность пускового тока: - 7

Число пар полюсов: 2 p. - 4

Активное сопротивление обмотки якоря при 15⁰С: R_Я Ом - 0,115

Число параллельных ветвей: 2a - 2

Активное сопротивление обмотки добавочных полюсов: R_ДОм - 0,0805

Постоянная времени управляемого силового преобразователя: Т_ус. С - 0,007

Постоянная времени апериодического фильтра: Т_ф с - 0,0035

Двигатели постоянного тока выпускаются со встроенным тахогенератором

Значения коэффициентов силовой схемы

Коэффициент схемы по напряжению	КН - 0,922
Коэффициент запаса по напряжению	КU - 1,1
Коэффициент запаса, учитывающий неполное открытие вентилей при максимальном управляющем сигнале	К - 1,1..1, 2
Коэффициент запаса, учитывающий падение напряжения в вентилях и обмотках трансформатора	КR - 1, 05
Коэффициент схемы по току вторичной обмотки	КТ 2 - 0, 578
Коэффициент, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной	Кi - 1,1
Коэффициент схемы по току первичной обмотки	КТ1 - 0, 47
Коэффициент схемы по мощности	КМ - 1, 45
Коэффициент схемы по среднему току вентиля	КТВ - 0, 333
Коэффициент схемы по максимальному напряжению вентиля	КНВ - 2, 25

Дополнительные данные

Коэффициент, учитывающий индуктивность обмотки якоря для некомпенсированных машин	KL - 5..12
Относительное значение индуктивной составляющей напряжения короткого замыкания трансформатора для трансформаторов типа ТТ	UL - 0, 08..0,1
Относительное значение активной составляющей напряжении короткого замыкания трансформатора, для трансформаторов типа ТТ	Ua - 0,025..0,035
Частота сети	f [Гц] = 50



1. Расчет основных параметров схемы «Тиристорный преобразователь-двигатель»

1.1 Расчет мощности силового трансформатора TV

Схема «тиристорный преобразователь-двигатель» предусматривает использование трансформатора с соединением обмоток звезда/звезда и пвичным напряжением 380 В.

Теоретическое значение ЭДС вторичной обмотки:

Е₂ К_Н U_Н = 0,922 81 = 74,6 [B].

Напряжение вторичной обмотки:

U₂ К_U К К _R Е₂ = 1,1 1,1 1,05 74,6 = 94,8 [B].

Ток вторичной обмотки:

I₂ K_i К_Т2 I_Н 1,1 0,578 18 = 11,44 [A].

Ток первичной обмотки:

I₁

Расчетная мощность трансформатора:

Р_Т К _М К_U К К_i U_Н I _Н 10³ = 1,45 1,1 1,1 1,1 81 18 0³ = 2,8 [кВт].

По мощности Р_Т выбирается типовой трансформатор из серии ТТ.



1.2 Выбор силовых тиристоров VS

Среднее значение тока вентиля: I_ВН К_ТВ I_Н = 0,33318 = 6[A].

Максимальная величина обратного напряжения:

U_ОБ - _MAX К_НВ К_U К К_R U_Н = 2,25 1,1 1,1 1,05 81 = 231,54 [B].

Тип тиристора выбирается по среднему значению тока вентиля и максимальной величине обратного напряжения, прикладываемого к вентилю

1.3 Определение индуктивности и активного сопротивления якорной цепи

Индуктивность обмотки якоря (определяется по приближенной формуле):

L_Я =

Индуктивное сопротивление трансформатора, приведенное к цепи выпрямленного тока:

= =

Индуктивность трансформатора, приведенная к контуру двигателя:

L_Т =

Индуктивность одного реактора при двух ограничивающих реакторах с ограничением уравнительного тока до 30% от номинального:

тогда индуктивность якорной цепи будет:

L_ЯЦ L_Я L_Т L_У = 2,6 + 32 + 45 = 79,6 [мГн].

Активное сопротивление трансформатора, приведенное к цепи выпрямленного тока:

Сопротивление, вносимое за счет перекрытия анодных токов:

Сопротивление щеточного контакта:

Сопротивление реактора: R_У 2 L_У 2 0,032 = 0,064 [Ом],

тогда суммарное сопротивление цепи якоря:

R_ЯЦ 1,2 R_ЯД R_T R_П R_Щ R_У = 1,2 0,905 0,248 0,4 0,11+0,064 = 1,908[Ом],

где: R_ЯД R_Я R_Д = 0,115+0,79 = 0,905[Ом]

Суммарное сопротивление якорной цепи, эквивалентное по падению напряжения:

R_Э 1,2 R_ЯД X_T R_П R_Щ R_У 1,2 0,905 0,82 0,4 0,11 0,064 = 2,48 [Ом].

1.4 Определение статических и динамических параметров силового преобразователя и двигателя

Электромагнитная постоянная времени двигателя:

= [с].

Суммарный момент инерции, приведенный к валу двигателя:

J = J_Д + J_M [кг м²]

где J_{Д =} [кг м²] - момент инерции двигателя;

J_М = K_J J_Д [кг м²] - момент инерции исполнительного механизма

Электромеханическая постоянная времени двигателя:

=

где = 0,59[Вс/рад]

где =

Коэффициент передачи двигателя по управляющему воздействию:

= 1,69[рад/Вс].

Коэффициент передачи управляемого силового тиристорного преобразователя:

= 8,1 [рад/Вс].

где U_{PT _ MAX} - максимальное напряжение на выходе регулятора тока.

Коэффициент передачи тахогенератора-датчика скорости:

= 0,19 [Вс].

Коэффициент передачи двигателя по возмущающему воздействию:

=



2. Расчет и реализация регулятора тока по условиям технического оптимума

Структурная схема контура тока представлена на рис. 4.

Рис. 4 Структурная схема контура тока

Настроим контур тока на технический оптимум. Желаемая передаточная функция разомкнутого контура будет иметь вид

где Т_УСП = Т_мТ, так как принимаем Т_УСП за малую постоянную времени токового контура, а Т _Я - за большую постоянную времени.

В качестве датчика обратной связи по току используем сопротивление добавочных полюсов:

K_ДТ = R_Д [Ом] - коэффициент передачи датчика тока.

Из структурной схемы следует, что передаточная функция разомкнутого контура тока равна:

Приравняем правые части выражений и, и из этого равенства выразим передаточную функцию регулятора тока W_PT(р):

Из этого выражения следует, что регулятор тока должен быть реализован схемой ПИ-регулятора, приведенной на рис. 5.

Рис. 5. Принципиальная схема регулятора тока

В схеме регулятора тока используются два входа операционного усилителя с входными сопротивлениями R_BX1 и R_BX2, предназначенные, соответственно, для подачи задающего сигнала U_ЗТ и сигнала обратной связи по току U _ДТ . В структурной схеме на рис. 2 эти воздействия суммируются непосредственно, в связи с чем необходимо выполнить эквивалентное приведение сигналов к одному входу. При подаче напряжения обратной связи по току на второй вход соответствующая составляющая напряжения на выходе операционного усилителя равна:

Так как:

то такой же сигнал U_{ВЫХ . РТ} ( р) создается при подаче на первый вход воздействия:

U_ДT (р )

Отсюда следует, что для приведения к первому входу достаточно увеличить сигнал обратной связи U_ДТ в R_ВХ1 R_ВХ2 раз, принимая вместо U_ДТ, величину U_OCT, т.е.

U_OCT =

Зная, что U_{OCT. МАХ} = U_{ЗТ. МАX}, а максимально допустимый ток якоря равен I_Я = _MAX - I_H, получим:

причем , так как

Передаточная функция ПИ-регулятора на базе операционного усилителя с RC-цепью обратной связи относительно сигнала на первом входе примет вид:

Приравнивая теперь соответствующие коэффициенты при р в выражениях W_РТ ( р) и

W_ПИ (р), получим систему выражений:



Добавляя выражение:

можно рассчитать R,С параметры регулятора тока, задавшись, например, емкостью C_OC = 1 мкФ.

= 48900ю.

= 7800



3. Расчет и реализация регулятора скорости по условиям технического оптимума

Структурная схема контура скорости представлена на рис. 6.

Рис. 6. Структурная схема контура скорости

Настроим контур скорости на технический оптимум (ТО). Так как T_M = 2T_УСП, то примем 2Т_УСП за малую постоянную времени контура скорости T_C, а электромеханическую постоянную времени Т_М - за большую постоянную времени контура скорости.

Известно, что желаемая передаточная функция разомкнутого контура скорости имеет вид:

Из структурной схемы скоростного контура (рис. 4) следует, что передаточная функция разомкнутой системы имеет вид:

Приравняем правые части выражений и и из этого равенства выразим передаточную функцию регулятора скорости::

Из этого выражения видно, что регулятор скорости представляет собой П-регулятор, т.е.

W_PC^TO (p) = K_PC.

Принципиальная схема регулятора скорости представлена на рис. 7.

Рис. 7 Принципиальная схема регулятора скорости при настройке на ТО

Рассчитаем параметры схемы, допуская, что U_{ЗС_MAX} ? U_OCC.MAX ?10 В. Рассуждая аналогично тому, как при расчете в контуре тока сигнал обратной связи по скорости, приведенный к первому входу регулятора скорости равен:

Задаваясь , получим:



= 9937

Так как

где = = 105 [рад/Вc].

Известно, что R_OC1 = K _PC R_BX3, поэтому можно определить:

=



4. Определение статических свойств контура скорости, настроенного на технический оптимум

Падение скорости _З, вызванное действием нагрузки M_C - M_H равно:

[рад/Вc].

Соответствующая относительная ошибка e₁₁ на нижнем пределе диапозона регулирования скорости равна:

e₁ =

Поскольку e₁ -->--e_ДОП -->--1_ то такая настройка контура скорости не обеспечивает требуемых статических свойств, предъявляемых к электроприводу, и необходимо выполнить расчет по п.5.



5. Расчет и реализация регулятора скорости по условиям типового симметричного оптимума

При настройке на симметричный оптимум (СО) желаемая передаточная функция разомкнутого контура скорости имеет вид:

Из структурной схемы скоростного контура(рис.4) следует, что передаточная функция разомкнутого скоростного контура равна:

Приравнивая правые части этих выражений и

Из этого выражения следует, что регулятор скорости представляет собой ПИ-регулятор.

Принципиальная схема ПИ-регулятора представлена на рис. 8, а его передаточная функция равна:



Рис. 8. Принципиальная схема регулятора скорости при настройке на СО

Приравнивая коэффициенты при р в последних двух выражениях W ^СО (р) РС

Задаваясь R_BX3 той же величиной сопротивления, как и в варианте настройки на технический оптимум, рассчитаем сопротивление R_{BX 4} по выражению:

= 9937

а затем, используя вышеприведенную систему двух уравнений, рассчитаем последовательно сначала емкость C_OC1, а потом сопротивление R_OC1:

= 1,7

= 0,032

6. Построение графика переходной характеристики по управляющему воздействию для контура скорости, настроенного на типовой симметричный оптимум

Структурная схема контура скорости имеет вид, представленный на рис. 9.

Рис. 9 Структурная схема контура скорости по управляющему воздействию на СО

По ней можно определить передаточную функцию замкнутого контура скорости по управляющему воздействию U_ЗС:

2

или

=



Тогда выражение для контура скорости будет иметь вид:

где

Зачастую такое большое перерегулирование является неприемлимым, поэтому был проведен анализ выражения (1), который показал, что такое перерегулирование связано с присутствием в этой формуле дифферецирующего звена. Анализ показал, что для компенсации этого звена на входе контура скорости необходимо поставить апериодический фильтр с той же постоянной времени 4T_?, тогда звенья взаимосократятся

Тогда исходная формула для расчета (p) по управляющему воздействию

Откуда:

К = 10; ; Т = ; Е = 0,5; Т1 =

; Т2 = 0; = 0,28



7. Построение графика переходной характеристики по возмущающему воздействию для контура скорости, настроенного на симметричный оптимум

Структурна схема контура скорости имеет вид, представленный на рис. 10.

Рис. 10. Структурная схема контура скорости по возмущающему воздействию на СО

По ней можно определить передаточную функцию замкнутого конура скорости по возмущающему воздействию M_C, которая равна:

где:

тогда:

Тогда выражение для скорости будет иметь вид:



K = = 0,2539

; Т = ;

Е = 0,5; Т1 = ; Т2 = 0

= 0,28

импульсный управление тиристорный преобразователь



8. Расчет и реализация регулятора скорости по условиям нетипового симметричного оптимума

Известно, что регулятор скорости рассчитываем по условиям типового симметричного оптимума, представляющий собой ПИ-регулятор. Однако, в случае, если эквивалентная постоянная времени замкнутого контура тока соизмерима с то в этом случае целесообразно применять нетиповую настройку контура скорости на СО. На практике в системах управления комплектных электроприводов присутствуют инерционные звенья с малыми постоянными времени, обусловленными динамическими свойствами фильтров, которые включаются на входе датчика скорости. При этом передаточная функция ДС представляет собой небезинерционное звено, а апериодическое вида:

, где

С учетом этого определим передаточную функцию регулятора скорости при нетиповом симметричном оптимуме (р). При этом за контура скорости примем, а за большие компенсируемые постоянные времени примем и тогда расчетная структурная схема контура скорости примет вид:

Рис. 11. Структурная схема контура скорости на НСО

Тогда желаемая передаточная функция разомкнутого контура скорости, настроенного на нетиповой симметричный оптимум имеет вид:

(р) =

На основании структурной схемы можно записать передаточную функцию разомкнутого контура скорости:

(р) = (р)

Приравняем правые части двух последних уравнений:

(р),

тогда:

Из последней формулы следует что передаточная функция регулятора скорости соответствует передаточной функции ПИД-регулятора

Упрощенная электрическая схема ПИД-регулятора имеет вид



Рис. 12. Принципиальная схема регулятора скорости при настройке на НСО

Запишем через R-C параметры передаточную функцию по второму входу:

Известно, что при типовой настройке контура скорости на симметричный оптимум переходный процесс по управляющему воздействию имеет большое перерегулирование, поэтому для уменьшения на входе контура скорости ставится аппериодический фильтр.

Анализ показал, что эффект, аналогичный включению фильтра при типовом симметричном оптимуме, если исключить емкость включенный параллельно входу

В выражениях для (р) и для приравняем коэффициенты при операторе Лапласа и получим систему уравнений R-C параметров регулятора скорости

,

откуда:Ф = 1,41 мкФ

,

откуда Ом = 129,6 КОм

=

=



9. Построение графика переходной характеристики по управляющему воздействию для контура скорости, настроенного на нетиповой симметричный оптимум

В данном случае при нетиповом симметричном оптимуме передаточная функция замкнутого контура скорости по управляющему воздействию имеет вид:

=

Для построения графика переходного процесса зададимся значениями:

К = 10; ; Т = ;

Е = 0,5;?? Т1 = ; Т2 = 0; = 0,7



10. Построение графика переходной характеристики по возмущающему воздействию для контура скорости, настроенного на нетиповой симметриный оптимум

В качестве исходной возьмем передаточную функцию замкнутого контура скорости по возмущающему воздействию при нетиповом симметричном оптимуме

К = =

; Т = ; Е = 0,5; Т1 = ; Т2 = 0

= 0,07



11. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Оба преобразователя выполнены по двухкоординатной схеме подчиненного регулирования с пропорционально-интегральными регуляторами скорости и тока.

Управление преобразователями согласованное - нелинейное на низких частотах вращения и раздельное на высокой частоте вращения. Предусмотрено нелинейное токоограничение в соответствии с коммутационными кривыми двигателей и адаптивное регулирование коэффициентов передачи регулятора скорости. СИФУ построено по вертикальному принципу с линейным опорным напряжением и возможностью регулирования начального тока якоря.

Блок электронных защит, общий для обеих координат, обеспечивает удобную и безаварийную эксплуатацию привода.

Рис. 1. Блок-схема электропривода «Кемток»

В блок-схему привода (Рис.1) входят: PC - регулятор скорости; РТ - регулятор тока; АР - адаптивный регулятор; КЗ - корректирующие звено; МТГ - схема выделения модуля напряжения тахогенератора; ФП - функциональный преобразователь; ПЭ - пороговый элемент; БНТО - блок нелинейного токоограничения; РУТ - регулятор уравнительного (начального) тока; СИФУ - система импульсно фазового управления; ТП - тиристорный преобразователь; VT - силовой трансформатор; М - двигатель; ТГ - тахогенератор; RS - шунт; L - уравнительные дроссели; OL -защита от длительной перегрузки по току; TG - защита от обрыва цепи тахогенератора; СР - защита от неправильного подключения; RD - готовность; ON - сигнал 'работа' (деблокировка привода); БП - блок питания.

11.1 Силовая схема

Силовая схема выполнена по реверсивной трехпульсной противопараллельной схеме выпрямления с уравнительными дросселями.

Силовой трансформатор осуществляет согласование напряжение двигателя с напряжением питающей сети и является общим для обеих силовых схем выпрямления.

Рис. 2. Силовая схема

Соединение обмоток по схеме 'треугольник-зигзаг' исключая поток вынужденного намагничивания и как следствие, экономию в стали. Предусмотрены RC - цепочки от коммутационных перенапряжений. Шунты RS₁ и RS₂ используются в качестве датчиков тока якоря в системе подчиненного регулирования.

Силовые контакторы КМ1 и КМ2, осуществляют динамическое торможение при аварийном отключении преобразователя.

11.2 Регулятор скорости

Регулятор скорости PC (Рис.3.) представляет собой классический ПИ - регулятор и выполнен на операционном усилителе D51. Регулирование максимальной частоты вращения электродвигателя осуществляется изменение глубины обратной связи потенциометром RP15. При недостаточности глубины регулировки следует изменить величину резистора R254.

11.3 Регулятор тока

Регулятор тока РТ (Рис. 3) также выполнен в виде прапорционально-интегрального регулятора на операционном усилителе D52. Входным сигналом РТ, т.е. заданием на ток, является выходное напряжение регулятора скорости Upc. Сигнал обратной связи по току двигателя снимается с шунта, включенного в цепи якоря двигателя, и подается на регулятор тока через резистор R267.

В схеме регулятора тока не предусмотрено никаких регулировок, т.к. в силу комплектности привода его настройка на конкретный электродвигатель производится на заводе-изготовителе.

Постоянная времени цепи обратной связи РТ компенсирует электромагнитную постоянную времени якорной цепи.

Рис. 3. Принципиальная схема регулятора скорости, регулятора тока и нелинейного токоограничения

Запайкой наладочного резистора регулятор тока можно сделать пропорциональным. Ключ на полевых транзисторах VT62 и VT63 предназначен для блокировки регулятора. При необходимости подключением резисторов R₂₆₉ и R₂₇₀ можно задать начальное значение тока якоря при остановленном двигателе, т.е. создать начальный момент, например, удерживающий вертикальные координаты от падения. Выходное напряжение РТ является управляющим для системы импульсно-фазового управления.

11.4 Блок нелинейного токоограничения

Блок нелинейного токоограничения БНТО (Рис.3) предназначен для ограничения предельно-допустимого тока якоря двигателя в функции частоты вращения и в соответствии с коммутационной кривой двигателя.

Регулятор скорости PC охвачен двумя цепочками обратной связи, выполненными на ОУ D56 и D57, на выходы которых подаются напряжения выхода U_pc и напряжение функционального преобразователя U_фп, выполненного на ОУ D55.

Выходное напряжение функционального преобразователя является функцией частоты вращения двигателя, причем форма кривой копирует коммутационную кривую электродвигателя.

Если U_рс<U_фп, то выход цепей обратной связи имеет полярность запирающую диоды VD162 и VD163 и токоограничение не работает. При U_рс>U_фп открывается один из диодов VD162 или VD163, в зависимости от направления вращения, шунтируя вход регулятора скорости. Вследствие этого уменьшается напряжение на выходе PC, то есть задание для регулятора тока РТ, и происходит ограничение величины тока до допустимого на данной частоте вращения значения. Операционный усилитель D54 предназначен для выделения модуля напряжения тахогенератора (U_тг), напряжение на его выходе всегда положительно и пропорционально частоте вращения.

Коэффициент передачи схемы выделения модуля одинаков для обеих полярностей напряжения тахогенератора и составляет 0,25.

Для положительной полярности (диод VD154 закрыт, диод VD155 открыт):

Для отрицательной полярности (диод VD154 открыт, диод VD155 закрыт):

Напряжение модуля (U_тг) подается на вход схемы функционального преобразователя. При нулевой частоте вращения под действием отрицательного напряжения смещения, подаваемого через резистор R284, диоды VD161 и VD157 заперты и напряжение на вход функционального преобразователя не поступает.

Величина U_фп определяется смещением, подаваемым на инвертирующий вход через резистор R289, и равна

В точке А при небольшой частоте вращения открывается диод VD161 и напряжение на выходе начинает определяться следующим выражением:

,

где U_вх.фп - входное напряжение функционального преобразователя в точке общих анодов вентилей VD161 и VD157. Поскольку сопротивление резистора R₂₈₈ = 30 кОм, т.е. значительно меньше, чем сопротивление R₂₈₉, то выходное напряжение с ростом U_вх.фп не является пропорциональным напряжению модуля |U_тг|, а определяется коэффициентом передачи адаптивного делителя напряжения, образованного резистором R₂₈₃ и цепочкой VD157, R₂₈₅, VD158, R₂₈₆, VD159, R₂₈₇ и VD160. По мере роста частоты вращения последовательно открываются диоды VD157... VD160, уменьшая величину напряжения U_вх.фп.

Темп уменьшения выходного напряжения ФП замедляется, что формирует коммутационную кривую U_фп = f(n). В идеальном случае эта кривая постоянной мощности, реально на высокой частоте вращения несколько уменьшить нагрузку, а на низкой ее можно увеличить. За током отсечки I_отс зона не используется, т.к. на практике максимальный ток достигается в худшем случае на третьем пульсе и при этом двигатель достигает такой частоты вращения, что уже нужно ограничивать ток. Максимальная величина тока отсечки обычно I_отс = (4...6)I_ном. Способность двигателя выдерживать большие перегрузки - до (10...12)I_ном - говорит лишь об общем качестве двигателей, их защищенности от размагничивания и не может быть реализована на практике.

Работа компараторов D56 и D57 описывается следующими уравнениями:

;

или, подставляя численные значения, U_D56 = U_pc-U_фп и U_D57 = U_pc+U_фп т.к. все сопротивления резисторов R292…R299 равны 10 кОм. При работе токоограничения компаратор D58 переходит в состояние неполного насыщения. Если время работы БНТО превышает величину установки таймера на конденсаторе C₁₇₉, то вырабатывается сигнал защиты преобразователя от перегрузки.

Резистор R₃₀₄ образует дополнительную цепь заряда конденсатора С₁₇₉, чем достигается определенная адаптация работы защиты. По мере снижения частоты вращения, например при работе на упор заряд конденсатора осуществляется быстрее.

11.5 Система импульсно-фазового управления

Система импульсно-фазового управления (СИФУ) (Рис. 4) предназначена для формирования и синхронизации подачи управляющих импульсов на силовые тиристоры.

Рис. 4. Блок схема СИФУ

СИФУ выполнена по вертикальному принципу и состоит из 3-х одинаковых каналов для каждой из фаз питания. Характерной особенностью структуры построения СИФУ является наличие канала, общего для обоих преобразователей генератора пилообразного напряжения.

Напряжение синхронизации Ux (Uy, Uz) подается на входы каналов СИФУ с делителей силового напряжения, образованных резисторами R₂₀ и R₅, R₂₅ и R₆, R₃₀ и R₇, соответственно.

Это напряжение цепочками RP1, C₃₁ задерживается приблизительно на 32 электрических градуса (1,8 мсек) и поступает на инвертирующий вход компаратора D3 и неинвертирующий вход компаратора D4.

Примечание: Здесь и далее рассматривается только один канал первого преобразователя СИФУ.

За счет подачи на противоположные входы компараторов разнополярных напряжений смещения, регулируемых потенциометром RP7, взаимоинверсные выходные напряжения D3 и D4 перекрывают друг друга. Схема 'и' выполненная на диодах VD27 и VD28, формирует короткий отрицательный импульс, который запускает ждущий генератор пилообразного напряжения, выполненный на ОУ D5 и транзисторе VT1. Амплитуда пилообразного напряжения регулируется потенциометром RP2.

Рис. 5. Диаграмма работы СИФУ

Резистор R₅₇ и диод VD30 формируют положительный импульс пилообразного напряжения.

На компараторах D6 и D7 осуществляется сравнение величины пилообразного напряжения с управляющими разнополярными напряжениями, поступающими с ОУ D25 (анодная группа) и D24 (катодная группа). В момент равенства этих напряжений компараторы D6 и D7 переходят из положительного состояния насыщения в отрицательной. Этот перепад дифференцируется конденсаторами C₄₁ и C₄₄, отрицательный импульс на выходе которых открывает транзистор VT2 или VT4 (тот, у которого на втором диодном входе VD32 или VD36 отрицательное напряжение с выхода компаратора D3 или D4). Транзисторы VT2 и VT4 открывают силовые усилители VT3 и VT5 соответственно, нагрузкой которых являются импульсные трансформаторы управления тиристорами. Предусмотрена блокировка импульсов СИФУ от схемы защит через транзистор VT28 .

Разделение каналов управления тиристорами анодной и катодной групп осуществляется ОУ D25 и D24, входным сигналом которых является выходное напряжение регулятора тока. На входах ОУ D25 и D24 происходит суммирование напряжения смещения положительной полярности, регулируемого потенциометром RP8 и напряжение U_pт, причем за счет включения диодных цепей VD103, R151 и VD102, R146 обеспечивается различный темп смещения управляющих импульсов в группах тиристоров.

При положительном управляющем напряжении U_pт выходные ОУ D25 и D24, а также компараторов D6 и D7 определяются следующим образом:

;;

;

;

Аналогично при отрицательном управляющем напряжении - U_рт:

;;

;

.

Из выражения видно, что смещение управляющих импульсов инверторной группы вправо происходит быстрее, чем обеспечивается уменьшение уравнительных токов и переход от согласованного управления к раздельному за счет (срыва) генерации управляющих импульсов при (U_рт+U_см)>|U_гпн|. Регулируя величину смещения на входах ОУ D25 и D24, можно установить желаемую величину начального тока якоря.

Стандартная регулировка предусматривает _нач = 130.



12. Система защит преобразователя

В двух координатном приводе "Кемток" предусмотрены следующие виды электронных защит, сигнализации и внешних управляющих сигналов.

Рис. 6. Схема защит преобразователя

12.1 Защита от обрыва цепи обратной связи по частоте вращения

Защита от обрыва цепи обратной связи по частоте вращения TG (Tachogenerator): она включает в себя два автоколебательных мостовых генератора, выполненных на ОУ D53 для первой координаты и на ОУ D60 для второй координаты, включенных через диоды VD153 и VD171 по схеме 'или' управляющих триггером на ОУ D68. При нормальной работе на выходах генераторов нулевые напряжения, т.к. их входы через конденсаторы C₁₅₄ и C₁₆₁ шунтированы на высокой частоте низким омическим сопротивлением тахогенератора и колебания отсутствуют. Если цепь любого из тахогенераторов оборванна, то возникают колебания, амплитуда которых превышает напряжение смещения на инвертирующим входе триггера на ОУ D68, и он переходит в состояние положительного насыщения. Транзистор VT73 открывается, горит светодиод VH196 (TG), снимается сигнал RD (READY- готовность), блокируются регуляторы скорости и тока, а также импульсы СИФУ обоих преобразователей ON1 (VH222) и ON2 (VH219).

Для восстановления работоспособности привода необходимо блокировать и деблокировать привод внешним управляющим сигналом 'Работа' ('Деблокировка'). Для исключения действия генераторов Вина в условиях сильных помех необходимо отпаять перемычки M14 и M16, запаяв перемычки M15 и M17.

Перемычкой М24 можно исключить действие защиты на сигналы RD и ON при работе сигнализации TG. Перемычкой М22 при первоначальном пуске устанавливают .

12.2 Защита от превышения максимальной частоты вращения

Защита от превышения максимальной частоты вращения выполнена с использованием триггера и индикации защиты от обрыва цепи тахогенератора, однако включение триггера осуществляется от схемы выделения модуля напряжения тахогенератора D54 и D59, управляющих функциональным преобразователем системы нелинейного токоограничения. Выходы ОУ D54 и D59 соответственно через диоды VD156 и VD170 включены по схеме 'или' с диодами VD153 и VD171 на выходах генераторов Вина.



12.3 Защита от длительных перегрузок привода

Защита от длительной перегрузки привода OL (overload), общая для обоих преобразователей, выполнена на ОУ D58 (первый привод) и D64 (второй привод), схема выдержек C₁₇₉ и C₁₈₀ соответственно, триггера D69 и транзисторе VT76. Если токоограничение не работает то есть U_рс<U_фп; то на входе D57 положительное напряжение, а на входе D56 отрицательное. Входы ОУ D58 шунтированы диодами D164 и D165, однако на выходе ОУ D58 (соответственно другой координаты D64) отрицательное напряжение -12В. Конденсатор C₁₇₉ также заряжен до напряжения -12В.

При работе системы токоограничения ОУ D58 переходит в состояние положительного насыщения, диод VD166 закрывается, и начинается перезаряд конденсатора C₁₇₉ от положительного напряжения питания через резистор R₃₀₆ и от напряжения выходной кривой функционального преобразователя через резистор R₃₀₄. Если время работы токоограничения превышает допустимую величину, то напряжение на конденсаторе С₁₇₉ успевает достичь уровня напряжения смещения триггера D69, последний переключается и открывает транзистор VT76. Включается светодиод сигнализации перегрузки VH205 (OL), снимается сигнал готовности, блокируется регулятор скорости, регулятор тока, СИФУ. Действие защиты можно исключить снятием перемычки М23.

12.4 Защита от неправильного чередования или обрыва фаз

Защита от неправильного чередования или обрыва фаз СР (Connecting Protection), выполнена на ОУ D70, транзисторах VT77, VT78, VT79 и фильтре С₁₇₆. На инвертирующий вход ОУ D70 подается напряжение с диодной схемы 'или' (VD1...VD4) выделения управляющего сигнала защиты СР.

При нормальной работе напряжение в этой точке близко к нулю, т.к. оно определяется четырьмя включенными по логической схеме 'или' цепочками, выделяющими напряжение в разном сочетании. На инвертирующем входе ОУ D70, при нормальной работе, напряжение с пульсациями пилообразной формы. Диод VD206 открыт, VD207 закрыт, на выходе ОУ D70 отрицательное напряжение насыщения. Тогда транзистор VT77 закрыт, конденсатор C₁₇₆ заряжен, VT78 открыт, VT79 закрыт. При неправильном чередовании фаз или обрыве любой из них на инвертирующем входе ОУ D70 появляется отрицательные полуволны синусоидального неуравновешенного напряжения . Операционный усилитель D70 периодически переходит в положительное состояние насыщения, открывая транзистор VT77. Благодаря наличию конденсатора С₁₇₆, за время отрицательного насыщения на коллекторе VT77 не успевает достичь уровня достаточного для открывания транзистора VT78. Последний, находясь в закрытом состоянии, открывает транзистор VT179. Срабатывает защита, горит светодиод VH211(CP), снимается готовность, блокируются регуляторы и СИФУ. Отличительной особенностью защиты является ее самовосстанавливаемость при устранении неисправности.

12.5 Защита от пропадания пилообразного напряжения

Защита от пропадания пилообразного напряжения выполнена с использованием тракта защиты 'СР'. Ее работа аналогична.

12.6 Защита от пропадания напряжения стабилизированного источника питания

Защита от пропадания напряжения стабилизированного источника питания ±15В также выполнена с использованием тракта защиты 'СР'.

При нормальной работе в общей точке резисторов R₃₈₆, R₃₈₇ и анода диода VD209 нулевое напряжение.

При исчезновение напряжения +15В защита срабатывает по цепи отрицательного смещения через резистор R₃₈₅ на входе транзистора VT78. Последний закрывается и через диод VD210 открывает транзистор VT79.

При исчезновение напряжения -15В защита срабатывает по цепи положительного смещения через резистор R₃₈₆ открывающий через диод VD209 транзистор VT79.

В остальном действие защиты аналогично.



13. Формирование сигнала READY

Формирование сигнала READY (Готовность) осуществляется на транзисторе VT74. При нормальной работе транзистор VT74 открыт под действием положительного напряжения смещения через резистор R₃₈₄. Включено реле К1, горит светодиод VH200 (RD). Блокировка формирования сигналов 'Работа' (ON) через диоды VD188 и VD215 снята.

Сигнал 'Готовность' снимается по цепям диодов VD197, VD198 или VD199 при срабатывании любой из электронных защит, т.е. реализуется уравнение: .

Формирование сигнала «Работа»

Формирование сигнала 'Работа' (ON) рассмотрим на примере канала первого преобразователя. При снятом внешнем сигнале 'Деблокировка1' (Работа1) транзистор VT68 закрыт, VT69 открыт, VT70 закрыт, VT71 закрыт, VT72 открыт.

Через резистор R352 и R353 создана цепь протекания базового тока транзистора VT28, блокирующего систему импульсно-фазового управления.

Потенциал '+15В' через открытый транзистор VT72 открывает ключи на полевых транзисторах в цепях обратных связей регуляторов скорости и тока и блокирует их. Одновременно транзистор VT75, открытый положительным смещением через резистор R368, срабатывают триггеры D68 (защита TG) и D69 (защита OL), переводя их в состояние отрицательного насыщения. При включении тумблера 'Дебл1' схема переходит в следующие состояние:

- открывается транзистор VT68;

- закрывается транзистор VT75, восстанавливая работоспособность триггеров защиты TG и OL;

- проверяется наличие сигнала 'Готовность' (открыт VT74);

- при отсутствии сигнала RD (общая точка диодов VD188 и VD215 подключена к нулю) и открыт VT68 (анод диода VD187 подключен к нулю) закрывается транзистор VT69;

- заряжается конденсатор C₁₇₂ и черезвыдержкувремени открывается транзистор VT10;

- загорается светодиод VH222 (ON1);

- открывается транзистор VT71. Потенциал '+24В' закрывает транзистор VT28 в схеме СИФУ, снимая блокировку управляющих импульсов;

- закрывается транзистор VT72. Потенциал '-30В' запирает ключи на полевых транзисторах, снимая блокировку регуляторов тока и скорости.

Привод готов к работе.



14. Блок питания

Блок питания привода включает в себя два однополупериодных трехфазных нестабилизированных выпрямителей на диодах VD144...VD116 и VD117...VD119, формирующих напряжение ±24В. Выходные напряжения фильтруются конденсаторами С₁₀₈ и C₁₁₂.

Стабилизированные источники питания ±15В реализованы на интегральных стабилизаторах D1 и D2, а также транзисторах VT32, VT33 и VT34. В обоих источниках предусмотрена внутренняя защита от перегрузки и коротких замыканий. Точная настройка выходных напряжений осуществляется подбором резисторов R₁₈₃* и R₁₉₃* соответственно. Стабилитроны VD124 и VD125 осуществляют ограничение выходного напряжения на уровне ±18В в аварийных случаях.

Источник -30В реализован на удвоителе напряжения С₁₀₇, VD121, VD122 и С₁₁₆.



Библиографический список

1. Рапопорт Э.Я. Системы подчиненного регулирования электроприводов постоянного тока: Конспект лекций. - Куйбышев, КптИ,1985. -56 с.

2. Лебедев А.М. Тиристорный следящий электропривод. М., “Энергия”, 1972. 128 с. с ил.

3. Башарин А.В., Голубев Ф.Н., Кепперман В.Г. Примеры расчетов и автоматизированного электропривода Л., “Энергия”, 1972.

4. Слежановский С.В. Управление вентильными электроприводами постоянного тока. М., “Энергия” 1970. 200 с., с ил.

5. Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г., Сахаров Ю.В. Силовые полупроводниковые приборы. М., “Энергия”, 1975.

6. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов: - Л.: Энергоиздат, 1982. -392с., с ил.

7. Фрер Ф., Орттенбургер Ф. Введение в электронную технику регулирования. М., “Энергия”, 1973, 192 с. с ил.

8. Абакумов А.М., Михелькевич В.Н. Расчет динамических процессов в системах автоматизированного электропривода на персональных компьютерах. Метод. указ. к курс. и дипломн. проектированию. Куйбышев, 1990. 43 с.

Размещено на allbest.Ru

...