§ 6.6. Микропроцессорные системы управления тиристорными электроприводами

Тиристорные преобразователи частоты

Основные сведения

Тиристорные преобразователи частоты ( ТПЧ ) предназначены для регулирования скорости трехфазных асинхронных двигателей ( ТАД ).

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором наряду с существенными преимуществами ( простота конструкции, меньшие вес и габариты, отсутствие щеточного аппарата и др.) имеют худшие по сравнению с двигателями постоянного тока пусковые и регулировочные характеристики.

Эти недостатки в значительной степени устраняются при частотном управлении асинхронными двигателями при помощи тиристорных преобразователей частоты ( ТПЧ ).

Различают два вида ТПЧ:

4. с непосредственной связью питающей сети и обмотки статора двигателя;

5. с промежуточным ( явновыраженным ) звеном постоянного тока.

ТПЧ первого вида нашли крайне ограниченное применение из-за основного недо-

статка - регулирование частоты выходного напряжения возможно только в пределах от нуля до 30% частоты питающей сети, что объясняется ухудшением условий коммутации тиристоров на высоких частотах.

На судах применяются ТПЧ второго вида ( рис. 244 ).

Рис. 244. Силовая часть тиристорного преобразователя частоты

с промежуточным ( явновыраженным ) звеном постоянного тока

Напряжение судовой сети с постоянными параметрами, например, частота f ₁ = 50 Гц, напряжение U₁ = 380 В, подается на зажимы А, В, С первичной обмотки согласующего трансформатора и трансформируется в две вторичные обмотки.

Переменное напряжение с левой вторичной обмотки выпрямляется мостовой схе-

мой на 6 диодах Д1. Эта схема как раз и является промежуточным ( явновыраженным ) звеном постоянного тока – отсюда название этого типа ТПЧ.

Далее выпрямленное напряжение через Г-образный фильтр, построенный на дрос-

селе Др и конденсаторе С, подается на вход инвертора, построенного на 6 тиристорах Т1.

Инвертор преобразует напряжение постоянного тока ( на входе ) в переменное на-

пряжение регулируемой частоты ( на его выходе ), которое подается на обмотку статора асинхронного двигателя АД.

Схема предусматривает возможность возвращения энергии в судовую сеть ( рекупе

рации ) в случае перехода асинхронного двигателя в режим рекуперативного торможения.

Такой режим возможен, например, при спуске тяжелого груза, когда ротор двигате

ля начинает обгонять вращающееся магнитное поле обмотки статора. В этом случае асин-

хронный двигатель переходит в генераторный режим, преобразуя механическую энергию опускаемого груза на своем входе в электрическую на выходе ( как у любого генератора ).

При этом напряжение с обмотки статора двигателя выпрямляется мостовой схемой

на диодах Д2. Далее выпрямленное напряжение сглаживается тем же Г-образным фильт-

ром и подается на вход второго инвертора, построенного на тиристорах Т2.

С выхода этого инвертора электрическая энергия, выработанная асинхронным дви-

гателем при его работе генератором, возвращается в судовую сеть.

Различие этих двух инверторов состоит в том, что на выходе инвертора на тиристо-

рах Т1 частоту тока можно изменять при помощи схемы управления тиристорным пре-

образователем. В то же время на выходе инвертора на тиристорах Т2 значение частоты не регулируется и составляет f = 50 Гц, т.е. равно частоте питающей сети, в которую возвра-

щается электроэнергия, выработанная асинхронным двигателем.

Вторая особенность инвертора на тиристорах Т1 состоит в том, что при помощи схемы управления тиристорным преобразователем на выходе инвертора можно изменять не только частоту тока, но и одновременно величину напряжения.

Такое двойное регулирование – и частоты тока и напряжения на выходе інвертора , позволяет сохранить постоянной величину критического момента асинхронного двигателя и тем самым избежать его опрокидывания – реверса на высоких частотах тока на выходе инвертора, т.е. на высоких скоростях ротора двигателя ( более подробно - см. ниже ).

Способы регулирования частоты вращения ТАД

Формула частоты вращения асинхронного двигателя имеет вид

n = 60f ( 1 – s ) / р,

где:

n – частота вращения, об/мин;

f – частота тока питающей сети;

s – скольжение ротора ( относительное отставание ротора от магнитного поля об-

мотки статора );

р – число пар полюсов.

Из формулы следует, что регулировать скорость асинхронного двигателя можно тремя способами:

1. изменением частоты тока питающей сети;

2. изменением скольжения;

3. изменением числа пар полюсов.

Кроме того, существует 4-й способ – изменением напряжения на обмотке статора.

Коротко объясним особенности каждого способа регулирования

Регулирование скорости изменением частоты тока питающей сети – плавное, но

требует применения громоздких и дорогих тиристорных преобразователей частоты. На су-

дах этот способ нашел ограниченне применение, в основном, в электроприводах тяжело-

весных лебёдок, грузовых и портальных кранов.

Регулирование скорости изменением скольжения применимо только для двигателей

с фазным ротором, т.к. осуществляется введением резисторов в цепь фазного ротора. Регу

лирование плавное, но требует применения громоздких пускорегулировочных реостатов, в которых выделяется большое количество тепла.

На судах этот способ нашел ограниченне применение, в основном, в электроприво

дах тяжеловесных лебёдок и кранов, а также в брашпилях.

Регулирование скорости изменением числа пар полюсов применяют только для дви-

гателей с короткозамкнутым ротором. Теоретически его можно применить и для двигате-

лей с фазным ротором, но в этом случае одновременно с переключением в обмотке стато-

ра необходимо производить аналогичные переключения и в обмотке ротора. Это вызовет недопустимое усложнение конструкции и увеличение массо-габаритных параметров дви-

гателя.

Недостаток регулирования – его ступенчатость ( в соотношении 1:2:4 или 1:2:6 ) и высокая стоимость полюсопереключаемых электродвигателей.

Область применения на судах – самая распостранённая, в электроприводах грузо-

вых лебёдок и кранов, а также брашпилей и шпилей.

Регулирование скорости изменением напряжения на обмотке статора на судах не

нашло широкого применения из-за 2-х недостатков:

1. требуется отдельное устройство ( регулятор напряжения ), позволяющее плавно

изменять его выходное напряжение как по величине, так и по фазе;

2. при понижении напряжения возникает опасность опрокидывания двигателя, т.к. при этом резко ( в квадрате ) уменьшается вращающий момент двигателя.

Область применения на судах – ограниченная, в основном, в системах судовой эле

ктроавтоматики ( рулевые приводы и авторулевые ) для изменения скорости двухфазных асинхронных двигателей мощностью до 150-200 Вт.

Регулирование скорости изменением частоты тока питающей сети

Частотное регулирование на основе тиристорных преобразователей частоты все ши

ре применяется на судах мирового флота, особенно на специализированных – контейнеро-

возах, судах для транспортировки тяжеловесных грузов и т.п..

Этот вид регулирования – наиболее плавный и экономичный, с диапазоном регули-

рования до 12:1 и выше.

Изменение частоты тока питающей сети влияет на два важных параметра асинхрон

ного двигателя:

1. угловую скорость ω = 2πf ( 1 – s ) / р;

2. критический ( максимальный ) момент двигателя М = с .

Как следует из приведенных соотношений, при увеличении частоты тока угловая

скорость увеличивается прямо пропорционально частоте, а критический момент уменьша-

ется обратно пропорционально квадрату частоты, что может привести к опрокидыванию

асинхронного двигателя ( см. ниже ).

Рис. 245. Механические характеристики асинхронного двигателя при изменении частоты тока питающей сети: искусственная ( ИМХ ) при частоте f = 25 Гц;

естественная ( ЕМХ ) при частоте f = 50 Гц

Рассмотрим регулирование скорости изменением частоты тока питающей сети от

значения f = 25 Гц до значения f = 50 Гц ( рис. 245 ).

Пусть двигатель работает в точке «С» на искусственной механической характери-

стике при частоте f = 25 Гц. Этой характеристике соответствует критический момент

М и угловая скорость идеального холостого хода ω .

При скачкообразном увеличении частоты тока в 2 раза, т.е. до значения f = 50 Гц ,

критический момент уменьшится в 4 раза ( М = 0,25 М ), а угловая скорость иде-

ального холостого хода увеличится в 2 раза, до значения ω .

При этом двигатель при постоянстве скорости перейдет из точки «С» в точку «D».

Этой точке соответствует электромагнитный момент, меньший тормозного статического М . Поэтому двигатель станет тормозиться по участку «DE» характеристики, и в точке

«Е» остановится.

При реактивном статическом моменте ( насосы, вентиляторы и т.п. ) переходный процесс в точке «Е» закончится, т.е. двигатель после остановки ротора в точке «Е» оста

нется стоять под током.

При активном статическом моменте ( грузовые лебедки и краны, брашпиль ) пере-

ходный процесс в точке «Е» не закончится, двигатель после кратковременной остановки ротора в точке «Е» реверсирует и под действием статического момента М , созданного подвешенным грузом ( или судовым якорем ), станет разгоняться в обратном направле-

нии.

Привод перейдет в режим тормозного спуска, при котором электромагнитный мо-

мент двигателя направлен на подъем, а фактически происходит спуск груза ( якоря ).

При этом скорость спуска будет непрерывно увеличиваться, т.к. по мере разгона

привода значение тормозного электромагнитного момента двигателя непрерывно умень-

шается ( М < М ). Если привод своевременно не остановить, произойдет авария.

Поэтому для электроприводов грузоподъемных и якорно-швартовных механизмов

при регулировании скорости одновременно, в равной степени, изменяют как частоту тока, так и напряжения питающей сети.

Рис. 246. Механические характеристики асинхронного двигателя при одновременном изменении частоты тока и напряжения питающей сети: естественная при частоте f = 50 Гц; искусственные при частотах f = 10, 20, 30 и 40 Гц

Тогда критический момент двигателя М = с = const ( cм. рис. 246 ), поэтому

нет опасности опрокидывания двигателя..

Особенности регулирования:

1. регулирование плавное, при помощи тиристорных преобразователей частоты;

2. при увеличении только частоты тока, например, в процессе разгона двигателя,

уменьшается критический момент, что может привести к опрокидыванию ТАД и аварии;

3. для грузоподъемных и якорно-швартовных механизмов при регулировании ско-

рости изменяют в одинаковой степени как частоту тока, так и напряжение.

Это позволяет сохранить постоянным критический момент двигателя и тем самым избежать опрокидывания привода.

Регулирование частоты тока и напряжения на выходе ТПЧ с явновыражен-

ным звеном постоянного тока

Как было сказано выше, одновременное регулирование частоты тока и напряжения

на выходе инвертора на тиристорах Т1 ( см. схему на рис. 244 ) позволяет избежать опро-

кидывания асинхронного двигателя при частотах тока на выходе ТПЧ , близких к номи-

нальной f = 50 Гц ( т.е. на высоких скоростях ротора двигателя )

Эти два параметра – частоту тока и напряжение, регулирует схема управления ТПЧ.

Частота тока на выходе ТПЧ регулируется изменением частоты переключения тири

сторов Т2 – чем чаще переключаются эти тиристоры, тем больше частота тока на выходе инвертора, и наоборот.

Важная подробность – ТПЧ с явновыраженным звеном постоянного тока отечест-

венного производства ( г. Запорожье ) при частоте тока питающей сети f₁= 50 Гц позволя-

ют получить предельное значение частоты тока на выходе f₂ = 60 Гц. Поэтому ТПЧ Запо-

рожского завода продаются в страны, где стандартная частота переменного тока f₁= 60 Гц

( Бразилия и др. ).

Напряжение на выходе инвертора регулируется схемой управления путем измене-

ния промежутка времени, в течение которого тиристоры открыты.

На рис. 247 один из этих промежутков обозначен как t_и, т.е. как время ( продолжи-

тельность ) импульса, удерживающего тиристор открытым.

Рис. 247 Кривая напряжения на выходе ТПЧ ( на обмотке статора ТАД )

Как следует из рис. 247, по мере приближения синусоидальной кривой напряжения к амплитудному значению ( при α = 90° и 270° ) продолжительность импульса ( ширина ) t_и увеличивается.

Для уменьшения напряжения на обмотке статора ТАД продолжительность импуль-

сов t_и схема управления ТПЧ уменьшает.

Такое одновременное изменение напряжения и частоты тока на выходе инвертора

на тиристорах Т1 называется двухзонным регулированием.

Схема управления позволяет реверсировать ТАД, для чего она изменяет последова-

тельность открывания ( переключения ) тиристоров в двух фазах.

В качестве примера рассмотрим микропроцессорную систему управления ЭП грузо

вых насосов танкера типа «Григорий Нестеренко».

Система управления ЭП грузовых насосов танкеров

На танкерах установлены ЭП грузо­вых насосов фирмы «Стрёмберг» (Швеция), в которых применен короткозамкнутый АД с тиристорными преобразовате­лями частоты серии SAMI.

Преобразователь имеет номинальную мощность 250 кВт, номинальное напряжение 380 В и диапазон регулирования частоты 0 - 100 Гц.

Тип преобразователя частоты - ТПЧ с промежуточным звеном постоянного тока

Входным блоком преобразователя (рис. 248, а) является выпря­митель В, собранный из полупроводниковых диодов по 3-фазной мостовой схеме.

Выпрямленное им напряжение пропорционально напряжению сети переменного то

ка, поэтому в последующем оно обозначено Uc. Это напряжение поступает на промежу-

точное звено ПЗ с фильтром низких частот и далее подается на инвертор автономный инвертор АИ.

Этот инвертор называется автономным потому, что его выходные параметры не за-

висят от параметров питающей сети, а определяются параметрами схемы управления этим инвертором.

Инвертор преобразовывает постоянный ток в переменный регулируемой частоты,

причем значение выходной частоты, как было сказано, задает схема управления инверто-

ром.

Рис. 248. Тиристорный преобразователь частоты серии SAMI:

а - структурная схема; б – схема силовой цепи

В комплекте с промежуточным звеном автономный инвертор АИ (рис. 248, б) в общем случае является переключателем, на выходе которого образуются периодические колебания напряже­ния пирамидальной формы, приближающиеся к синусоидальным. В рассматриваемом инверторе выходная ЗДС формируется по синусоидальному закону.

Управление тиристорами АИ осуществляется по принципу широтно-импульсной модуляции, при котором пары тиристоров каждой фазы моста ( VS11 и VS14, VS12 и VS15, VS13 и VS16 ) переключаются с заданной частотой и последовательностью. Чем больше частота переключений тиристоров, тем больше частота тока на выходе инвертора,

и наоборот.

Схема коммутации ( переключения ) тиристоров

Включение и отключение тиристоров в цепях переменного тока имеет свои особен-

ности. Например, при отключении тиристора необходимо обеспечить уменьшение проте-

кающего через него тока до нуля и задержку подачи прямого напряжения.

Для этого применена специальная переключающая схема, входящая в промежуточ

ное звено постоян­ного тока.

Пассивные компоненты переключающих схем (конденса­торы и дроссели) являются общими для всех фаз тиристоров, а поэтому выполняют переключения последовательно и поочередно для разных фаз.

Для запирания тиристоров используется принцип принудительной коммутации, вы­полненной с помощью конденсаторов С2 и СЗ. Чтобы запереть тиристор, через эти конден

саторы подается импульс обратного тока, а затем к электродам тиристора прикладывается обратное напряже­ние на то время, которое необходимо для восстановления запираю­щих свойств в прямом направлении.

В инверторе применена 2-ступенчатая коммутация. Узел коммутации включает в себя 6 рабочих тиристо­ров VS11…VS16, 6 обратно включенных диодов VD1…VD6 и 6 коммутирующих тиристоров VS21-VS26.

Коммутирующие тиристо­ры позволяют в определенный момент времени разряжать

ся кон­денсаторам С2 и СЗ в обратном направлении проводящего рабочего тиристора и тем самым запирать его.

Покажем это на примере работы фазы А, где используются рабочие тиристоры VS11 и VS14, коммутирующие тиристоры VS21 и VS24.

В исходном положении, когда тиристор VS11 является прово­дящим, конденсаторы С2 и СЗ заряжены, имеют полярность напря­жения, указанную без скобок, и разность потенциалов на выводах: U_с2 = 0,5U_с2; U_с3 = 1,5 U _с: U_с1 = U _с.

Проводящим является тирис­тор VS11, и ток нагрузки проходит по цепи:

« + »- VS 11 - фаза А двигателя.

При переключении фазы А с плюсовой шины на минусо­вую необходимо закрыть тиристор VS11 и открыть тиристор VS14.

Для этого следует снять импульс с управляющего электрода VS11 и подать поло

жительный импульс на управляющий электрод VS21, благодаря чему он откроется.

При этом образуются цепи разряда конденсаторов:

«+ C2» - VS21 - VS11 и VD1 -L1 - « -C2»;

«+ СЗ» - VS21- VSU и VDl –Ll –C1 -« - СЗ».

Ток разряда проходит встре­чно с рабочим током ЭД, поэтому ток тиристора VS11 быстро уменьшается до нулевого значения, благодаря чему тиристор VS11 закрывается.

Конденсаторы С2 и СЗ продолжают разряжаться через диод VD1, и одновременно происходит их перезаряд на противопо­ложную полярность, указанную в скобках. К концу перезаряда напряжения на конденсаторах становятся следующими:

U_с2 = 1,5U_с2; U_с3 = 0,5 U _с.

В этот момент времени подается импульс на управляющий электрод VS14, тири-

стор открывается и анод диода VD1 приобретает отрицательную пролярность« - ».

В результате этого диод VD1 закрывается и разряд конденсаторов прекращается.

При открытом рабочем ти­ристоре VS14 ток от фазы А двигателя через тиристор протекает к минусовой шине.

Переключение на плюсовую шину достигается отключением VS14 (также любого тиристора катодной группы) и включением VSI1 или любого тиристора анодной группы.

При снятии импульса с управляющего электрода VS14 и подачи импуль­са па коммутирующий тиристор VS24 образуются цепи разряда конденсаторов:

« ( + ) С2 » - С1- L1- VS14 и VD4 - VS24 «( - ) С2 »;

« ( +» С3 – L1 – VS14 и VD4 - VS24 - «( - ) С3 ».

Применяемые дроссели L1 обеспечивают снижение пиковых значений разрядных токов, что увеличивает длительность разряда конденсаторов и создает тем самым необхо-

димое время для восста­новления запирающего слоя тиристоров.

Время коммутации, составляющее от 3 до 50 мкс, обеспечивает необходимую меж-

фаз­ную коммутацию.

Инвертор со схемой переключения является основным узлом, обеспечивающим качество работы и надежность преобразователя.

В связи с этим блоком контроля БК (см. рис. 102, а) осуществляется контроль его рабочих параметров, а блоком защиты БЗ защита основных узлов. В первую очередь это отно­сится к защите от перенапряжения тиристоров, которая обеспечи­вается цепями RC, включенными параллельно полупроводниковым приборам (на схеме не показаны).

Напряжение тиристорного моста контролируется, для чего из цепей защиты RC выводится сигнал на импульсный усилитель ИУ, который peгулирует время коммутации тиристоров.

При помощи светодиодов осуществляется контроль исправного состояния защиты RC.

Важными параметрами инверто­ра являются напряжение сети, значение переключа-

ющих токов конденсаторов и его нагрузка. Значения этих параметров фиксиру­ются, о чем будет сказано ниже.

Включение и отключение преобразователя

Система управления преобразователем предусматривает под­ключение его к сило-

вой сети с помощью релейного блока РБ и управление коммутацией тиристоров, выполняемое блоком управ­ления БУ.

Для пояснения работы преобразователя дополнительно к структурной схеме приве

дены в сокращенном варианте схемы цепей катушек реле и контакторов, входящие в ре-

лейный блок РБ (рис. 249 ).

Рис. 249. Схемы цепей катушки ( а ) и и контакторов ( б ) тиристорного преобра-

зователя частоты

При включении разъединителя QS и автоматических выключа­телей QF1, QF2

( рис. 248 ) к сети подключаются преобразователи (на схеме показан только трансформа

тор TV1, обеспечивающий напряжение 220 В для питания катушек контакторов) и блок соединения БС, вырабатывающий вспомогательное напряжение 48 В для питания катушек реле и электронных приборов.

При включении этих аппаратов сигнал, покупающий от блока управления, примет значение + 4S В и реле КVI cpaбoтaeт, замыкая свои контакты (рис. 249

, а).

Последующее включение преобразователя в работу осуществляется с поста управ

ления выключателями SA1 и SA2.

Если выключатель SA1 поставить во включенное положение 2, то замкнутся его контакты 1SA1 и 2SA1, сработает реле KV6 и. замкнет свои контакты в цепи катушки КМЗ, вызывая включение этого контактopa.

Блок выпрямителя подключается к сети и работает в качестве 1-фазного диодного моста, заряжая конденсаторы через резистор R.

Зарядной цепью ограничивают зарядный ток до необходимого значения.

Когда конденсаторы зарядятся (примерно через 3 с), сигнал электронного устройст

ва примет значение + 48 В, что вызовет срабатывание реле КV4, тем самым подключается катушка контактора КМ1.

Главный контактор КМ1 подключает напрямую 3 фазы сети к выпрямителю, а кон-

тактор КМЗ отключается.

При этом выключатель SA1 переводится в положение 1, контакты 2SA1 размыкают

ся, но их цепь оказывается зашунтированной контактами KV6 и KV4.

Последующий пуск осуществляется установкой выключателя SA2 в положение 2, при котором замкнутся его контакты 1SA2 и 2SA2. Сработает реле KV5 и подаст сигнал на блок управления (цепь не показана), благодаря чему начинается коммутация тиристо-

ров инвертора.

Контакты KV5 частично блокируют цепь выключателя, а поэтому SA2 переводится

в положение 1, при котором контакты 2SA2 размыкаются, а контакты 1SA2 остаются зам

кнутыми, т.е. релейные цепи сохраняются.

Преобразователь начинает работать, от блока управления поступает сигнал + 48 В на катушку реле КV3, и последнее при срабатывании своими замыкающими контактами (на схеме не показаны) подает сообщение «работает».

Остановка преобразователя достигается переводом выключателя SA2 в нулевое положение (контакты 1SA2 размыкаются ), При этом отключается реле KV5 и тиристор

ный блок перестает рабо­тать.

Его можно отключить также выключателем SA1, по при этом отключится и глав

ный контактор. На схеме в точках 1-3, 5-7, 9-11 не показаны блокировочные цепи, кото-

рые также отключают преоб­разователь при различных неисправностях или при аварийной остановке.

Блок управления тиристорами

Управление коммутацией тиристоров, определяющих выходной гок заданной часто

ты, осуществляется блоком управления (рис. 250, а).

Рис. 250. Блок управления тиристорного преобразователя: а – структурная схема;

б – функциональная схема ограничительной платы

От блока соединения к релейной плате РП поступает аналоговый сигнал в виде напряжения U_норм, значение которого устанавливается потенциометром в зависимости от заданной частоты f_зад ( для U_норм значение U_норм = + 3,33 В).

При прохождении через плату РП он изменяется по значению и полярности (на выходе при f_зад = 50 Гц значение U_норм = 2 В) и с измененными параметрами поступает на ограничительную плату ОП.

Эта плата регулирует paботу преобразователя, и на нее, кроме нормируемого сигна

ла U_норм поступают контролирующие сигналы U_с. I_к и I _акт, от значения которых зависит качество его работы.

Сигнал U_с характеризует напряжение сети и nocrynaeт от конденсатора С1(см. рис. 102, б ) через согласующий резистор (при номинальном напряжении сети U_с = + 5 В).

Сигнал I_к определяет переключающий ток конденсато­ров, снимается с трансформа юра тока ТА блока инвертора и поступает па плату через согласующий резистор в виде напряжения U_к .

Сигнал I _акт активной составляющей характеризует потребляе­мую ЭД активную мощность и соответствепно значение вращающе­го момента.

Поступающий на ограничительную плату (рис. 104, б ) нормируемый сигнал U_норм с помощью операционных усилителей DA3, DA4 преобразуется следующим образом:

на выходе DA3 он имеет минусовую полярность, проходит через диод VD3, и с вы

хода DA4 снимается положительный сигнал, принимающий при f_зад = 50 Гц значение U_норм = + 2 В.

Операционный усилитель DA7 преобразует его в сигнал обратной полярности, а

усилитель DA8 делает U_норм положительным, т.е. значение сигнала не меняется.

Ограничительная плата peryлирует нагружу ЭД, обеспечивая ему оптимальный ре

жим.

При увеличении нагрузки ЭД соответст­венно возрастает и вращающий момент

М_вр = с_м I _акт Ф.

Это вызы­вает увеличение активной составляющей тока I _акт , отрицательный потен

циал на входе операционного усилителя будет преобладать над положительным значении

ем U_c (результирующий сигнал на входе усилителя DA будет отрицательным ), и в связи с этим на выходе DA1 oбразуется положительный сигнал.

Он nocтупает на вход усилителя DA4 и, являясь встречным с основным сигналом, уменьшает потенциал на входе DA4. Это приводит к уменьшению положителыюго сигна-

ла в точке 1, что в конечном итоге вызовет уменьшение нормируемого сигнала заданной частоты.

Уменьшение частоты выходного тока преобразователя приводит к снижению час-тоты вращения ЭД, его мощности и вращающего момента.

Если же в процессе работы происходит увеличение напряжения сети и поступаю

щий с конденсатора положительный сигнал U_с возрастает, то суммарное отрицательное напряжение на входе усилителя DA1 по абсолютной величине становится меньше. Это вызовет уменьше­ние положительного сигнала на выходе DA1, что приведет к увеличению нормируемого сигнала заданной частоты и ЭД автома­тически увеличивает частоту враще-

ния при допустимом значении тока I_акт .

Ввиду того что работа усилитсля DA1 происходит лишь при сигнале - I _акт , боль

шем по значению, чем положительный cигнал U_с , подаваемый на тот же вход, то потен

циометром R_к можно устанавливать предельное значение момента.

Токовая нагрузка ЭД регулируется также операционным усили­телем DА2, осущест

вляющим контроль за пepeключающими токами конденсаторов, на вход которого подают

ся сигналы U_к и - I_акт.

Положительный сигнал от переключающих токов конденсаторов U_к больше отрица

тельного сигнала от - I_акт, и соответственно резуль­тирующий сигнал на входе операцион-

ного усилителя DA2 всегда положителен.

С выхода DA2 в этом случае снимается отрицатель­ный сигнал, который через ди-

оды VD1 и VD4 поступает на выход усилителя DA3 и суммируется с основным отрица-

тельным сигна­лом.

В случае возрастания вращающего момента на валу ЭД значение - I_акт увеличива

ется, а результирующий входной сигнал усилтеля DA2 уменьшается, что приводит к уменьшению результи­рующего сигнала на выходе усилителя DA3.

Это вызовет снижение нормируемого сигнала заданной частоты U_норм благодаря чему нагрузка ЭД умеиьшится.

Наоборот, увеличение переключающих токов конденсаторов при коммутации тири-

сторов вызовет увеличе­ние положительного смигнала на входе усилителя DA2, и частота тока преобразовагеля увеличится.

Остановка ЭД связана всегда с уменьшением частоты тока преобразователя, что обусловливает работу ЭД в режиме рекуперации с отдачей электрической энергии в сеть.

Данный режим pаботы может вызвать перенапряжение на конденсаторах. Для пред

отвра­щения этого явления в блоке применены компараторы DA5 и DA6. На инвертирую=

щие входы этих компараторов подается сигнал U_c, соответствующий напряжению сети, а на неинвершрующие ( прямые ) входы подключаются эталонные напряжения, соответст-

вующие 116%-ному и 119%-ному номинальным напряжениям сети.

При нормальных условиях компараторы не работают, так как положительный сиг­нал, снимаемый с выхода компараторов, заперт диодами VD7 и VD8.

Если напряжение U_c при торможении ЭД возрастет до 116% номинального, то с выхода компаратора DA5 снимается отрица­тельный сигнал, который через диод VD7 и резистор R16 поступает па вход операционного усилителя DA8 и суммируется с основным отрицательным сигналом.

Соответственно сигнал заданной часто­ты увеличивается, и ЭД начинает работать с большей частотой вращения. При этом отдача электрической энергии в сеть уменьша­ется и напряжение на конденсаторах восстанавливается до номи­нального значения.

Обратная связь, выполненная с помощью диода VD5 и резистора R11, обеспечива-

ет более плавный переход на большую частоту вращения.

Компаратор DA6 работает аналогич­но, но повышает частоту тока при увеличении напряжения на конденсаторах до 119% номинального.

С помощью электронного устройства А (см. рис. 250, б) пре­дусмотрено дополни-

тельное регулирование частоты тока в зависи­мости от напряжения сети.

Сигнал U₁, вырабатываемый этим устройством, положителен и по значению про-

порционален U_c. При возрастании напряжения U значение U₁ увеличивается и при сумми

ровании с основным сигналом напряжение на входе усили­теля DA7 становится больше, что приводит к возрастанию частоты тока преобразователя.

Если же напряжение сети уменьшается до 96% номинального, то формируемый этим устройством положи­тельный сигнал U₂ на входе усилителя DA8 вычитается из основ

­ного отрицательного сигнала и частота тока преобразователя уменьшается.

Таким образом, ЭД переходит в режим рекуперации и отдает в электрическую сеть столько энергии, сколько необходимо для поддержания установленного значения U_c.

Откорректированный нормируемый сигнал с ограничительной платы поступает на плату преобразователей ПП (см. рис. 250, а), где аналоговое значение напряжения U_норм преобразуется в импульсные сигналы.

Преобразователи данной платы образуют 3 вида импульс­ных сигналов: заданной частоты тока ( f _зад), заданного числа импульсов за полупериод ( Z_имп ) и заданного напряжения преобразователя ( U _зад ).

Преобразователь, вырабатывающий импульсы, определяющие f _зад, работает толь-ко в функции нормируемого cигнала.

Число импульсов, вырабатываемое другим преобразователем за полупериод, зави-

сит как oт частоты вырабатывемого тока, так и от заданного значения выходного напряжения: Z _зад = f ( U_норм, U _зад ).

Очевидно, при уменьшении частоты, когда длительность периода увеличивается,

необходимо увеличивать число импульсов за каждый полупериод. Количество импульсов также определяет значение выходного напряжения.

Сигнал заданного значения напряжения, вырабатываемый третьим преобразовате-

лем, определяет качество работы ЭД, который при частотах 0…50 Гц имеет постоянный магнитный поток лишь при условии U / f = const

Очевидно, что преобразователь, формирующий этот сигнал, должен реагировать как на изменение выходной частоты тока, так и на изменение напряжения сети.

Например, при уменьшении частоты и возрастании длительности полупериода

длительность импульса сигнала также должна автоматически увеличиваться.

Если при работе напряжение сети уменьшилось и стало ниже номинального, то им-

пульсы, формирующие это напряжение на выходе, будут также меньшими по величине.

Но преобразователь, формирующий их, на основании разницы между номинальным и действительным значениями напряжения, сформирует импульсы большей длительности, благодаря чему выходное напряжение на зажимах двигателя останется неизменным.

Преобразователь также увеличивает длительность импульса при работе ЭД с увеличенной нагрузкой в области малых частот. При большом моменте на валу

М_вр = с_м I _акт Ф значение I _акт велико, поэтому вырабатывается дополнительный сигнал U_доп, который поступает на преобразователь.

Последний, увеличивая длительность импульса, способствует повышению напря

жения на выводах ЭД, что приводит к росту вращающего момента за счет увеличения магнитного потока ( роста тока при увеличенном моменте нет ).

Таким образом, сигнал преобразователя заданного выходного напряжения определяется многозначной функцией, зависящей от ряда параметров:

U_зад = f ( f _зад, U_дейст, U_ном, I_акт ),

а также от сигналов блока логики.

Рис. 251. Структурная схема платы микропроцессора тиристорного преобразователя

Выданные платой преобразователя управляющие сигналы (f _зад, Z_имп,U _зад) поступа-

ют через схему согласования СС1 на плату микропроцессора ( рис. 251), в устройство согласования по времени УС, функцию которого выполняет программируемый таймер

( сигнал Z_имп предварительно обрабатывается блоком логики БЛ ).

Центральный процессор ЦП по программе, заложенной в постоянное запоминаю-

щее устройство ПЗУ, обрабатывает данные УС и пофазно формирует управляющие сигна-

лы ( f_задА, f_задВ, f_задС; Z_импА, Z_импВ, Z_импС; U_задА, U_задВ, U_задС ) и направляет их в блок вывода БВ.

Эти сигналя через схему согласования СС2 подаются на плату выходного каскада ВК ( см. рис. 250, а ). Плата выходного каскада определяет точную длительность времени сигналов, окончательные моменты включения тиристоров, усиливает эти сигналы и через логику направляет на плату импульсных усилителей ИУ.

Блок импульсных усилителей состоит из девяти усилителей, по одному на каждый главный тиристор и по одному – на 2 вспомогательных тиристора одной и той же фазы.

С этого блока усиленные сигналы поступают на управляющие электроды тиристо

ров, вызывая работу инвертора.

При работе тиристорного преобразователя частоты возникают неисправности, осно

вными из которых являются: неправильное переключение тиристоров; одновременное включение тиристоров одной фазы ( опрокидывание ); повышение температуры в тири-

сторном блоке выше допустимой; увеличение тока ЭД сверх допустимого; замыкание на корпус; перегрев ЭД.

При большинстве неисправностей блок управления воздействует на блокировоч-

ные цепи контактных релейных устройств., что приводит к отключению пре­образователя.

Сигнал неисправности воздействует через блок конт­роля. Запоминающие устройст

ва этого блока фиксируют поступив­шие сигналы неисправности и включают светодиоды.

Свечение светодиодов не прекращается до устранения возникающих помех.

Не­исправности устраняют согласно заводской инструкции по эксплуатации.