3 Назначение и принцип действия электропривода
Тиристорный преобразователь «Кемтор» предназначен для управления двигателями постоянного тока с независимым электромагнитным возбуждением. Электропривод, укомплектованный преобразователем, и двигателем постоянного тока служит для обеспечения главного движения металлорежущих станков с ЧПУ.
Электропривод, укомплектованный тиристорным преобразователем «Кемтор» является реверсивным. Изменение направления вращения осуществляется посредством изменения поляризации якорного напряжения. Этот способ реверсирования обеспечивает более хорошие динамические показатели, чем реверсирование посредством изменения направления тока возбуждения.
Тиристорный преобразователь питания обмотки якоря двигателя выполнен на двух встречно соединенных трехфазных мостовых выпрямителях. Питание преобразователей от сети осуществляется через трехфазный анодный реактор, защищающий его от коммутационных токов и коротких замыканий. Управление реверсивного преобразователя - раздельное. Система автоматического регулирования выполнена по двухконтурной схеме подчиненного регулирования с регуляторами скорости и тока.
Питание обмотки возбуждения осуществляется нереверсивным полууправляемым однофазным выпрямителем. Величина тока возбуждения регулируется в зависимости от напряжения якоря.
Разветвленная цепь электронных защит и рабочей диагностики практически исключает выходы из строя элементов преобразователя в аварийных режимах.
Тиристорный преобразователь марки «Кемтор» включает в себя два управляемых выпрямителя тиристоров, один из которых реверсивный; два трансформатора тока для обратной связи по току якоря; три небольших трансформатора для питания электроники; шунт обратной связи по току возбуждения и электронный блок, который охватывает управление тиристорами; стабилизаторы питающих напряжений; регуляторы скорости и тока; защиты и сигнализации, преобразователи входных сигналов. Изменение направления вращения двигателя, т.е. реверс, в принципе может осуществляться двумя способами - посредством смены полярности якорного напряжения и смены полярности возбуждения, т.е., реверсом якоря и реверсом возбуждения. У каждого из двух способов есть свои преимущества и недостатки, но лучшими динамическими показателями характеризуется реверс якоря, несмотря на то, что для этой цели необходимо больше тиристоров мощности, которые дороги. В тиристорном преобразователе типа «Кемтор» применяется реверс якоря.
Для реверсирования преобразователя встроены два тиристорных выпрямителя якорной обмотки, питаемые от сети. Схема выпрямителей - мостовая, пульсации выпрямительного напряжения имеют частоту 300 Гц, что гарантирует равномерный ток двигателя и устраняет необходимость фильтрации, более того, двигатель обладает немалой индуктивностью, которая выполняет роль фильтра. Выпрямители подсоединены к клеммам двигателя в противоположном направлении и в зависимости от того, какой из них работает, изменяется полярность приложенного напряжения. Одновременная работа двух выпрямителей недопустима, так как получается короткое замыкание между ними, и поэтому они управляются раздельно во времени, т.е. если необходимо переключить управление с одного на другой, следует повременить около 4 мсек. с целью запирания последнего отпертого тиристора. В таком случае управляющие импульсы подаются тиристорам второго выпрямителя. Это управление называется раздельным.
Комплекс защит и сигнализаций служит для более удобного введения в эксплуатацию и обеспечения безаварийной работы. При срабатывании защит немедленно блокируется подача управляющих сигналов к тиристорам.
Якорный ток можно отследить при помощи трансформаторов тока, включенных в две фазы, питающих выпрямитель якорного напряжения. Вторичный ток этих трансформаторов суммируется и преобразовывается в постоянное напряжение от токоснимающего узла.
Регулятор скорости сравнивает заданную скорость – UУ с действительной скоростью – UTG и на его выходе получается напряжение, которое подаётся к регулятору тока посредством токоограничивающего узла. Это напряжение является заданием якорного тока. Регулятор тока сравнивает заданный с действительным током и на его выходе получается напряжение. Модуль этого напряжения посредством СИФУ определяет величину якорного напряжения, таким способом, чтобы заданная и действительная скорость были равными независимо от нагрузки.
Блок задания (БЗ) сравнивает выходные напряжения на РС и РТ и разрешает работу на одном или другом выпрямительном мосту, так чтобы якорное напряжение было необходимой полярности. Таким образом, совершается регулирование скорости в первой зоне. В контуре регулирования тока возбуждения создана отрицательная обратная связь. Это обеспечивает точную поддержку заданной скорости на IВ, за которой можно следить посредством мощного резистора, включённого последовательно с обмоткой возбуждения. Когда якорное напряжение достигает своей максимальной величины (400В), на выходе датчика БЗ устанавливается достаточно высокое напряжение, которое посредством диодного ключа прерывает обратную связь. Величина тока возбуждения уже зависит от модуля якорного напряжения.
При задании скорости выше номинальной, UЯ нарастает выше 400В, что со своей стороны вызывает уменьшение тока возбуждения (IВ).
4 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ УЗЛА ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Система импульсно-фазного управления (СИФУ) формирует для управления тиристорами сдвоенные прямоугольные импульсы, фаза которых относительно силового напряжения на тиристорах изменяется пропорционально напряжения, поступающему управляющий орган СИФУ. Структурная схема проведена на рисунке 1.
Рисунок 1
В состав блока СИФУ входит:
1.УС – устройство синхронизации; обеспечивает гальваническую развязку СУ с питающей сетью, отмечает переходы через 0 сетевого напряжения, а так же формирует на своем выходе разрешающие сигналы Up1и Up2, которые используются для управления тиристорами.
2. ГРН – генератор развертываемого напряжения; формирует пилообразное напряжение Uп, возвращаясь в исходное состояние в момент подачи импульсов Uсинхр.
3. НО – нуль-орган; сравнивает пилообразное Uп и напряжение управления Uу и в момент равенства меняет свое выходное состояние.
4. ФДИ – формирователь длительности импульсов; по «рабочему» фронту сигнала Uно формирует прямоугольные импульсы с длительностью, достаточной для надежного открывания тиристоров силового блока.
5. РИ – распределитель импульсов; управляется сигналами Up1иUp2 с выхода УС и служит для распределения импульсов UGTпо тиристорам.
6. ВФ1, ВФ2 – выходные формирователи; формируют открывающие импульсы по мощности, необходимой для надежного включения тиристоров, и обеспечивают потенциальную развязку СУ с силовым блоком.
Диаграмма работы СИФУ представлена в графической части листа 3.
Принципиальная схема приведена в графической части листа 2.
Напряжение синхронизацииUR(US,UT), находящееся в фазе с силовым питанием, подается на каналы СИФУ со вторичных обмоток трансформаторов. Это напряжение фазосдвигающей цепочкой R1, R2, С1 задерживается приблизительно на 33 эл. градуса (1,8 мс) и подается на компараторы DA1иDA2.
Схема совпадения на диодах VD3 и VD4 формирует короткий отрица-тельный импульс, запускающий ждущий генератор пилообразного напряжения, выполненный наОУDA8и транзисторе VT3. Амплитуда пилообразного напряжения, имеющая отрицательную полярность, регулируется потенциометром R21.
На ОУDA12 осуществляется сравнение величины пилообразного напря-жения с управляющим, поступающим с выхода усилителя DA11.
На инвертирующем входе ОУ DA11 осуществляется суммирование следующих сигналов: стабилизированного напряжения +9В, подаваемого через транзисторы VT1 или VT2 с анода стабилитрона VD14. Управление тиристорами выполняет блок логики раздельного управления; отрицательного напряжения смешения от источника -15 В, регулируемого потенциометром R21.
При нулевом задающем напряжении (Uупр=Uрт=0) результирующее напряжение смещения от источника +9 В и -Uсм имеет положительный знак, обеспечивая на выходе ОУ DA11 (контрольная точка 148) отрицательное напряжение около 6 В. Регулированием величины –Uсмвыставляется начальный угол запаздывания зажигания 120-125°, т. е. в районе точки естественного зажигания тиристора следующей фазы. Так как протекание тока, а следовательно и вращение двигателя, возможно только при положительном напряжении на якоре двигателя (α>120°), то в случае установки α>120° в характеристике управления приводом появится «мертвая зона»; напряжения управления от регулятора тока РТ. Согласование однополярной характеристики управления СИФУ с двухполярным выходным напряжением регулятора тока осуществляют ключи на транзисторах VT1 и VT2, управляемые блоком логики раздельного управления преобразователями.
В зависимости от направления вращении напряжение на одном из каналов фиксировано на уровне +9 В (точки А или В). ОтрицательноеUyпр проходит по прямому каналу через резистор R13, а положительное через инвертор ОУ DA7. Таким образом эта схема одновременно играет роль классического переключателя характеристик.
Диод VD7 в обратной связи ОУ DA12 ограничивает максимальную величину положительного выходного напряжения на уровне 0,7В, что исключает возможное «срыва» генерации управляющих импульсов при малых углах, т. к. амплитуда положительного выброса напряжения пилообразной формы составляет +2 В.
Выходное напряжение ОУ DA12 имеющее прямоугольную двухполярную форму дифференцируется конденсатором С10и поступает на базу транзистора VT4. Положительный дифференциальный импульс открывает транзистор VT4 и одни из транзисторов VT5 или VT6, на диодном входе которого (VD12 или VD13) отрицательное напряжение с компараторов DA12 или DA2. Коллекторный ток открытого транзистора VT5 или VT6 через диодные сборки
VD13,VD19-VD22 и т. д., открывает выходные транзисторы СИФУ VT7,VT8,VT9 и VT10 формируя импульс 1 управления тиристорами. Нагрузкой выходного транзистора являются трансформатор.
Разделение каналов осуществляется от блока логики раздельного управления: сигналы«В» (вперед), или по часовой стрелке, и «Н» (назад), или против часовой стрелки. На рабочий канал подается напряжение питания +20 В.
Каналы фаз S и Т работают аналогично. Диодная сборка VD8, VD9 и VD10 формирует сигнал защиты от пропадания пилообразного напряжения.
5 АНАЛИЗ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ БЛОКА
Рассмотрим элементную базу.
Резистор типа МЛТ - т.е. металлопленочные лакированные теплостойкие. Постоянные непроволочные общего назначения , предназначены для работы в цепях постоянного переменного и импульсного токов. Эти резисторы по сравнению с другими при одной и той же мощности имеют значительно меньшие габариты и размеры. Они выпускаются с номинальным сопротивлением от 8,2 Ом до 10МОм в соответствии со шкалой номинальных величин и мощностью рассеивания 0,125; 0,25 ;0,5; 1и2 Вт
Конденсатор типа МБМ металлобумажные малогабаритные конденсаторы применяют в цепях развязок блокировок и фильтров. Они выпускаются с номинальной емкостью от 0,005 до 1,0мкФ, с номинальным напряжением 160В;250В;500В;750В; 1000В; 1500В. Эти конденсаторы имеют значительно малые габариты по сравнению с идентичными по емкости и рабочему напряжению, бумажными конденсаторами. Имеют способность самовосстанавливаться после пробоя. Недостаток: значительно меньшее сопротивление изоляции и несколько большие потери, чем у бумажных. В данной схеме эти конденсаторы (С111,С104,С101,С107) служат для создания опорного напряжения.
Конденсатор типа КД керамический дисковый. Конденсаторы КД имеют номинальную емкость от 1 до6800пФ, номинальное напряжение 400-500В.
ДиодД223Б-полупроводниковый диод средней мощности с порядковым номером разработки 23, группы Б.
Диод АИ301А - исходным полупроводниковым материалом является гелий и его соединения, туннельный, порядковый номер разроботки01,группаА.
Транзистор КТЗ15Е - исходным полупроводниковым материалом является кремний и его соединения, транзистор малой мощности с граничной частотой коэффициента передачи тока более 30МГц,порядковый номер разработки 15,группа Е.
В узле АГ5 используются в схемах для формирования опорного напряжения а также в схемах для формирования импульсов.