управления; KM1, KM2 - реверсивные контактеры; KK1, KK2 – тепловые р= еле; S1 ¸ S3

управления; KM1, KM2 - реверсивные контактеры; KK1, KK2 – тепловые реле; S= 1 ¸= S3 – кнопочная станция.

Схема обеспечивает: пуск двигателя по естественной характеристике, реверс с торможением противовключением, останов (S1) под действием М_с на выбеге.

В схеме предусмотрены защиты: максимальная токовая (с помощью предохранителей), тепловая (с помощью тепловых реле), нулевая (осуществляется контактором).

1.1.1 Станция управления = ПУ13-21

Схема релейно-контактная реверсивного электропривода постоянного тока с двухзонным регулированием скорости – станция управления ПУ13-21.

Предназначена для управления ДПТ средней и большой мощности, работающих в повторно-кратковременном режиме. Станция имеет по три положения вперед и назад, обеспечивает пуск до естественной механической характеристики в три ступени вфункции времени, разгон во второй зоне в функ= ции тока, динамическое торможение в функции скорости (см. рисунок 2.49).

Рисунок 2.49

На рисунке приняты обозначения: В1, В2, В3 – выключатели не автоматические; РМ= 1, РМ2 – реле максимального тока (максимальная токовая защита); РУП, КУП – рел= е и контактор управления полем; РДВ, РДН – реле динамического торможения с направлением ”вперед”, ”назад”; КДТ – контактор динамического торможения; Р= ОП – реле обрыва поля (минимальная токовая защита); ЭМТ, КМТ – электромагнит и контактор механического тормоза; РН – реле напряжения (защита от самозапуск= а); КУ – ключ управления; КЛ, КВ, КН – контакторы (линейный, вперед, назад); КУ= 1, КУ2, КУ3 – контакторы ускорения; РУ, РУ2, РУ3 – реле ускорения; КЭ – контак= тор экономический (для уменьшения тока в цепи ОВ на стоянке привода); РКУ – реле контроля ускорения (замкнутый контакт при работе в первой зоне обеспечивает номинальное поле, при торможении из второй зоны контакт РКУ замыкается с выдержкой времени, достаточной для организации усиления поля в функции тока= ); R1, R2, R3 – пусковые ступени сопротивления; R4 – резистор динамического торможения; R5 – регулируемое сопротивление (определяет рабочую точку при ослаблении поля во второй зоне); R6 – резистор, служащий для уменьшения ток= а в обмотке возбуждения на стоянке; R7 – резистор, служащий для защиты от перенапряжений вместе с диодом VD; R8 – резистор, служащий для уменьшения постоянной времени, при увеличении потерь в цепи катушки КУП (чтобы он успе= вал реагировать на замыкание и размыкание контактора РУП); ВКВ, ВКН – конечные выключатели для направления вперед и назад; ПР1= ¸ПР4 – предохранители.<= o:p>

Исходное состояние:<= /span> включены В1, В2, В3, КУ – в нуле; включены РОП, РУ1. В цепи ОВ1 суммар= ное сопротивление (R5+R6) – экономический режим, ЭМТ – обесточен, электродвигат= ель заторможен.

Установившейся режим= : КУ в первом положении (вперед, назад), разгон по ИХ1 (R1+R2+R3); КУ во втором положении (вперед, назад), разгон по ИХ2 (R2+R3); КУ в третьем полож= ении (вперед, назад), разгон по: ЕХ при R5=3D0, ИХ при R5 ¹<= /span> 0.

Пуск с переводом ключа в т= ретье положение (вперед)

При переводе ключа в третье положение включены: КЛ, КВ (двигатель подключен к сети и начинается разгон с полностью введенными пусковыми сопротивлениями). Включается КУП, поле нарастает до номинального значения. Включается КМТ, ЭМТ – двигатель растормаживается. Включаются РУ2 и РУ3 от броска тока, включается РДВ и встает на самоблокировку, включается К= Э, отключается РУ1 (отсчет уставки), идет разгон по ИХ1 (см. рисунок 2.50). В момент времени t =3D t_у^РУ1 включается КУ1, двигатель выходит на ИМХ2; в момент времени t =3D t_у^РУ1+t_у=^РУ2, двигатель выходит на ИМХ3; в момент времени t =3D t_у^{РУ1+t_у^РУ2+t_у^РУ3,
двигатель выходит на ЕХ.}

При выходе двигателя на ЕХ включается реле РКУ и размыкает свой контакт в цепи КУП, дальнейшее управление поля будет осуществляться через РУП, разгон будет продолжаться в функции тока, момент снижается, т.к. поле двигателя ослабляется. Процесс пуска заканчивается, ко= гда поле двигателя выйдет на уровень, определенный реостатом R5.

Торможение КУ в положении “0”

Якорь двигателя отключается от шин питания. При отключении КЛ и КВ двигатель отключается от питающей сети, отключается КУ1, КУ2, КУ3, включается КДТ, R4 включается параллельно якорю. Одновременно идет усиление поля в функции от тока (с помощью РУП), отключается РКУ (в нем начинается отсчет уставки, по истечении которой, контактор управления полем включается постоянно и поле будет полным).

Помимо электродинамического торможения идет механичес= кое торможение, т.к. КМТ и ЭМТ обесточены.

&nb= sp;

Рисунок = 2.51

При напряжении на якоре двигателя примерно равном нулю отключается РДВ,= что вызовет отключение КДТ. Торможение в целом идет в функции скорости (косвенн= о по напряжению РДВ, РДН) (см. рисунок 2.51).

Рисунок = 2.50

Реверс

Реверс состоит из двух этапов: торможения с предыдуще= го направления и разгона в противоположное. Для исключения наложения этих режи= мов в схеме предусмотрена внутренняя технологическая блокировка с помощью РДВ и РДН.

В схеме предусмотрены следующие защиты:

1) Максимальная токовая защита (РМ1, РМ2, ПР1, ПР2 – в цепи двигателя, ПР3, ПР4 – в цепи управления);

2) Минимальная токовая защита (РОП);

3) Нулевая защита (РН);

4) Защита от перенапряжения (R7 и диод)= .

В схеме предусмотрены следующие блокировки:

1) Механическая блокировка реверсивных контакторов КВ и= КН (исключает их одновременное включение);

2) Путевая блокировка с помощью конечных выключателей= ВКВ и ВКН;

3) Внутренняя технологическая блокировка с помощью ре= ле РДВ и РДН.

1.= 1.2      = Станция управления ПУ65-20

Станция управления ПУ65-20 предназначена для управлен= ия АД с фазным ротором средней и большой мощности, работающего в напряженном (повторно-кратковременном, до 1200 вкл/час) режиме (поэтому цепь управления= на постоянном токе).

Схема станции управления имеет три положения вперед и назад, и обеспечевает двухступенчатый пуск двигателя до ЕХ в функции времен= и, останов при динамическом торможении в функции времени в две ступени, реверс= с торможением противовключением в функции скорости и последовательным разгоно= м в другую сторону в две ступени в функции времени.

На рисунке 2.52 приняты обозначения: РП, КП – реле и контактор противовключения; РБ – реле блокировочное (для обеспечения прерыв= ание режима динамического торможения и повторного пуска в том же направлении).

Установившийся режим: ключ управления в пол= ожении “1”, двигатель находится на ИХ1 с сопротивлением (R1+R2+R3); ключ управления в положении “2”, двигатель находится на ИХ2 с сопротивле= нием (R2+R3); ключ управления в положении “3”, включается КУ1 и КУ2 – двигатель = выходит на ЕХ.

Рисунок 2.52

Пуск в две ступени в функции времени

Исходное состояние:<= /span> включены РУ1, РУ2 и, если КУ в положении “0”, то включается РН.

Ключ управления в положении “3”: включается КВ и КЛ, статор подключается к питающей сети, включаются РДТ и КМТ – двигатель растормаживается. Т.к. напряжение приложенное к катушке реле противовключен= ия недостаточно для её включения, контактор КП замкнут – шунтируется R1 и двигатель разгоняется по ИХ2, и одновременно происходит отсчет уставки РУ2 = (t =3D t_у1+t_у2), по истечении которой включается КУ2 – зашунтируются все сопротивления и двигатель выйдет на ЕХ (= см. рисунок 2.53).

Останов двигателя

Ключ управления в положении “0” – двигатель перейдет в режим динамического торможения (две ступени в функции времени): в первый мо= мент времени отключается КВ и КЛ, статор отключается от питающей сети, отключается КМТ и накладывается механический тормоз.

Отключается РДТ и начинается отсчет уставки контакта = РДТ. Отключается КП, КУ1 и КУ2, что вызывает ввод в ротор полного сопротивления и включение РУ1, РУ2.

Включается КДТ, главные контакты которого включают ст= атор на постоянный ток, а блок-контакты вклбчают контактор КП. Последнее вызывает шунтирование R1 и начало отсчета уставки РУ1.

Динамическое торможение начинается на ИХ_дт (см. рисунок 2.54) с сопротивлением (R2+R3), которые будут выведены в функции времени, в результ= ате включения КУ1 и КУ2.

Отключение КДТ должно произойти после останова двигат= еля, т.е. t_у^{РДТ =}> t_дт.<= /span>

Режим прерывания динамического торможения и пуск в то= м же направлении

Для реализации этого режима в схему введено блокирово= чное реле РБ. В первый момент времени приложенное к КВ и РБ напряжение вызовет включение РБ (т.к. сопротивление РБ гораздо больше сопротивления КВ), котор= ое отключит катушку КДТ, главные контакты которого отключат статор от постоянн= ого тока, а блок-контакты отключат катушки КП, КУ1 и КУ2. При этом прекращается режим динамического торможения и вводится полное сопротивление в цепь ротор= а. Замкнувшийся контакт КДТ вызовет включение контактора КВ и шунтирование РБ. Чтобы контактор КДТ вновь не включился его отключенное состояние подтвержда= ется разомкнувшимся контактом КВ. После включения КВ включается КЛ, КП, КМТ и начинается разгон в прежнем направлении в облегченном режиме (т.к. скорость= на валу

Рисунок 2.54

не равна нулю).

Рисунок 2.53

Реверс

При переводе КУ в противоположное направление отключа= ется КВ и включается КН, что вызовет изменение чередования фаз статора. Напряжен= ие на кольцах ротора будет достаточным, что бы включилось РП, поэтому цепь контакторов КП, КУ1, КУ2 будет отключена разомкнувшимся контактом РП. В цепи ротора будет полное сопротив= ление и начнется режим торможения противовключением. При скорости близкой нулю РП отключится, что вызовет включение КП и шунтирование ступени противовключени= я. При этом будет продолжаться торможение противовключением, а при W=3D0 начнется разгон двигателя в противоположном направлении в функции времени (см. рисунок 2.55).

Рисунок 2.55<= /p>

Торможение противовключением осуществляется в функции скорости, которая контролируется косвенно по напряжению на роторе с помощью реле противовключения РП.

В схеме предусмотрены следующие защиты:

1) Максимальная токовая защита ( РМ1¸= РМ4, ПР1, ПР2);

2) Нулевая защита (РН).

В схеме предусмотрены следующие блокировки:

1) Механическая блокировка реверсивных контактов КВ и= КН;

2) Путевая блокировка с помощью конечных выключателей= ВКВ и ВКН;

3) Внутренняя технологическая блокировка с помощью ре= ле РБ.

Общим недостатком всех разомкнутых систем является отсутствие достоверной информа= ции о регулируемой величине, жесткость механических характеристик не лучше, чем= на естественной характеристике. Все современные системы с управляемыми преобразователями работают по замкнутой структуре.<= o:p>

2&nb= sp;         Элементы замкнутых систем АЭП постоянного тока

2.1&= nbsp;      ДПТ как элемент замкнутой СА= Р

                                       =

= Рисунок 3.1                                              =             Рисунок 3.2

Изображение двигателя = постоянного тока в структурных схемах представлено на рисунке 3.1.
Передаточная функция двигателя при однозонном регулировании скорости

.

2.= 1.1      = Передаточная функция при однозонном регулировании скорости

U_я =3D var (изменяется от ну= ля до U_ян); U_в =3D соnst (U_вн).

В соответствии со схем= ой замещения электродвигателя при питании от идеального источника, представленной на рису= нке 3.2 можно записать систему уравнений

Принимаем R_{n =3D 0;
L_n =3D 0;}

где   – механическая постоянная времени;

– электромагнит= ная постоянная времени;

.

Перейдем к изображению= по Лапласу при нулевых начальных условиях

При Мс =3D 0

– передаточная ф= ункция двигателя постоянного тока однозонного регулирования.

Из выражения видно, чт= о ДПТ – колебательное звено второго порядка. Реакция на скачок задающего сигнала приведена на рисунке 3.3.

а) Тм > 4 Тэ

<= o:p>

<= o:p>

– апериодиче= ское звено второго порядка.

Реакция на скачок зада= ющего сигнала приведена на рисунке 3.4.<= o:p>

б) Тм >> Тэ; TэТм = ® 0

Реакция на скачок зада= ющего сигнала приведена на рисунке 3.5.<= o:p>

Такие передаточные функции и траектории отработки скачка (реакция на скачок задаю= щего сигнала) будут иметь место только в том случае, когда не накладывается ограничений на внутреннюю координату (ток двигателя); реально ограничивают = ток до определенного уровня. Такой вид передаточной функции используется только= для систем АЭП с высокомоментным двигателем и микромашинами.<= /p>
Как правило, применяют развернутую структурную схему, т.к. в процессе регулирования скорости осуществляется и контроль поддержания тока двигателя на допустимом уровне.<= o:p>



Рисунок 3.3                      Рисунок 3.4                      =       Рисунок 3.5

2.= 1.2      = Развернутая структурная схем= а для однозонного АЭП

&nbs= p;

Развернутая структурная схема ДПТ представлена на рисунке 3.6, где принято обозначение – ДТЯ – датчик тока якоря.

Рисунок 3.6 – Развернутая структурная схема ДПТ

Wяц(р) =3D ?

– пропорциональн= ое звено.

Реально силовой преобразователь имеет внутреннее сопротивление не равное нулю (R_n¹0; L_n¹0).<= /p>
Схема замещения электродвигателя с реальным преобразователем представлена на рисунке 3.7.

                      =

                                         Рисунок 3.8

Для упрощения последую= щего анализа и расчета передаточной функции двигателя ее находят по отношению ЭД= С на преобразователе.

<= /o:p>

.

В этом случае сопротив= ления, вносимые преобразователем, включают в якорную цепь двигателя (= рисунок 3.8).

В соответствии с рисун= ком 3.9, развернутая структурная схема ДПТ изменится.

Рисунок 3.9 – Развернутая структурная схема ДПТ

,

где J_ПР – момент инерции привода (J_ПР= £ 1.2 J_д);

J_м– момент инерции механизм= а.

T_м_ПР» 2.4 Т_м.

2.= 1.3      = Развернутая структурная схем= а для двухзонного АЭП

Рисунок 3.10

Структурная схема двигателя для двухзонного регулирования представлена на рисунке 3.10.<= /o:p>

Первая зона регулирова= ния:

U_в =3D U_вн; U_=
я =3D var (изменяется от нуля до U_ян).

Вторая зона регулирования:

U_я =3D U_ян; U_=
в =3D var (изменяется от U_вн до U_{в мин}).=

Для двухзонного регулирования найдем передаточную функцию звеньев, осуществляющ= их регулирование скорости за счет ослабления поля, и дополним ими структурную схему двигателя для однозонного регулирования.

Схема замещения цепи о= бмотки возбуждения двигателя представлена на рисунке 3.11, где приняты обозначения= : = L_s – индуктивность рассеиван= ия; L_в – индуктивность основного= потокосцепления; R_вт – сопротивление, учитыва= ющее действие вихревых токов; R_в= – омическое сопротивление цепи обмотки возбуждения; L_пв, R_пв – индуктивность и сопротивление преобразовательн= ой цепи обмотки

= Рисунок 3.11 – Схема замещения цепи обмотки возбуждения

возбуждения.

Найдем связь между Eпв(р) и I_m(p).=

Внутреннее сопротивлен= ие источника (активное и индуктивное) будут отнесены к обмотке возбуждения.

где – постоянная вре= мени рассеяния;

– постоянная вре= мени основного потокосцепления;

– постоянная вре= мени контура вихревых токов.

T_s = ® 0; T_ВТ= ® 0 – этими постоянными времени можно пренебречь.

Т_В_S =3D Т_ВТ + = Т_s + T_в;

Рисунок 3.12

В результате пол= учаем развернутую структурную схему цепи обмотки возбуждения (см. рисунок 3.12).<= o:p>

Равенство Im(р) =3D I_в(р) – только в установивше= мся режиме, когда р =3D 0. В соответствии с рисунком 3.13, в динамических режим= ах ток I_=
m всегда отстает от ток= а I_в.

Рисунок 3.13

– коэффициент пе= редачи магнитной цепи (см. рисунок 3.14).

Рисунок 3.14

Ри= сунок 3.15 – Полная структурная схема двигателя при двухзонном регулировании скорости

Полная структурн= ая схема двигателя при двухзонном регулировании скорости представлена на рисун= ке 3.15, где приняты обозначения: ДП – датчик потока; МЦ – магнитная цепь обмо= тки возбуждения; C_е – множительное устройство; T_м^’ – постоянная времени при ослабленном потоке.

.

Недостатки схемы:

– если поток уменьшить вдвое, то постоянная времени увеличится в четыре раза<= o:p>

.

– проблемы при суммиро= вании:<= o:p>

при М_с =3D const

,

где I_C(1), I_C(2) – статические токи первой и второй зоны регулирования.

.

Структурная схема двиг= ателя, выраженная через момент двигателя и момент статической награзки более удобн= а и применяется чаще (см. рисунок 3.16).

Рисунок 3.16 – Структурная схема двигателя, выраженная через моменты двигателя и статической нагрузки

Уравнение равновесия моментов

Несмотря на то, что коэффициент в электромеханической части двигателя на данной структурной схе= ме постоянен коэффициент передачи в контуре регулирования скорости будет умень= шаться при ослаблении потока.

2.2&= nbsp;      Силовые преобразователи, как элемент САР

В качестве силов= ых преобразователей в системах АЭП постоянного тока применяются преобразователи следующих групп:

а) электромашинные преобразователи

1) генератор постоянно= го тока (ГПТ);

2) электромашинный уси= литель (ЭМУ) (Р_ЭМУ £= 11кВт; P_ГПТ» 100МВт).

Эти преобразователи применяются в старых системах АЭП, либо в мощных уникальных системах АЭП (используют ГПТ, Р ³<= /span> 10МВт).

б) магнитовентильные преобразователи

- силовой магнитный ус= илитель (100Вт ¸= 100кВт);

в) ионные преобразоват= ели;

- ртутные вентили, игн= итроны (100кВт ¸= 10МВт);

г) полупроводниковые преобразователи

1) транзисторные (до 300кВт);

2) тиристорные (до 25М= Вт).<= o:p>

Полупроводниковые преобразователи преобразуют:

– нерегулируемое постоянное в регулируемое постоянное напряжение (ШИП, 1Вт = ¸ 300кВт);

Рисунок 3.17

– нерегулируемое переменное в регулируемое постоянное напряжение (ведомые сетью управляемые выпрямители, 100Вт ¸= 25МВт).

ШИП (широтно-импульсный преобразователь)

Регулирование выходного напряжения в ШИП осуществляется за счет изменения скважности (относительно продолжительности включенного состояния).

Транзисторы в этих преобразователях работают в ключевом режиме, а тиристоры должны иметь узлы искусственной коммутации.

Нереверсивный ШИП представлен на рисунке 3.17, где VD2 – защищает транзистор от перенапряжени= я.

Режим непрерывного тока (РНТ) – квазиустановившийся режим приведен на рисунке 3.18, где g – относительная продолжительность включенного состояния.

Рисунок 3.18

f₀₌=3D 500Гц –10кГц;

g =3D 0= ¸1; <= /p>

Е_d=3D 0¸E₀;

.

Структурная схема ШИМ приведена на рисунке 3.19, где при= няты обозначения: СУ – система управления ШИП; СЦ – силовая цепь. =

Рисунок 3.19

В соответствии с рисунком 3.19, можно построить регулировочную характеристику (см. рисунок 3.20).

Рисунок 3.20

&n= bsp;

= Рисунок 3.21

Внешняя характер= истика представлена на рисунке 3.21, где приняты обозначе= ния: РПТ – режим прерывистых токов; РНТ – режим непрерывных токов.

– звено чистого запаздывания.

Разложим в ряд

.

Рисунок 3.22

Как правило, для увеличения помехоустойчивости системы, на входе ШИП ставят фил= ьтр (см. рисунок 3.23).

Рисунок 3.23

,

где Т_Ф=3D (1 ¸= 5)мс, Т_Ф >> t.

.

На объектах с большой инерционностью, инерционностью самого ШИП можно пренебречь

.

Область применения ШИП= – быстродействующие системы АЭП.

Управляемые выпрямители

Регулирование выходного напряжения ведомых сетью тиристорных преобразователей осуществляе= тся за счет задержки включения тиристоров относительно точки естественного включения (a – угол управления).

a_MIN £ a = £ a_MAX,

где a_MIN =3D (10¸15)⁰эл, что= бы не перескочить за точку естественной коммутации;

a_MAX =3D (150¸165)⁰эл, чт= обы не было опрокидывания инвертора.

Базовой схемой является мостовая (1кВт¸= 1МВт), m₂ = =3D 6 (пульсность выходных напряжений гармоник входного тока: 5, 7, 11, 13 и т.д.= ). Применяется параллельное соединение двух мостов (1МВт¸6.3МВт), m₂= =3D 12 (пульсность выходных напряжений гармоник входного тока: 1 , 11, 13, 23, 25 и т.д.). Более 6,3МВт применяется сх= ема m₂ =3D 24 (гармоники входного тока: 1 , 23, 25, 47, 49 и т.д.).

Внешняя характеристика неуправляемого выпрямителя представлена на рисунке 3.24, где принято обозна= чение – ОХИ – ограничительная характеристика инвертора.

Рисунок 3.24

РНТ: = ;

ОХИ: ,

где d – угол выключения тиристора, при d =3D 10⁼эл. град. – восстановление запирающих свойств выключенного тиристора.

Рисунок 3.25

На рисунке 3.25 представлена структурная схема ведомого сетью тиристорного преобразователя, где приняты обозначения: ТП – тиристорный прео= бразователь; УВ – управляемый выпрямитель; СИФУ – система импульсно-фазового управления;= СЧ – силовая часть. В соответствии с рисунком 3.25, регулировочные характерист= ики ведомых сетью тиристорных преобразователей будут иметь вид, представленный = на рисунке 3.26.

Рисунок 3.26

2.2.1        Регулировочные характеристики вентильных преобразователей при различных опорных напряжениях СИФУ
&nbs= p;

Структурная схема СИФУ= с пилообразным опорным напряжением представлена на рисунке 3.27, где приняты обозначения: ГПН – генератор пилообразного напряжения (см. рисунок 3.28); УО – управляющий орган; U₀ – напряжение смешения; НО – нуль-орган; ФДИ – формирователь длительности импульса (t_УИ – время управляющего импульса; t_=
УИ =3D (250 ¸= 350)мкс).<= /span>

Рисунок 3.27

Рисунок 3.28=

Регулировочная характеристика СИФУ

.

В соответствии с уравн= ением, регулировочная характеристика СИФУ линейная (см. рисунок 3.29). На рисунке характеристика 1 – при a =3D 90⁰, 2 – при = a > 90⁰, .

Пусть и U_У =3D 0, тогда <= /span>

.

При a =3D 90⁰ , E_d =3D E= _d0cosa =3D 0; реально = a чуть больше 90^0<=
/sup>.

.

Регулировочная характеристика тиристорного преобразователя в целом E_d=3Df(a) нелинейная (косинусоидальная).

Рисунок 3.31

В соответств= ии с уравнением регулировочная характеристика тиристорного преобразователя будет иметь вид, представленный на рисунке 3.30.

Рисунок 3.29                                          Рисунок 3.30

Коэффициент передачи тиристорного преобразователя (см. рисунок 3.31):

;

.

Пример – U_ДН =3D 220В ® U_do @ 260В; U_ОП =3D 10В

При расчете систем регулирования ориентируются на максимальное значение a. Если тиристорный преобразователь работа= ет, обеспечивая стабилизацию тока, то в расчетах следует подставлять то значени= е k_ТП, которое будет иметь тиристорный преобразователь при данном угле управления.= В двухзонных электроприводах, при оптимизации контура тока возбуждения ориентируются на максимальный k_ТП_max, который обычно бывае= т при ослабленном потоке.

Принцип работы СИФУ с синусоидальным опорным напряжением= отражен на рисунке 3.32.

Рисунок 3.32

Найдем зависимос= ть a=3Df (U_{<=
span
style=3D'font-size:12.0pt;mso-bidi-font-size:10.0pt;text-transform:uppercas=
e'>У})

.

Характеристика СИФУ в = данном случае нелинейная (см. рисунок 3.33).

Рисунок 3.33                                           =                  Рисунок 3.34

Регулировочная характеристика тиристорного преобразователя линейная

;

.

При a₀ =3D 90⁰ (U= ₀ =3D 0) (см. рисунок 3.34)

.

Рисунок 3.35

Коэффициент пере= дачи (см. рисунок 3.35)

.

Линейная регулировочная характеристика тиристорного преобразователя предпочтительна для САР, т.к. с такой характеристикой звено имеет постоянный коэффициент во всем рабочем диапазоне.

Преобразователь с синусоидальным опорным напряжением применяется в системах тиристорного элек= тропривода большой мощности, в которых очень важным становится вопрос использования тиристорного преобразователя по напряжению и в котором угол a приближен к границам диапазонов (= a_MIN; a_MAX).
Режим непрерывного тока является основным для электроприводов большой и средней мощности. В электроприводе малой мощности режим прерывистого тока существен= ен. В этих системах электропривода регулировочные характеристики силовой части преобразователя являются не только нелинейными (косинусоидальными), но и однозначными, что делает неоднозначными регулировочные характеристики преоб= разователя в целом.

2.= 2.2      = Передаточная функция<= /h3>
Динамические свойства тиристорного преобразователя определяются его тремя специфическими особенностями:

а) тиристорный преобразователь – звено дискретное (импульс управления на тиристор формируе= тся в определенные моменты времени);

б) тиристорный преобразователь – звено полууправляемое (включение тиристора осуществляется подачей управляющего импульса, а отключение при снижении тока до нуля);

в) реакция тиристорного преобразователя на изменение угла управления = a в сторону выпрямитель= ного или инверторного режимов не одинакова (на перевод угла управления в сторону выпрямительного режима тиристорный преобразователь реагирует быстрее, а пер= евод тиристорного преобразователя в инверторный режим идет по синусоиде последне= й, включившейся фазы (нулевая схема)).

В силу этих особенностей тиристорный преобразо= ватель – нелинейное звено.

Если частота входного управляющего сигнала меньше критической (= w £ w_КР), то нелинейными свой= ствами преобразователя можно пренебречь, и считать его апериодическим звеном перво= го порядка с передаточной функцией

;

,

где   Т<= sub>Ф – постоянная времени фильтра, включенного на входе СИФУ Т_Ф = » 3мс;

Т_{ССЗ<=
/sub>
– время среднестатистического запаздывания, которое дает силовая схема
преобразователя; Т_ССЗ =3D Т_С / 2m , Т_С – период сети Т_{С =3D
1/f_C; Т_ССЗ =3D 3,33мс (трехфазная нулевая схема); ТССЗ}
=3D 1,7мс (трехфазная мостовая схема).}

Если частота среза кон= тура, в котором работает тиристорный преобразователь значительно меньше критическ= ой (w << = w_КР), то передаточная фун= кция может быть представлена

W_ТП =3D kТП.

2.= 2.3      = Реверсивный вентильный преобразователь с раздельным управлением

Реверсивные тиристорные преобразователи применяются в тех системах электропривода, где требуется изменение знака момента. Последнее достигается либо за счет включения реверсивного тиристорного преобразователя в обмотку якоря, либо в обмотку возбуждения. Более экономичным является включение реверсивного тиристорного преобразователя в обмотку возбуждения, но включение в обмотку якоря повышает быстродействие системы.

Управление реверсивными комплектами тиристорных преобразователей может быть раздельным или совместн= ым.

Принципы раздельного управления:

а) управляющие импульсы следует подавать только на один (работающий) комплект;

б) снимать управляющие импульсы можно только при отсутствии тока в силовой цепи (снятие управляющих импульсов в инверто= рном режиме вызовет опрокидывание инвертора);

в) при переключении комплектов следует отсчитывать паузу на восстановление запирающих свойств р= анее включенных тиристоров

1)      Dt_П =3D Т_С/m – когда датчик нуля тока построен на базе датчика тока и нуль-органа;

2)      Dt_П =3D10 эл. град. – когда дат= чик нуля тока построен на базе датчика проводимости вентиля.<= /p>
Функциональная схема реверсивного ЭП с раздельным управлением комплекта тиристорного реверсивного преобразователя представлена на рисунке 3.36, где приняты обозначения: = ЛПУ – логическое переключающее устройство (если в схеме нет реактора, то управлен= ие раздельное); ДНТ – датчик нуля тока; СРЭ – система регулирования ЭП<= span lang=3DEN-US style=3D'font-size:12.0pt;mso-bidi-font-size:10.0pt;mso-ansi-l= anguage: EN-US'>; = РТ – регулятор тока; РС – регулятор скорости; ДТ – датчик тока (д= атчик тока состоит из первичного датчика-шунта RS и усилителя УДТ); RS – первичный датчик шунта; УДТ – усилитель датчика тока.

В системах с подчиненн= ым регулированием выходной сигнал регулятора скорости является задающим для контура тока и его уровень (U_=
зт) определяет величину тока, а знак направление тока. Поэтому этот сигнал исключается при выборе нужного для работы комплекта.

Диаграмма сигналов управления реверсивными комплектами ТП представлена на рисунке 3.37, где приняты обозначения: Е_d1^ВР – ЭДС в выпрямительном реж= име; Е – противо ЭДС двигателя.

Рисунок= 3.36

Рисунок= 3.37

Процесс гашения тока п= ри Е_d1^ВР<Е.

Виды ЛПУ:

– позиционные (2-х и 3= -х позиционные);

– сканирующего типа;

– комбинированные.

1) Позиционные управляются сигналом из системы регулир= ования ЭП.

У 3-х позиционных если= ½U_зт= ½< U_порог, к₂ и к₁ – разомкн.; U= _зт>U_порог, к₁ – замкн., к₂ – разомкн.; U_зт&l= t;U_порог, к₂ – замкн., к₁ – разомкн. (см. рисунок 3.38).

У 2-х позиционных ЛПУ имеется комплект, который включен при любом сигнале задания (см. рисунок 3.= 39).

&n= bsp;

Рисунок 3.38                                            Рисунок 3.39

2) ЛПУ сканирующего ти= па.

Для работы ЛПУ этого т= ипа сигналы системы регулирования ЭП не требуются. Эти ЛПУ поочередно разрешают работу одному, либо другому комплекту до тех пор, пока один из комплектов не заблокируется непрерывным током, для этого достаточно прохождения не менее = 2-х импульсов тока.

Диаграмма работы ЛПУ сканирующего типа представлена на рисунке 3.40, где приняты обозначения: t<= sub>0 – время отброса; = q – задержка на отработ= ку необходимого в данный момент тока на время не более чем t₀.=

Рисунок 3.40

3)Комбинированное ЛПУ = (см. рисунок 3.41).

<= /p>
<= /p>
<= /p>
<= /p>
<= /p>
<= /p>
<= /p>
<= /p>
<= /p>
<= /p>
<= /p>
<= /p>
<= /p>
<= /p>
<= /p>
<= /p>
<= /p>
<= /p>
Ри= сунок 3.41

Когда ½U_зт= ½< U_порог, то сканирующий режим= ; ½U_зт= ½>U_порог – позиционный режим.

Датчики нуля тока (ДНТ)

Датчики нуля тока фиксируют отсутствие т= ока в силовой цепи.

1) На базе датчика ток= а (ДТ)

U_дтн =3D 1 ® I_d =3D 0;<= /span>

U_дтн =3D 0 ® I_d = ¹ 0.<= /p>
Датчик нуля тока н= а базе датчика тока представлен на рисунке 3.42, где приняты обозначения: К – компаратор; ВМ – выявитель модуля.

Р= исунок 3.42

Из-за конечной чувствительности датчика информация об отсутствии тока может формироваться = при наличии очень малого тока. С такими ДНТ пауза при переключении (Dt_п) должна быть больше или равна пульсности преобразователя, чтобы ток наверняка упал до нуля.

2) На базе датчиков проводимости вентилей (ДПВ)

Принцип работы датчиков данного типа состоит в том, что контролируется напряжение на тиристорах реверсивных комплектов.

Если на всех тиристора= х U>U_пор (25В), значит все тиристоры выключены, ток в силовой цепи отсутствует. ДПВ косвенно определяет отсутствие тока в цепи.

В мостовых реверсивных преобразователях достаточно контролировать напряжение на какой-то одной гру= ппе тиристоров (см. рисунок 3.43).

Р= исунок 3.43

На рисунке 3.43 принято обозначение – ДН – датчик напряжения.

U_дн=3D 1 когда U_vs>U_пор.

Этот датчик формирует = сигнал об отсутствии тока с гарантией (т.к. U_vs=3D1,5¸2В).=

Рисунок 3.44

Недостаток: формирование ложного сигнала о наличии тока в моменты прохождения фазных на= пряжений через ноль (см. рисунок 3.44).

Статические характери= стики преобразователя с раздельным управлением представлены на рисунке 3.45.

a_I + a_II =3D 180°эл. – раздельное несогласованное управлен= ие;

a_I + a_II > 180°эл. – раздельное согласованное управление, что представлено на рисунке 3.45.

а)=                                               =                              б)

Рисунок 3.45 – а) внешняя характеристика;

б) регулировочная характеристика

Достоинство – отсутствие уравнительных реакто= ров в силовой цепи.

Недостатки:

- меньшее быстродействие, чем в преобразователях с совместным управлением, т.к. процессы в реверсивных комп= лектах протекают последовательно;

- наличие зоны прерывистых токов, что вы= зывает нелинейность внешних характеристик.

2.= 2.4      = Реверсивные тиристорные преобразователи с совместным управлением

При совместном управле= нии импульсы поступают на оба комплекта тиристоров.

Рассмотрим принцип раб= оты на примере 3-х фазного нулевого преобразователя (см. рисунок 3.46).=

Рису= нок 3.46

На рисунке приняты обозначения: ИУ – инвертирующий усилитель (к =3D 1)

а) если U_у =3D 0, то a₁ =3D a₀₁ , a₂ =3D a₀₂.

a₁ + a₂ =3D 180°эл. – совместное согласованное; a₁ + a₂ >180°эл. – совместное несогласованное;

б) если U_у > 0, то = a₁ ® ВР (= a₁ < a₀₁) , a₂ ® ИР (= a₂ > a₀₂);
в) если U_у < 0, то = a₁ ® ИР (= a₁ > a₀₁) , a₂ ® BР (= a₂ < a₀₂).
L₁, L₂₌ – уравнительные реакторы, которые ограничивают на допустимом уровне уравнительный ток, который протекает всегда в одном направлении от (I) к (I= I) минуя цепь нагрузки.

Уравнительные реакторы= могут быть насыщающиеся и ненасыщающиеся. Первые легче и насыщаются только током нагрузки, вторые – одновременно выполняют роль сглаживающего дросселя, боль= шие габариты.

Рисунок 3.47

Диаграмма уравнительных токов и напряжений представлена на рисунке 3.47, где

= a₁ =3D 60°эл. (ВР),

= a₂ =3D 120°эл. (ИР),

= a₁ + a₂ =3D 180°эл.

Е_d1 =3D E_d0×cosa₁;

Е_d2 =3D E_d0×cosa₂ =3D E_d0×cos(180 - a₁) =3D

=3D –E_d0= ×cosa₁, т.е. ½E_d1<= span style=3D'font-size:12.0pt;mso-bidi-font-size:10.0pt;font-family:Symbol; mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:"Times New Ro= man"; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol'>½ =3D ½E_d2<= span style=3D'font-size:12.0pt;mso-bidi-font-size:10.0pt;font-family:Symbol; mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:"Times New Ro= man"; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol'>½;

е_у=
р =3D е₁–е₂ =3D е_л.

Причина статических уравнительных токов заключается в неравенстве мгновенных ЭДС комплектов. При совместном согласованном управлении (+) и (–) площади одинаковы, поэтому уравнительный ток имеет гранично-непрерывный характер.

При любом согласовании реверсивных комплектов ЭДС первого комплекта не должна превышать по модулю ЭДС второго комплекта, в этом случае в уравнительной ЭДС будет отсутствовать постоянная составляющая и поэтому ограничение уравнительного тока можно обеспечить за счет включения только индуктивных элементов.

i_ур = £ 30%I_н.

В каждый момент времен= и к нагрузке подключен тот или иной комплект (неработающий в данный момент комп= лект прогружен только I_ур). Если ЭП в двигательном режиме, то к нагру= зке подключен выпрямительный комплект, если в тормозном режиме, то инвертирующий комплект (см. рисунок 3.48).

Рисунок 3.48 – Внешн= ие и регулировочные характеристики при совместном несогласованном управлении

Рисунок 3.49 – Внешн= ие и регулировочные характеристики при совместном несогласованном управлении

Снижение массогабаритн= ых показателей уравнительных реакторов и уравнительного тока достигается за сч= ет применения несогласованного совместного управления (a₁ + a₂ > 180= °эл.). Но в этом случае уравнительный ток имеет прерывистый характер, т.к. S₍₊₎ < S(–), внешние характеристики преобразователя,= при этом будут иметь зону ПТ, а регулировочная характеристика – неоднозначность (см. рисунок 3.49).

a_{0 (1,2)} =3D 90⁰эл.= (a_min =3D p–= a_max) – совместное согласо= ванное управление;

= a_{0 (1,2)} > 90^{0<=
/sup>эл.
– совместное несогласованное управление.}

Особенности динамическ= их режимов реверсивных преобразователей с совместным управлением.

Рисунок= 3.50

Из-за неодинаковости перехода в ВР и в ИР в преобразователях с совместным управлением имеет место динамический уравнительный ток (см. рисунок 3.50).

На рисунке при U_{<=
span
style=3D'text-transform:uppercase'>у1} a₂ =3D 120⁰эл= ., a₁ =3D 60⁰эл.= , при U_у2 a₁ =3D 120⁰эл= ., a₂ =3D 60⁰эл.= В ИР комплект переходит по синусоиде, а в ВР практически мгновенно. Это вызывает= в е_ур нескомпенсированной площади S₍₊₎, которая вызывает бросок тока I_ур
дин > 2I_{ст др=}.

Для уменьшения I_{ур дин} на входе СИФУ (на выходе системы регулирования) ставят фильтр с постоянной времени (5= ¸7)мс, который сглажива= ет скачки сигнала управления U_у. В этом случае переход в ВР затягивается, неодинаковость выравнивается и исключается причина, вызывающа= я I_{ур дин}. Но при этом снижается быстродействие реверсив= ного преобразователя в целом.

Достоинства:

- при совместном согласованном управлении отсутствует зона ПТ, внешние характеристики линейны и однозначны регулировочные;

- максимальное быстродействие;

- при совместном несогласованном управле= нии меньшее значение I_ур, меньше габариты уравнительных реакторов.

Недостатки:

- наличие I_ур и уравнительных реакторов в силовой цепи;

- невозможно предельное использование преобразователей по установленной мощности (из-за связи a_min =3D p–= a_max).
Область применения – Э= П с малой и средней мощностью, где требуется быстродействие.<= /p>

2.3&= nbsp;      Регуляторы

Регуляторы предназначе= ны для суммирования задающего сигнала и сигналов обратной связи, а также для формирования статических и динамических характеристик замкнутой системы.

Регуляторы строятся на операционных усилителях (ОУ) в интегральном исполнении. ОУ имеет пять основ= ных выводов (см. рисунок 3.51):

- два для входных сигн= алов;

- один выходной;<= /o:p>

- два для подключения к источнику питания.