Билет №49

1. Построение и принцип работы системы ПЧ-АД с автономным инвертором напряжения.

В наст. время основным вариантом регулирования ЭП становится ЭП переменного тока. Его широк. Применения в промыш. стало возможным в связи с развитием как силовой полупроводниковой техники, так и микропроцессорной, с помощью которых можно реализовать весьма сложные процессы управ-я дв-лем. Наиболее распростр. Приводом явл-ся привод на основе системы ПЧ – АД.

Основной разновидностью этих ЭП явл-ся ПЧ – АД с АИН (с автономным инвертором напряжения)

Схема силовой части АИН

В простейшем случае АИН имеет неуправляемый инвертор.

Инвертор образован в IJBT транзисторах в обратно шунтирующими диодами. При активно-индуктивной нагрузке наличие обратных диодов позволяет обеспечить обмен реактив. мощностью м/у двигателем и инвертором напряжения.

Формирование выходного напряжения и частоты может осущ-ся 2 способами:

1. Метод амплитудной модуляции, при котором амплитуда выходного напряжения и … , а частота изменения частоты переключения коммутирующих ключей.

2. При ШИМ выход. напряжение формируется изменением скважности работы ключей, в течение периода работы ключей и периодичности той скважности.

Рассмотрим АИН с амплитудной модуляцией :

В звене пост. тока предусмотрен управл. выпрямитель с системой управления и системой управления ключа инвертора, которая создает частоту.

Каждый ключ инвертора открыт в течение ½ периода выход. f , а каждый послед.смещен на 1/6 периода их работы на диаграмме 4.2

Диаграмма 4.2 - диаграммы выходных напряжений при АИМ (а) и ШИМ (б)

В результате работы ключей по такой диаграмме на обмотках фаз статора формируется ступенчат. кривые смещ. относит. друг от друга на 120 эл. градусов.

Регулирование амплитуды выход. напряж. осуществляется с помощью Ud, а регулирование f (частоты) - изменением длительности работы ключей.

При ШИМ изменение скважности импульсов на частоте модуляции происходит таким образом, что среднее значение за период модуляции воспроизводит синусоиду.

Если изменять период изменения скважности, то менять одновременно частоту выходного напряж.

Основным недостатком таких АИН явл-ся:

Значит. амплитуда переменной составляющей выходного напряжения.

Повышенное содержание высших гармоник обуславливает перенапряжение на статоре, что ведет к увеличению изоляции.

Высокая крутизна фронтов прямоуг. импульсов и большая протяж. кабеля (более 50м) меджу ПЧ и АД, вызывает высокие волновые процессы как в след. узкие … перенапряж., что обуславливает применения доп. фильтров.

Для АИН в которых требуется более высокий уровень амплитуды напряж, необходимо принять меры для сниж. амплитуды премен. составляющей. С этой целью разработаны трехточечные АИН, в которых применяются двойной комплект ключей и искусственная нулевая точка. Для того чтобы снизить емкость фильтов – конденсоторов и снизить амплитуду переменой соств. в звене ПТ применяют эквивалент. 12- пульсную схемы выпрямлению.

В трехточечных инверторах в зависимости от той, каким должны быть напряж. конкретный фазе, ключи подключают эту обмотку либо к нулевой шине, либо к половине звена пост. тока, либо полному напряж. Это позволяет заметно в несколько раз снизить амплитуду перемен. сост. выходного напряж. инвертора.

В установках больной мощности инвертора емкости составляют 1000 мкФ, и поэтому тр-ры звена пост. тока нельзя включать при незаряженных предварит. конденсаторов. Для мощных тр-тров еще предусматривается цепи подмагничивания обмоток тр-ра для исключения ударного тока при включении тр-ра. Т.к. конденсаторы большые, отключение АИН не означает что конденсаторы разряжены. Значител. емкость конденсаторов обуславливает установку параллельного им доп. резисторов, обычно фирмы изготовители оговаривают min время после которого обслуж. персонал может заниматься АИН после отключения.

Тормозной режим для при питании от АИН

В простейшем случае АИН с неупр. выпрям. для того чтобы перевести дв-ля в режим тормож. необходимо:

В генераторном режиме ЭДЯ ротора АД становиться больше и вступает в работу обратные диоды через которые АД подзаряжает фильтр. конденсатор, напряж. на котором начинает увеличиваться. чтобы этого не было в цепи пост. тока подключается тормоной резистор, ток через который руглуируется транзистором VT7 управляемого по принципу широтно-импульсной модуляции.

Для того чтобы обеспечить рекуперацию энергии в сеть, можно предусмотреть вариант реверсивного управляемого выпрямителя в цепи пост. тока и как только начинается режим торможения, вступает в работу другая вентильная группа работающая в инверт. режиме, что обеспечивает возврат энергии в сеть. Для возврата в четь предусмотрен автотрансформатор (схема 6.17)

Наиболее эффективна возможность рекуперации энергии в сеть с помощью блоков активных выпрямителей, у которых вместо диодов применяется IJBT – трансформаторы, управляющиеся по ШИМ. Эти блоки обладают способностью двунаправленной энергопередачи.

В связи с тем, что транзисторы в актив. выпрямит. работают по принципу ШИМ, между сетью и выпрямит. применяется синусоидальный выпрямитель.

В ЭП в которых режимы торможения необходимы, но случаются не часто можно применять тормозные резисторы. В механизмах, где часто требуются пуско-тормозные режимы необходимо применять блоки AFE или инвертор-выпрямитель.

2. Влияние ЭДС двигателя на работу токового контура, компенсация влияния ЭДС.

При построении контура тока внутренняя обратная связь по ЭДС не учитывались

(*)

С учетом ЭДС якорная цепь представляется как звено с передаточной функцией (*) содержащей дифференциальную часть.

В статических режимах контур тока оказывается статическим с коэф. усиления Т_м/(Т_м + 2Т_)

При разгоне от ЗИ увеличивается скоростная установившаяся (статическая) ошибка между заданной скоростью и фактической.

В динамике на вид переходного процесса оказывает влияние соотношения параметров Т_м, Т_э, Т_ .

Как правило внутренняя обратная связь увеличивает перерегулирования в токе заданной САР скорости.

Влияние внутренней обратной связи по ЭДС можно не учитывать если Т_м / Т_ = 8  10.

В качественных электроприводах для снижения отрицательного влияния обратной связи по ЭДС необходимо применять специальные меры. Для нейтрализации внутренней обратной связи по ЭДС, на дополнительный вход РТ или на дополнительный вход выходного пропорционального суммирующего регулятора тока (в КТЭ адаптивный регулятор тока).

3. Особенности режимов работы и требования к электроприводам механизмов экскаваторов. Варианты САР электроприводов.

По своим констркциям и особенностям ЭП делится на 2 группы:

1. Экскаватор мех. лопата.

2. Драглайн

По аналоги с мех. Кранов можно выделить основные механизмы:

1. Мех. Передвижения всего экс.;

2. Мех. Поворота платформы;

3. Мех. Подъема ковша;

4. Мех. Перемещения рукояти;

5. Мех. Открывания днища ковша;

Отличительной особенностью работы мех-ов экскаватора явл-ся то, что основной мех. связан с движением через упругие канаты и при нормальной работе возможен режим внезапного стопорения. При внезапном стопорении в упругих эл-тах кинематической схемы м/у двигателем и механизмом возникают электромеханические колебания.

Кинем. схема и ПП стопорения привед. на рис. 1.1

Рис 1.1 (а,б)

Степень колеб-ти ПП хар-ся коэфф-том динамичности, кот. Обозначается:

M12 – амплитуда колебаний момента, возникающие при стопорении.

ωнач – начальная скорость стопорения

С12 – коэф-т жесткости канатов.

J1 – момент инерции подвижной части, которая застопорилась.

Этот режим является нормальным при работе экскаватора.

Наиболее приемлемым в плане гашения упругих колебаний в ЭП достигается путем применения мех. хар-ки типа 3 (рис1.1 (б)) Достигается путем применения коэф-то отсечки: ;

Для мех-ов подъема Котс = 0,7 - 0,8; Для мех-ов поворота Котс = 0,85 - 1;

Для мех (подачи) напора Котс = 0.6 – 0,7

Мех–кая хар-ка должна иметь калон в начале. Жесткость хар-ки должна быть снижена в начальной зоне для того чтобы получить возможность оценить степень нагрузки мех-ма и вовремя исключить возможность внезапного стопорения.

Требования предъявляемые к ЭП экскаваторов:

1. Регулирование скорости в диапазоне минимум (4-10):1

2. Получение экскаваторной хар-ки с заданным коэф-том отсечки

3. Ограничение ускорений и рывков, что особенно актуально для поворота мех-ма экскаватора

4. Надежность работы в условиях далеко не простых окруж. Среды

5. Для мех-ма поворота Котс = 0,95 – 1, т.к. нет канатов в этом мех-ме. Это позволяет исключить возникновение значит. мех-ких усилий.

6. Удержание груженного ковша в заданном верхнем положении методом электрич. торможения.

Особенности ЭП

До наст. времени в экскаваторах используется система Г-Д. Обычно в машинном отделении на платформе устанав. 4х машинный агрегат: приводной синхронный дв-ль и 3 генератора (все на одном валу). Ген-ры питают дв-ли мех-ма поворота, напора. Возбуждение Д-лей и Ген-ро осущ-ся от тиристорных возбудителей. Питание синх-го дв-ля (U=3-6 кВ) осущ-ся с помощью шибкого высоковольтного кабеля. САР на последних моделях реализована по принципу подчин. регулирования (3х контурная) предусмотрен дополнительный внутр. контур регулирования напряжения ген-ров.

Так же для новых экскаваторов разработаг тир. пребоб – двигатель. В этом случае в машинном отделении устанавливается 4х обмоточный высоковольтный …?., а каждая обмотка обеспечивает питание 3х реверсив. тир. преобразователей соотвеств-щих мех-му экскаватора (подъем, поворот). Сар выполняется по традиц. Системк 2х контурной.

Комплектные тиристорные ЭП с системой автомат регулирования для общепромышл. использования не м.б. установлен на экскав-рах т.к. не проходит по ряду обстоятельств:

- температурный диапазон;

- гидрозащищенность;

- прочность элемента;

В наст. время в России фирма ОАО «Рудоавтоматика» выпускает спец. тирист. Преобразователи предназначенные для экс-ров типа ПТЭМ и на их базе ЭП типа КЭП-5 и КЭП-10, которые выдерживают условия эксплуатации.

Эта же фирма выпускает комплектные ЭП-ды для ЖП для системы ТВ (тир. возбуд.) - Г-Д для драглайнов ЭШ – 11РУ-У2, для карьерных ЭГ – РУ – У2

В наст. время появились опыты внедрения на экскаваторах частотно-регулируемого АЭП

Силовая схема ЭП экскаватора по системе ТПЧ-АИМ-АД