Белорусский Национальный Технический Университет

Кафедра ”Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов ”

Лабораторная работа № 5

«Двухзонный нереверсивный тиристорный электропривод постоянного тока с обратной связью по скорости‘‘ЭПУ1-1…Д”»

По дисциплине «Системы управления электроприводами»

Минск 2012

Цель работы: изучение системы управления, применяемых технических решений и устройств комплектного двухзонного нереверсивного тиристорного электропривода постоянного тока с обратной связью по скорости ‘‘ЭПУ1-1…Д”

Описание системы управления

Структура условного обозначения электропривода. Эпу1

Э – Электропривод

П – Постоянного тока

У – Унифицированный

1 – Номер разработки

0 – Исполнение по реверсу:

1 – нереверсивный

2 - реверсивный

00 – Ток блока управления:

34 – 25А

37 – 50А

40 – 100А

43 – 200А

46 – 400А

48 – 630А

0 – Выпрямленное напряжение блока управления:

1 – 115В

2 – 230В

4 – 460В

0 – Напряжение трёхфазной питающей сети

4 – 220В, 50Гц;

7 – 380В, 50Гц;

8 – 400В, 50Гц;

9 – 415В, 50Гц;

Р – 220В, 60Гц;

Ф – 230В, 60Гц;

С – 380В, 60Гц;

Ц – 400В, 60Гц;

Э – 415В, 60Гц;

4 – 440В, 60Гц;

0 – Функциональная характеристика:

П – подачи (роботы), с высокомоментными и др. двигателями, перегрузка по моменту до 6, диапазон регулирования до 10000

Главного движения:

Д – двухзонный, перегрузка по току до 2, диапазон регулирования до 1000

Е – с обратной связью по ЭДС или напряжению, однозонный, перегрузка по току до 2, диапазон регулирования до 20

М – однозонный, с обратной связью по скорости двигателя, перегрузка по току до 2, диапазон регулирования до 1000

04 – Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69:УХЛ4 или 04

Структура условного обозначения блока управления.

БС – Блок станочный

3 – Класс: статический преобразователей для электроприводов постоянного тока

0 – Группа:

1 – нереверсивный однозонный

2 – реверсивный однозонный

3 – нереверсивный двухзонный

4 – реверсивный по якорю двухзонный

1 – Номер разработки

-

00 – Номинальный ток:

34 – 25А

37 – 50А

40 – 100А

43 – 200А

46 – 400А

48 – 630А

0 – Номинальное выпрямленное напряжение:

1 – 115В

2 – 230В

4 – 460В

0 – Напряжение трёхфазной питающей сети

4 – 220В, 50Гц;

7 – 380В, 50Гц;

8 – 400В, 50Гц;

9 – 415В, 50Гц;

Р – 220В, 60Гц;

Ф – 230В, 60Гц;

С – 380В, 60Гц;

Ц – 400В, 60Гц;

Э – 415В, 60Гц;

4 – 440В, 60Гц;

0 – Функциональная характеристика:

П – подачи (роботы), с высокомоментными и др. двигателями, перегрузка по моменту до 6, диапазон регулирования до 10000

Главного движения:

Д – двухзонный, перегрузка по току до 2, диапазон регулирования до 1000

Е – с обратной связью по ЭДС или напряжению, однозонный, перегрузка по току до 2, диапазон регулирования до 20

М – однозонный, с обратной связью по скорости двигателя, перегрузка по току до 2, диапазон регулирования до 1000

04 – Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69:УХЛ4 или 04

Функциональная схема нереверсивного двухзонного электропривода эпу1-1…д

Электроприводы ЭПУ1-1…Д обеспечивают регулирование и стабилизацию скорости электродвигателя постоянного тока в диапазоне до 1000.

На рис.1 приведена функциональная схема нереверсивного двухзонного электропривода ЭПУ1-1…Д (бестрансформаторный вариант).

Электропривод состоит из блока управления БС3303…Д, электродвигателя постоянного тока М , блока предохранителей U1, коммутационного реактора L2, блока ввода U3, задатчика скорости R1, пусковой аппаратуры (контакты “Запуск” “Сброс защиты”). При необходимости в цепь якоря двигателя M включается сглаживающий реактор L1.

Силовая часть блока управления включает тиристорный преобразователь якоря ТПЯ, выполненный по трёхфазной мостовой нереверсивной схеме и тиристорный преобразователь возбуждения ТПВ, выполненный по однофазной мостовой нереверсивной схеме.

Система регулирования включает:

• задатчик интенсивности ЗИ, позволяющий регулировать длительность разгона электропривода с помощью сменного резистора R5;

• регулятор скорости РС, с элементами коррекции R19, R21, C8, которые могут изменятся в широких пределах и дистанционно;

• устройство линеаризации характеристик преобразователя в режиме прерывистого тока (содержащее НЗ и ФПЕ);

• управляющий орган – регулятора тока УО-РТ, осуществляющий смещение (α_нач) и ограничения углов (α_макс, α_мин) с помощью резисторов R26, R39, R40 соответственно;

• каналы ФИ1…ФИ3 и ФИВ;

• регуляторЭДС РЕ;

• регулятор тока возбуждения РТВ;

• блок защит;

Система регулирования напряжением якоря двигателя выполнена двухконтурной с ПИ-регулятором скорости и отрицательной обратной связью по току (i_Я) на вход управляющего органа УО.

Управление ТПЯ осуществляется от трёхканальной СИФУ, содержащей формирователи импульсов ФИ1…ФИ3.

Управляющий орган – регулятор тока УО-РТ служит для согласования выхода системы регулирования со входами каналов СИФУ и для установки углов _НАЧ, _МАКС, _МИН резисторами R26, R39 и R40.

Звенья НЗ и ФПЕ с резистором R27 образуют устройство линеаризации характеристик электропривода в режиме прерывистого тока. Коэффициент передачи НЗ обратно пропорционален коэффициенту передачи ТПЯ, а коэффициент передачи ФПЕ имеет зависимость у=arcsinE ( Е- относительная ЭДС двигателя) и компенсирует отрицательную внутреннюю связь по ЭДС.

Задающий сигнал U_ЗАД с задатчика скорости R1 поступает на вход регулятора скорости РС через задатчик интенсивности ЗИ разгона электропривода, который может

регулировать длительность разгона электропривода с помощью сменного резистора R5 в пределах 0.5-1с.

На входе регулятора РС суммируются сигналы задания скорости с ЗИ через R6, и обратный сигнал с датчика ЭДС через резисторы R8, R6, R10.

Элементы коррекции РС R21, C8 установлены на лепестках, R19- переменный резистор. Применение R12 позволяет облегчить выбор параметров коррекции в процессе наладки.

Токоограничение в данной системе обеспечивается за счёт выходного напряжения регулятора РС резистором R16, который определяет максимальную уставку тока привода.

Система регулирования данного электропривода выполнена двухзонной. Источник питания обмотки возбуждения выполнен регулируемым на тиристорных модулях, т.е. по однофазной симметричной мостовой схеме выпрямления. Система регулирования током возбуждения выполнена двухконтурной с ПИ-регулятором эдс РЕ и ПИ-регулятором тока возбуждения РТВ. Элементы коррекции РТВ R37 и С15 можно менять в процессе наладки.

На вход ДЕ поступают сигналы с ДН, пропорциональный напряжению на якоре двигателя, и с датчика ДТЯ, пропорциональный току якоря. В таких схемах целесообразна стабилизация тока возбуждения, который определяет стабильность обратной связи по ЭДС в САУ при нагреве двигателя и колебании сети.

Задающий сигнал i_{В ЗАД} на РТВ подаётся через резистор R35. Сигнал обратной связи по току поступает с датчика тока ДТВ через резистор R36.

Введение сигнала через резистор R34 позволяет дополнительно регулировать поток возбуждения. Точка «Регулирование Ф» выведена на разъём блока управления. Управляющий сигнал с РТВ поступает на формирователь импульсов возбудителя ФИВ, где происходит его сравнение с пилообразным напряжением, поступающим с одного из каналов СИФУ якоря (с ФИ1). Резисторами R27 и R28 выставляются углы _МАКС и _МИН.

Блок защит осуществляет блокирование: сигнала на выходе РС; задающего сигнала на входе РС; управляющих импульсов.

Кнопка S1 осуществляет установку триггеров защиты Б3 в начальное состояние (сброс защит).

Для улучшения динамических характеристик на вход УО-РТ введена отрицательная связь по току. При постройке электропривода устанавливают:_НАЧ110-120 эл.градусов, _МАКС150-160 эл.градусов, _МИН выбирают таким, чтобы обеспечить максимальную скорость (напряжение) двигателя при напряжении сети 0,9U_НОМ.

Система импульсно-фазового управления (СИФУ) предназначена для преобразования постоянно управляющего напряжения в последовательность управляющих импульсов соответствующей фазы, подаваемых на переходы тиристоров силовых вентильных комплектов.

Функциональная схема СИФУ изображена на рис.2.

СИФУ состоит из следующих основных узлов:

• источника синхронизирующего напряжения – ИСН;

• формирователей импульсов – ФИ1…ФИ3;

• управляющего органа – регулятора тока - УО-РТ;

• усилителей импульсов – УИ;

• вводных устройств – ВУ(импульсных трансформаторов) – для преобразователей на токи 200…630А.

Формирователей импульсов (ФИ) состоит из следующих узлов:

• фильтра (Ф);

• двух пороговых элементов (ПЭ1,ПЭ2) на транзисторах VT1…VT4;

• формирователя синхронизирующих импульсов (ФСИ) на микросхеме;

• генератора пилообразного напряжения (ГПН) на элементах VT6,C2,A.1.1;

• нуль-органа (НО);

• формирователь длительности импульсов (ФДИ) на элементах С4,V8.

Диаграмма работы СИФУ приведена на рис.3., при этом по вертикальной оси даны диаграммы напряжений на элементах схемы, а в скобках указаны точки элементов (например К – коллектор и др.).

Схема работает следующим образом:

Синхронизирующие фазное напряжение, поступает из ИСН сдвигается фильтром Ф на угол 30 эл.градусов. С выхода Ф напряжение с помощью ПЭ1, ПЭ2 преобразуется в прямоугольные противофазные импульсы. Длительность импульсов определяет зону разрешения выдачи управляющих импульсов для двух тиристоров силового моста (анодной и катодной группы) одной и той же фазы сети.

При логическом сигнале “0” на выходах обоих ПЭ на выходе ФСИ формируется синхроимпульс (сигнал логической “1”), который осуществляет разряд ёмкости С2 ГПН через открывшийся VT6. Напряжение ГПН начинает снова линейно нарастать от нуля до 10В. Момент превышения напряжения ГПН над управляющим Uу, поступающим с выхода УО-РТ через R14, фиксируется нуль-орган НО, который изменяет своё состояние с “1” на “0”, и происходит переключение RS – триггера, вызывая появления на выходе ФДИ импульса, который совместно с сигналами ПЭ1 иПЭ2 формирует управляющие импульсы на входах усилителей импульсов УИ “а” или УИ “х”. УИ собраны на VT9…VT14, нагрузкой которых являются диоды оптронных тиристоров или вводные устройства ВУ при использовании обычных тиристоров (без оптронного входа).

ВУ служит для гальванического разделения силовой цепи и цепи управления и состоит из 12 импульсных трансформаторов, защитных диодов и резисторов. При отсутствии ВУ (управление оптронными тиристорами) вместо ВУ (рис.2.) переключаются светодиоды оптронных тиристоров.

УИ имеют два входа: один для “своего” импульса, другой – для “чужого”, поступающего с другого ФИ со сдвигом на 60 эл.градусов. Это необходимо для получения сдвоенных импульсов, обеспечивающих нормальную работу трёхфазной мостовой схемы выпрямления.

УО-РТ выполнен на микросхеме и служит для согласования выхода канала регулирования с входами СИФУ, а также для установки углов a_МИН, a_НАЧ, a_МАКС. Начальный угол регулирования (a_НАЧ.) устанавливается примерно 120 эл.градусов переменным резистором R26 при нулевых сигналах на входе УО. Угол a_МИН устанавливается резистором R40, угол a_МАКС - резистором R39.

Порядок выполнения работы

1. 1.Изучить техническое описания комплектного электропривода ЭПУ1-1…Д, используемое оборудование и применяемые технические решения;

2. Составить функциональную схему системы управления;

3. Дать описание функциональной схемы

4. Составить математическое описание и структурную схему системы управления электроприводом

5. Дать пояснения и оценку применяемых технических решений.

6. Опробовать схему в работе на модели или макете

Содержание отчета

В отчете необходимо привести:

1. цель работы;

2. функциональную схему системы управления электроприводом;

3. технические данные системы управления и устройств системы управления электроприводом

4. описание и анализ работы системы управления ;

5. краткую характеристику комплектного электропривода ;

6. математическое описание и структурную схему системы управления;

7. индивидуальное задание.

Контрольные вопросы

1. Как осуществляется ограничение максимального и минимального угнлов регулирования вентилей преобразователя?

2. Как и зачем устанавливается начальный угол регулирования вентилей преобразователя?

3. Пояснить работу системы управления электроприводом при ступенчатом уменьшении напряжения задания.

4. Пояснить работу системы управления электроприводом при изменении напряжения задания от номинального значения до максимального.

5. Пояснить принципы подключения трех каналов системы импульсно-фазового управления к вентилям преобразователя.

6. Как осуществляется ограничение углов открывания вентилей преобразователя?

7. Что представляет собой регулятор тока?

Индивидуальные задания

1. Описать работу функциональной схемы системы управления при уменьшении статического момента по сравнению с расчетным.Показать работу системы на линейных диаграммах и статических характеристиках.

2. Описать работу функциональной схемы системы управления при увеличении статического момента по сравнению с расчетным.Показать работу системы на линейных диаграммах и статических характеристиках.

3. Описать работу функциональной схемы системы управления при изменении напряжения задания до нуля. Показать работу системы на линейных диаграммах и статических характеристиках.

4. Описать работу функциональной схемы системы управления при изменении тока якоря двигателя от нуля до номинального значения. Показать работу системы на линейных диаграммах и статических характеристиках.

5. Составить математическое описание и структурную схему системы управления электроприводом и определить передаточные функции при заданных параметрах .

6. Составить имитационную модель системы управления электроприводом и выполнить моделирование при заданных параметрах заданного режима работы.

Данные / Варианты	Рн, кВт	Uн, В	Iн, A	nн, об/ мин	КПД, %	nmax, об/ мин	Jпр, кг м2
1-4ПФ132S	15	220	85.4	1400	77.9	4500	0,1
2-4ПФ132L	11	220	62.8	800	76	4500	0,15
3-4ПФ132M	8	220	47.3	600	68	4500	0,12
4-4ПФ160S	30	440	78,6	1450	84	4500	0,25
5-4ПФ160M	22	440	56,8	1090	84,5	4500	0,3
6-4ПФ180M	45	440	115,6	1450	88	4500	0,5

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Задания режимов

1. Торможение с номинальной скорости до останова

2. Торможение с номинальной скорости до 0.5 номинальной скорости

3. Торможение с номинальной скорости до 0.005 номинальной скорости

4.Наброс нагрузки 1.0 Мн на скорости 1.0 wн

5.Наброс нагрузки 1.5 Мн на скорости 0.5wн

Литература

1.Электроприволы унифицированные трехфазные серии ЭПУ1.Паспорт.НПО ЭНИМС.1984

2.Чернов Е. А., Кузьмин В. П. Комплектные электроприводы станков с ЧПУ.: Справочное пособие. – Горький, Волго-вятское кн. изд-во, 1989 – 320 с., ил.