- •Одобрено учебно-методической комиссией энергетического факультета
- •Введение
- •1. Электроприводы с релейно-контакторными системами управления
- •1.1. Условные обозначения, применяемые в электрических схемах
- •1.2. Способы пуска и торможения электроприводов с рксу
- •Пуск двигателя постоянного тока в функции скорости
- •Динамическое торможение двигателя постоянного тока в функции скорости
- •Торможение противовключением двигателя постоянного тока
- •Пуск синхронного двигателя в функции скорости
- •Разгон двигателя постоянного тока до скорости выше основной в функции тока якоря
- •Пуск двигателя постоянного тока в функции времени
- •1.3. Защиты в электроприводе
- •2. Способы формирования процессов пуска в регулируемых электроприводах
- •2.1. Оптимальные кривые переходных процессов разгона и торможения электропривода
- •2.2 Связь частотной характеристики электропривода с кривой тока якоря при разгоне
- •2.3. Формирование переходного процесса пуска двигателя в разомкнутой системе преобразователь-двигатель
- •Функциональная схема, показатели процесса пуска
- •Анализ показателей пуско-тормозных процессов в разомкнутой системе преобразователь-двигатель
- •2.4. Формирование прямоугольной токовой диаграммы с помощью отрицательной обратной связи по току якоря
- •2.5. Формирование прямоугольной токовой диаграммы с помощью гибких обратных связей по напряжению на якоре двигателя
- •2.6. Применение последовательных корректирующих устройств для улучшения формы кривой тока якоря при разгоне электропривода
- •2.7. Формирование прямоугольной токовой диаграммы с помощью интегрального задатчика интенсивности в схеме с отрицательной обратной связью по скорости
- •2.8. Формирование прямоугольной токовой диаграммы с помощью задатчика интенсивности в схеме с отрицательной обратной связью по напряжению на якоре
- •3. Способы поддержания скорости электропривода
- •3.1. Исходные положения
- •3.2. Показатели разомкнутой системы «преобразователь двигатель»
- •3.3. Применение отрицательной обратной связи по скорости вращения двигателя
- •3.4. Применение отрицательной обратной связи по напряжению на якоре двигателя
- •3.5. Применение положительной обратной связи по току якоря двигателя (ir-компенсация)
- •3.6. Регулирование по возмущению
- •4. Регулируемые электроприводы постоянного тока
- •4.1. Основные сведения об элементах серии убср
- •4.2. Основные типы регуляторов, реализуемых на операционных усилителях серии убср
- •4.3. Структурные схемы электроприводов на элементах убср
- •4.4. Одноканальная схема вентильного электропривода с подчиненным регулированием Принципиальная схема электропривода
- •Выбор базовых величин переменных
- •Структурная схема электропривода и параметры звеньев
- •Преобразования структурной схемы
- •Настройка контура регулирования тока якоря двигателя крт
- •Настройка контура регулирования скорости крс
- •Статические характеристики электропривода
- •Формирование процессов разгона и торможения привода
- •Процессы в электроприводе, вызванные приложением статической нагрузки
- •4.5. Электропривод постоянного тока по схеме "источник тока - двигатель" Функциональная схема электропривода
- •Статические характеристики электропривода
- •Настройка системы электропривода
- •Формирование процессов в электроприводах с большим диапазоном изменения момента
- •4.6. Электропривод постоянного тока с двухзонным регулированием скорости Постановка задачи
- •Функциональная схема электропривода
- •Структурная схема двигателя при скорости вращения выше основной
- •Структурная схема электропривода при работе в зоне ослабленного потока двигателя
- •Настройка электропривода с двухзонным регулированием скорости. Рекомендации по выбору регуляторов
- •Учет переменных параметров двигателя при настройке крн и крс
- •Статические характеристики электропривода
- •4.7. Электропривод с реверсом поля двигателя
- •4.8. Вентильный электропривод с параллельными регуляторами
- •Функциональная схема электропривода
- •Особенности настройки одноконтурной системы регулирования напряжения
- •5. Регулируемые электроприводы переменного тока
- •5.1. Общие положения. Преимущества электроприводов переменного тока
- •5.2. Понятие векторного регулирования электромагнитного момента в электрической машине переменного тока
- •5.3. Синхронный электропривод с частотнотоковым регулированием момента Конструирование системы управления
- •Функциональная схема электропривода
- •Работа электропривода в установившихся режимах
- •Вывод соотношения для величины электромагнитного момента двигателя
- •Анализ выражения для электромагнитного момента сд в электроприводе с частотнотоковым управлением
- •Статические характеристики электропривода с чту
- •Габаритная мощность силовых элементов в электроприводе переменного тока
- •5.4. Частотнорегулируемые синхронные электроприводы с регулированием продольной и поперечной составляющих тока статора
- •Эволюция силовых цепей, приводящая к вентильному двигателю
- •Функциональная схема электропривода
- •Статические характеристики электропривода
- •5.6. Особенности формирования моментного треугольника в асинхронных электроприводах
- •5.7. Асинхронный электропривод с частотнотоковым управлением Принятый способ формирования момента ад
- •Принципиальная схема электропривода
- •Статические характеристики электропривода
- •5.8. Регулируемые асинхронные электроприводы массовых серий
- •5.9. Асинхронные электроприводы с регулированием напряжения на статоре Функциональная схема электропривода
- •Структурная схема асинхронного двигателя
- •Настройка электропривода
- •Энергетические показатели и рациональные области применения электропривода
- •5.10. Электропривод с машиной двойного питания Общая оценка электроприводов с машинами двойного питания
- •Функциональная схема электропривода
- •Векторные диаграммы и статические характеристики электропривода
- •5.11. Частотнорегулируемый асинхронный электропривод с векторным управлением
- •6. Перспективные электроприводы с нетрадиционными типами двигателей и новейшими источниками питания
- •6.1. Вентильный индукторный электропривод
- •6.2. Электропривод с синхронным реактивным двигателем независимого возбуждения
- •7. Следящие электроприводы
- •7.1. Примеры электроприводов с регулированием положения выходного вала рабочего механизма
- •7.2. Ошибки следящих электроприводов в установившихся нормированных режимах
- •7.3. Позиционный тиристорный электропривод постоянного тока Функциональная схема электропривода
- •Настройка электропривода «в малом». Синтез регулятора положения
- •Процессы отработки больших перемещений в схеме с линейным регулятором положения
- •Формирование оптимальных процессов «в большом»
- •С вязь параметров схемы с показателями процессов
- •7.4. Высокоточный следящий электропривод Функциональная схема электропривода
- •Учет упругих податливостей механических звеньев в высокоточных электроприводах
- •Структурная схема неизменяемой части электропривода с учетом упругостей механической системы
- •Пример настройки одноконтурной системы регулирования положения
- •Идея подхода и метод решения задачи
- •Оптимизация параметров эмс для случая 2 1 / тм
- •Оптимизация параметров эмс для случая 1 / тм 2
- •7.6. Электроприводы с модальным управлением. Наблюдающие устройства
- •7.7. Выбор структуры и параметров наблюдающих устройств при ограниченной чувствительности датчиков положения
- •Список литературы
- •Оглавление
- •1. Электроприводы с релейно-контакторными системами управления 9
- •2. Способы формирования процессов пуска 33
- •3. Способы поддержания скорости электропривода 70
- •4. Регулируемые электроприводы постоянного тока 89
- •5. Регулируемые электроприводы 173
- •6. Перспективные электроприводы 259
- •7. Следящие электроприводы 276
Функциональная схема электропривода
Синхронный двигатель MS подключен на выход двухзвенного преобразователя частоты, содержащего инвертор UZ1, питающийся от сети переменного тока промышленной частоты через управляемый выпрямитель UZ2 (рис. 5.13). Выпрямитель UZ2 работает в режиме регулируемого источника тока, для чего он охвачен отрицательной обратной связью по току. Контур регулирования тока выпрямителя настраивается с помощью регулятора тока РТ АА, на входе которого сравниваются напряжения с выхода функционального преобразователя ФП и датчика тока ДТ UA.
Автономный инвертор UZ1 работает в режиме коммутатора. Коммутатор (переключатель) – это автономный инвертор, который может регулировать частоту выходного переменного напряжения, но не регулирует его амплитуду. В режим коммутатора преобразователь UZ1 переводят умышленно, так как хотят иметь максимально возможный коэффициент мощности в статорной цепи MS. С этой целью в режиме инвертора управляющее напряжение UУАИ фиксируют на постоянном уровне, соответствующем работе инвертора с минимально допустимым углом инвертирования, а в режиме выпрямителя – на другом уровне, соответствующем нулевому углу выпрямления.
Д
~
Электропривод выполнен по подчиненному принципу, внешним контуром регулирования является контур регулирования скорости. Настройка этого контура осуществляется регулятором скорости РС АR, на входе которого сравниваются встречно включенные выходные напряжения задатчика интенсивности ЗИ АJ и датчика скорости ДС UV. Канал отрицательной обратной связи по скорости образован последовательно включенными тахогенератором ТГ BR, потенциометром RP и датчиком скорости ДС.
Схема управления построена с учетом того, что в двухзвенном преобразователе при смене знака момента, развиваемого двигателем, ток в силовой цепи преобразователей UZ не может изменить своего направления из-за односторонней проводимости тиристоров. Поэтому выбор знака момента производят, воздействуя на величину и знак напряжения преобразователей UZ. При этом величину момента (но не знак) задают пропорциональной абсолютному значению напряжения на выходе регулятора РС. С этой целью между выходом РС и входом регулятора тока РТ включают функциональный преобразователь (блок выделения модуля сигнала), который выполнен на пропорциональном регуляторе ФП А1, имеющем единичный коэффициент усиления, и диодах VD1 и VD2. Вид статической характеристики этого блока изображен на рис. 5.13 под регулятором ФП. Отрицательное напряжение с выхода РС поступает на вход РТ через регулятор ФП, инвертируется в нем и далее следует через открытый диод VD1, верхний же диод VD2 при этом закрыт. Так формируется левая ветвь статической характеристики звена ФП. Правая ветвь характеристики при положительных напряжениях на выходе РС формируется непосредственно диодом VD2 при закрытом VD1.
Знак момента, развиваемого двигателем, задают в соответствии со знаком напряжения на выходе РС, воздействуя на управляющий вход преобразователя UZ1. Для этого между выходными зажимами регулятора РС и управляющим входом преобразователя UZ1 включают релейный элемент РЭ А2. Максимальное положительное напряжение на выходе РЭ соответствует работе преобразователя UZ1 в инверторном режиме с минимальным допустимым углом инвертирования тиристоров. Отрицательный же сигнал на выходе РЭ переводит UZ1 в выпрямительный режим с углом управления тиристоров = 0.
Работа схемы происходит следующим образом. При разгоне электропривода на вход задатчика интенсивности ЗИ подается напряжение UВХ и происходит плавное нарастание напряжения на выходе ЗИ. Напряжение на выходе РС увеличивается в положительном направлении. Это положительное напряжение поступает на вход двух каналов. По первому входу (через функциональный преобразователь ФП и регулятор тока РТ) происходит задание требуемой положительной величины тока в силовой цепи преобразователя частоты. По второму входу (через релейный элемент РЭ) преобразователь UZ1 переводится в инверторный режим. Двигатель MS, работая в двигательном режиме, разгоняется.
При торможении электропривода, когда при снижении напряжения на выходе ЭИ изменяется знак напряжения на выходе РС, знак задания на ток преобразователя UZ2 и направление тока в силовой цепи преобразователей UZ не изменяется из-за наличия функционального преобразователя ФП. Но знак напряжения UУАИ на входе преобразователя UZ1 изменяется на противоположный, из-за чего UZ1 переходит в выпрямительный режим, а двигатель MS – в тормозной. Преобразователи UZ1 и UZ2 , работая оба в выпрямительном режиме, могли бы создать в их силовой цепи недопустимо большой ток. Но этого не происходит, так как контур регулирования тока преобразователя UZ2, поддерживая заданную регулятором РС величину тока, переводит этот преобразователь в инверторный режим. В результате механическая энергия, запасенная во вращающемся электроприводе, отдается в сеть.
Отметим одну принципиальную особенность, характерную для рассматриваемой схемы вентильного двигателя с преобразователем UZ1, выполненным на тиристорах. В качестве одного из достоинств данной схемы мы называли естественную коммутацию вентилей. При этом коммутация вентилей в преобразователе UZ2 производится напряжением питающей сети, а в UZ1 – за счет ЭДС вращения двигателя. Однако при пуске двигателя и на ползучих скоростях (в реальных схемах – это при частотах напряжения на статоре до 5...10% от номинальной) фазные ЭДС синхронного двигателя равны нулю или очень малы, так что естественную коммутацию в преобразователе UZ1, работающем инвертором, они выполнить не могут. Схема оказывается неработоспособной. Чтобы не прибегать к узлам искусственной коммутации и не удорожать систему электропривода, коммутацию тока тиристоров инвертора UZ1 при пуске и в районе низких скоростей электропривода осуществляют управляемым выпрямителем UZ2. Для этого в функции положения ротора в моменты времени, соответствующие моментам коммутации тока соседних тиристоров в UZ1, на управляющий вход преобразователя UZ2 подаются короткие мощные отрицательные импульсы напряжения UИМП, которые вызывают запирание его тиристоров, а следовательно, и тока во всей силовой цепи преобразователя частоты, включая UZ1.
После исчезновения тока запирающие свойства тиристоров UZ1, проводивших ток, восстанавливаются. После окончания бестоковой паузы преобразователь UZ2 переводится в нормальный выпрямительный режим работы источника тока, а в UZ1 отпирающие импульсы подаются уже на управляющие входы следующих тиристоров. В результате двигатель в районе низких скоростей работает не в режиме самокоммутации, а как шаговый двигатель.
Невыгодной особенностью шагового режима двигателя является дополнительный нагрев поверхности ротора из-за повышенного содержания высших гармоник в кривых фазных токов. Это обусловлено, во-первых, близостью к прямоугольнику, а не синусоиде основной волны тока фазы статора синхронного двигателя, подключенного к источнику тока через коммутатор а во-вторых, – дополнительным прерыванием каждой полуволны тока бестоковой паузой, необходимой для коммутации тиристоров второй тройки моста. По этой причине приходится несколько снижать величину длительно допустимого тока в вентильном электроприводе при пониженных скоростях.