МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
БелоруСский национальный технический университет
Кафедра ”Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов ”
Лабораторная работа № 2
«Однозонный тиристорный электропривод постоянного тока с реверсом тока якоря и обратной связью по ЭДС ‘‘ЭПУ1-2…Е”»
По дисциплине «Системы управления электроприводами»
Минск 2012
Цель работы: Изучение системы управления комплектного однозонного тиристорного электропривода постоянного тока с реверсом тока якоря и обратной связью по ЭДС ‘‘ЭПУ1-2…Е”
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 реверсивного однозонного электропривода эпу1-2…е
Электроприводы ЭПУ1-2…Е обеспечивают регулирование и стабилизацию скорости электродвигателя постоянного тока в диапазоне до 20.
На рис.1. приведена функциональная схема реверсивного однозонного электропривода ЭПУ1-2…Е (бестрансформаторный вариант).
Электропривод состоит из блока управления БС3203…Е, 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 реверсивной 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 ЭДС (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-регулятор тока, осуществляющий смещение (αнач) и ограничения углов (αмакс, αмин) с помощью резисторов R26, R39, R40 соответственно;
каналы ФИ1…ФИ3 и ФИВ;
регулятор тока возбуждения РТВ;
блок защит БЗ;
Система регулирования напряжением якоря двигателя выполнена двухконтурной с ПИ-регулятором ЭДС (скорости) и отрицательной обратной связью по току (iЯ) на вход управляющего органа-регулятора тока УО-РТ.
Управление ТПЯ осуществляется от трёхканальной СИФУ, содержащей формирователи импульсов ФИ1…ФИ3.
Управляющий орган УО-РТ служит для регулирования тока якоря, согласования выхода системы регулирования с входами каналов СИФУ и для установки углов НАЧ, МАКС, МИН резисторами R26, R39 и R40.
Переключение импульсов управления ТПЯ производится блоком логического устройства ЛУ, которое работает в функции сигнала заданного направления тока и входного сигнала датчика проводимости вентилей ДП. Сигнал заданного направления тока поступает на вход ЛУ и выхода нелинейного звена НЗ. Звенья НЗ и ФПЕ с резистором R29 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.
Для согласования реверсивного сигнала управления с нереверсивной регулировочной характеристикой УО-РТ служит переключатель характеристик ПХ, управляемый ЛУ (ключи «В» и «Н»).
Задающий сигнал UЗАД 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 R8, R15 и обратный сигнал с тахогенератора через резисторы R6, R7, R17.
Вместо задатчика R1 вход ЗИ может подключаться к аналоговому выходу системы с ЧПУ.
Установка нулевой скорости обеспечивается регулировкой «Установка нуля» РС через резистор R14 с помощью переменного резистора R13. Элементы коррекции РС R21, C8 установлены на лепестках, R19- переменный резистор. Применение R19 позволяет облегчить выбор параметров коррекции в процессе наладки.
Токоограничение в данной системе обеспечивается за счёт выходного напряжения регулятора РС резистором R25, который определяет максимальную уставку тока привода.
Система регулирования данного электропривода выполнена однозонной (Ф=const). Однако в целях унификации с двухзонным приводом источник питания обмотки возбуждения выполнен регулируемым на тиристорном и диодном модулях, т.е. по однофазной мостовой полууправляемой схеме. Это позволяет иметь регулирование и стабилизацию тока возбуждения двигателя без существенных затрат на систему управления. Такое решение, кроме стабилизации тока возбуждения, позволяет при необходимости (например, для быстрых перемещений механизма) регулирования скорости двигателя с ослаблением поля.
Система регулирования током возбуждения выполнена одноконтурной с ПИ-регулятором тока возбуждения РТВ. Элементы коррекции РТВ R85 и С24 можно менять в процессе наладки.
Задающий сигнал iВ ЗАД на РТВ подаётся через резистор R80 с переменного резистора R78. Сигнал обратной связи по току поступает с датчика тока ДТВ через резистор R81.
Введение сигнала через резистор R79 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. Блокирование задающего сигнала на входе РС осуществляется транзистором V3 при превышении скорости значения nМАКС.
Управление электроприводом: контактами В1, Н1, В2, Н2- в ручном режиме; контактом У- в системе ЧПУ.
Управление транзистором V6, включенным на выходе РС, осуществляется в функции скорости и состояния контактов в цепи «Запуск». При равенстве нулю скорости двигателя и отключении В2, Н2 (или У) происходит закорачивание выхода регулятора РС через открытый транзистор V5. При включении контактов В2 (У) происходит запуск привода.
Кнопка S1 осуществляет установку триггеров защиты Б3 в начальное состояние (сброс защит).
При реверсировании сигнала UЗАД, реверсируется сигнал на входе ЛУ (с НЗ). Ток в силовой цепи начинает спадать. Как только с выхода ДП на вход ЛУ поступит сигнал, разрешающий переключение (ток равен нулю), с выхода ЛУ поступит сигнал разрешения выдачи импульсов UР на ФИ1…ФИ3 и БЗ. Сигнал UР, осуществляет перевод углов в МАКС. Сигнал на перевод углов в МАКС поступает на УО-РТ и при срабатывании одной из защиты электропривода.
Для улучшения динамических характеристик на входе УО резистором R92 можно менять уровень отрицательной связи по току.
При постройке электропривода устанавливают:НАЧ110-120 эл.градусов, МАКС150-160 эл.градусов, МИН выбирают таким, чтобы обеспечить максимальную скорость (напряжение) двигателя при напряжении сети 0,9UНОМ.
Узел соответствия УС предназначен для выявления соответствия скорости двигателя заданному значению. Вход узла включён на суммирующую точку РС. При достижении скорости заданного значения сигнал на входе РС равен нулю, замыкается контакт реле К1, управляющий приводом подачи.
Описание блока управления реверсивного
однозонного электропривода ЭПУ1-2…Е
В блоке управления размещены:
система импульсно-фазового управления – СИФУ;
логическое устройство – ЛУ;
формирователь импульсов возбудителя.
Система импульсно-фазового управления
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,ПЭ3) на транзисторах VT1…VT4(на схемах не указано );
формирователя синхронизирующих импульсов (ФСИ);
генератора пилообразного напряжения (ГПН) на элементах VT6,C2,A.1.1(на схеме не казаны);
нуль-органа (НО);
формирователь длительности импульсов (ФДИ) на элементах С4,V8(на схеме не казано).
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, ПЭ3 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, 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 иПЭ3 формирует управляющие импульсы на входах усилителей импульсов УИ “а” или УИ “х”. УИ собраны на VT9…VT14(на схеме не изображено), 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 служит для согласования выхода канала регулирования с входами СИФУ, а также для установки углов МИН, НАЧ, МАКС. Начальный угол регулирования (НАЧ.) устанавливается примерно 120 эл.градусов переменным резистором R26 при нулевых сигналах на входе УО. Угол МИН устанавливается резистором R40, угол МАКС - резистором R39.