5. Начертите схему вертикальной одноканальной системы импульсно - фазового управления, объясните принцип её действия с помощью временных диаграмм.

Для управления тиристорами выпрямителя используется сис­тема импульсно-фазового управления (СИФУ), выполняющая следующие функции:

• определение моментов времени, в которые должны откры­ваться те или иные конкретные тиристоры; эти моменты време­ни задаются сигналом управления, который поступает с выхода САУ на вход СИФУ;

• формирование открывающих импульсов, передаваемых в нужные моменты времени на управляющие электроды тиристо­ров и имеющих требуемые амплитуду, мощность и длительность.

Рассмотрим работу вертикальной одноканальной СИФУ управляющей тиристорами однофазного мостового выпрямителя (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схема однофазного мостового выпрямителя

Генератор переменного напряжения ГПН запускается при поступлении с синхронизатора С напряжения (рисунок 2). Это происходит в тот момент, когда к тиристорам прикладывается прямое напряжение, т.е. в точках естественной коммутации.

Рисунок 2 – Схема вертикальной одноканальной СИФУ

С выхода ГПН напряжение пилообразной формы поступает на устройство сравнения УС, где оно сравнивается с напряжением управления U_у (рисунок 3). В момент равенства пилообразного и управляющего напряжений УС вырабатывает импульс, который через распределитель импульсов РИ поступает на формирователь импульсов ФИ1 или ФИ2 и дальше через выходной формирователь ВФ1 или ВФ2 на тиристоры выпрямителя. Выходные формирователи осуществляют усиление открывающих импульсов по мощности и потенциальное разделение СИФУ от силовой части. В качестве УС используется компаратор, выполненный на базе операционного усилителя.

Рисунок 3 – Диаграммы работы СИФУ

5. Приведите функциональную схему электропривода с трёхфазным нулевым реверсивным выпрямителем с совместным управлением и объясните принцип её действия.

При совместном управлении комплектами тиристоров, открывающие импульсы одновременно подаются на оба комплекта VS1, VS2, VS3 и VS4, VS5, VS6 (рисунок 1). При этом, в зависимости от направления вращения двигателя один комплект работает в выпрямительном режиме, а другой – в инверторном. Ток якоря протекает по комплекту, работающему в выпрямительном режиме.

Рисунок 1 – Совместное управление комплектами вентилей трёхфазного нулевого

реверсивного выпрямителя

Система управления тиристорами выпрямителя содержит две СИФУ (СИФУ1, СИФУ2) и аналоговый инвертор А1.

Если VS1, VS2, VS3 работают в выпрямительном режиме, а VS4, VS5, VS6 в инверторном, то двигатель вращается вперед. Если наоборот, то двигатель вращается назад.

Так как открывающие импульсы подаются на оба комплекта, то в схеме через два открытых вентиля, например VS1 и VS6, образуется замкнутый контур двух фаз вторичной обмотки транс­форматора TV1.

В этом контуре действует сумма ЭДС двух фаз вторичной обмот­ки, которая носит название уравнительной ЭДС:

где e₁, е₂ — выпрямленные ЭДС комплектов VS1...VS3 и VS4... VS6 соответственно.

Уравнительная ЭДС е_ур создает уравнительный ток I_ур. По отношению к уравнительному току трансформатор TV1 находится в режиме короткого замыкания, т.к. активное и индуктивное сопротивления трансформатора малы. Поэтому для ограничения уравнительного тока в цепь его протекания включаются уравнительные реакторы L1 и L2.

Помимо включения уравнительных реакторов ограничение уравнительного тока достигается путем согласованного управле­ния комплектами, при котором постоянная составляющая урав­нительной ЭДС Е_ур равна нулю, т.е.

E_ур = E₁ + E₂ = E₀(cosα₁ +cosα₂) = 0, (1)

где Е₁,Е₂ — постоянные составляющие ЭДС е₁ и e₂ соответствен­но; Е₀ — постоянная составляющая выпрямленной ЭДС при α = 0; α₁, α₂ — углы открывания комплектов VS1...VS3 и VS4... VS6.

Условие (1) будет выполняться, когда ₁ + ₂ =. Данное условие представляет собой условие согласованного управления комплектами тиристоров.

Совместное управление обладает следующими преимуществами:

• Уравнительные токи обеспечивают проводящее состояние обоих комплектов, независимо от величины тока нагрузки двигателей и как следствие линейность характеристик (нет режима прерывистых токов).

• Высоким быстродействием, благодаря постоянной готовности к реверсу тока, которая не связана с какими-либо переключениями в схеме.

Однако, при совместном управлении необходима установка уравнительных реакторов, что увеличивает массу, стоимость и габариты электропривода. Протекание уравнительных токов увеличивает нагрузку элементов силовой цепи и снижает КПД выпрямителя.

5. Начертите структурную схему электропривода с реверсивным выпрямителем с раздельным управлением и объясните принцип её действия.

В реверсивном выпрямителе с раз­дельным управлением при работе одного комплекта тиристоров в выпрямительном или инверторном режиме другой комплект полностью выведен из работы (сняты открывающие импульсы). Вследствие этого отсутствует контур прохождения уравнитель­ного тока, что исключает необходимость в уравнительных реак­торах.

Структурная схема электропривода с реверсивным вы­прямителем с раздельным управлением (РВРУ) приведена на рисунке 1. Работу РВРУ обеспечивают дополнительные элементы системы управления тиристорами: датчик проводимости венти­лей (ДПВ), логическое переключающее устройство (ЛПУ), пере­ключатель характеристики (ПХ).

Рисунок 1 – Структурная схема электропривода с реверсивным выпрямителем

с раздельным управлением

ДПВ предназначен для определения состояния (открыт или закрыт) тиристоров выпрямителя и формирования сигнала об их запирании, что равносильно отсутствию тока в комплектах.

ЛПУ выполняет следующие функции:

• выбирает нужный комплект вентилей «Вперед» или «На­зад» (КВ «В» или КВ «Н») в зависимости от требуемого направле­ния тока двигателя, задаваемого сигналом U_зт

• запрещает появление открывающих импульсов одновре­менно в обоих комплектах тиристоров посредством ключей «Впе­ред» («В») и «Назад» («Н»);

• запрещает подачу открывающих импульсов на вступающий в работу комплект до тех пор, пока в ранее работавшем комплек­те проходит ток;

• формирует временную паузу между моментом закрывания всех тиристоров ранее работавшего комплекта и моментом пода­чи открывающих импульсов на вступающий в работу комплект.

Переключатель характеристики служит для согласования однополярной регулировочной характеристики СИФУ α = ƒ(u_у) с реверсивным сигналом U_у.

Реверсирование двигателя начинается с изменения знака задания скорости, что вызывает изменение знака задания тока U_зт . Это приводит к уменьшению напряжения управления U_у, увеличению угла открывания α₁ тиристоров комплекта вентилей «Вперед», следовательно, уменьшению ЭДС Е₁ и, в итоге, снижению тока якоря до нуля. Закрывание вентилей фиксируется ДПВ. При получении сигнала с ДПВ, ЛПУ запрещает подачу импульсов на тиристоры обоих комплектов (размыкается «В»)и одновременно начинает отсчитывать временную паузу. После её окончания ЛПУ формирует разрешение на подачу открывающих импульсов на тиристоры комплекта вентилей «Назад» (замыкается «Н») и переключение ПХ. Переключение ПХ приводит к изменению полярности напряжения управления U_у на входе СИФУ. С этого момента на КВ «Н» начинает подаваться открывающий импульс с углом α₂, обеспечивающим работу комплекта в инверторном режиме. Так как ЭДС вращения больше Е₂, то ток якоря протекает в обратном направлении. Двигатель переходит в генераторный режим работы, осуществляя рекуперативное торможение.

Раздельное управление обладает следующими преимуще­ствами:

• отсутствуют уравнительные реакторы, что значительно сни­жает габариты, массу и стоимость реверсивного выпрямителя;

• отсутствует уравнительный ток, что уменьшает потери мощности в выпрямителе и повышает его КПД.

Недостатками раздельного уравнения являются:

• наличие режима прерывистого тока, что требует линеариза­ции характеристик управления выпрямителя;

• более сложная система управления из-за наличия ЛПУ, ДПВ и ПХ;

• наличие бестоковой паузы при переключении комплектов.

5. Приведите и опишите замкнутые структуры ЭП построенные по принципу компенсации внешних возмущений и принципу отклонения. Начертите структурную схему двухконтурной системы подчиненного регулирования электропривода постоянного тока и опишите ее блоки.

Замкнутые структурные ЭП строятся по принципу компенсации внешних возмущений и принципу отклонения, называемому также принципом обратной связи.

П ринцип компенсации рассмотрим на примере компенсации наиболее характерного внешнего возмущения электропривода – момента нагрузки Мс при регулировании его скорости ω (рисунок 1а).

а) б)

Рисунок 1 – Замкнутые структуры ЭП

Основным признаком такой замкнутой структуры ЭП, является наличие цепи, по которой на вход ЭП вместе с задающим сигналом скорости Uзс подается сигнал пропорциональный моменту нагрузки

Uм = Км∙Мс, где Км-коэффициент пропорциональности.

В результате управления ЭП осуществляется суммарным сигналом U_∆, который, автоматически изменяясь при колебаниях момента нагрузки, обеспечивает поддержание скорости на заданном уровне. Несмотря на эффективность, управления ЭП по этой схеме осуществляется редко, из-за отсутствия простых и надежных датчиков момента нагрузки Мс.

Поэтому в большинстве замкнутых схем используется принцип отклонения, который характеризуется наличием цепи обратной связи, соединяющей выход ЭП с его входом. В данном случае при регулировании скорости используется цепь обратной связи по скорости (рисунок 1б), по которой информация о текущем значении скорости (сигнал Uос=Кос∙ ω) подается на вход ЭП, где он вычитается из сигнала задания скорости Uзс. Управление осуществляется сигналом отклонения U_∆=Uзс-Uос (его также называют сигналом рассогласования или ошибки), который при отличии скорости от заданной, соответственно автоматически изменяется и, с помощью САУЭП, устраняет эти отклонения.

В зависимости от вида регулируемой координаты в ЭП используется обратные связи по скорости, по положению, току, магнитному потоку, напряжению, ЭДС.