5.1. Цель работы

Усвоить основные принципы управления тиристорными преобразователями в системах электропривода.

Исследовать разомкнутую и замкнутую систему ТП-Д в статическом режиме регулирования скорости.

5.2. Подготовка к работе

Для выполнения лабораторной работы студентам необходимо изучить раздел 8.4 /1/, разделы 4.4 и 6.4 /2/.

Изучая материал, студенты должны усвоить, что регулирование напряжения тиристорных преобразователей в системах автоматизированного электропривода в основном осуществляется изменением угла открывания тиристоров . С этой целью каждый ТП снабжается системой управления, которая обеспечивает формирование управляющих импульсов, а также сдвиг этих импульсов по фазе относительно анодного напряжения тиристоров.

По типу фазосдвигащего устройства различают несколько разновидностей систем импульсно-фазового управления (СИФУ): со статическим фазовращением мостом, с полуволновым магнитным усилителем, с вер­тикальным управлением и др. Наибольшее применение в тиристорных преобразователях электроприводов нашли СИФУ с вертикальным управлением.

Принцип вертикального управления состоит в том, что на входе формирователя импульсов производится сравнение переменного опорного U_ОП и регулируемого постоянного U_У напряжений. Последнее является напряжением управления. В момент равенства этих напряжений формируются управляющие импульсы. Изменяя значение постоянного напряжения, можно получить сдвиг управляющего импульса по фазе относительно анодного напряжения. Сказанное поясняется рис.5.1, где в качестве опорного напряжения используется пилообразное напряжение, и рис.5.2 - с синусоидальным опорным напряжением.

Структурно (см. рис.5.3) СИФУ с вертикальным управлением включает в себя фазосдвигающее устройство (ФСУ) и формирователь импульсов (ФИ). В свою очередь ФСУ содержит генератор опорного напряжения (ГОН) и нуль-орган (НО). В нуль-органе сравниваются опорное напряжение U_ОП, вырабатываемое в ГОН, и внешнее напряжение управления U_У, согласованное по уровню сигнала с U_ОП.

В момент равенства U_ОП и U_У переключается, и формирователь импульсов ФИ выдает управляющий импульс на тиристор.

Студентам следует помнить, что в настоящее время важное место отводится реверсивным вентильным электрическим приводам и что из-за свойства односторонней проводимости тиристоров реверсивный преобразователь можно получить, лишь применяя две нереверсивные группы вентилей. В таком случае одна из групп работает в выпрямительном, а другая в инверторном режиме. Наиболее распространенными схемами соединений групп являются встречно-параллельные нулевая и мостовая схемы. В настоящее время в тиристорных реверсивных преобразователях применяется раздельное и совместное управление группами вентилей. При раздельном управлении группами открытыми явля­ются тиристоры только одной группы, а тиристоры другой закрыты. Это исключает возможность протекания уравнительного тока.

При совместном управлении группами работают обе группы тиристоров: выпрямительная и инверторная. При этом добиваются, чтобы э.д.с. инвертора была равна или несколько превышала э.д.с. выпрямительной группы (Е_Н ≥ Е_В), чем значительно снижаются (обычно до 10% I_Н) уравнительные токи. Дополнительное ограничение уравнительных токов достигается с помощью уравнительных реакторов, или дросселей, которые одновременно являются сглаживающими в случаях прерывистых токов.

Уравнение электромеханической характеристики двигателя в системе ТП-Д имеет вид

(5.1),

При α=const уравнение (5.1) представляет собой прямую линию, наклон которой определяется сопротивлением R_a.

Студенты не должны забывать, что механические характеристики двигателя при питании его якоря от реверсивного преобразователя существенно зависят от способа управления вентильными группами.

При совместном согласованном управлении (когда α_н=180°-α_в) характеристики инверторного режима являются продолжением характеристик выпрямительного (двигательного) режима (рис.5.4).

При малых нагрузках и слишком ограниченных уравнительных токах возможно наступление режима прерывистых токов, что приводит к нелинейности механических характеристик (см.участки характеристик, отмеченные прерывистыми линиями на рис.5.5). Аналогичные нелинейные участки, обусловленные прерывистыми токами, а также наличием бестоковых пауз, наблюдаются при раздельном управлении группами вентилей в режимах, близких к идеальной скорости холостого хода. При этом характеристики инверторного и выпрямительного режимов получаются независимыми друг от друга, что усложняет управление приводами.

В разомкнутых системах регулирования электропривода вследствие невысокой жесткости характеристик (из-за значительного сопротивления якорной цепи) нельзя получить большого диапазона регулирования угловой скорости и обеспечить высокую точность регулирования. Для решения этих задач применяются замкнутые системы регулирования. В таких системах автоматически компенсируются всевозможные воздействия или отклонения и в приводе поддерживается на требуемом уровне угловая скорость или момент.

В лабораторной установке используется тиристорный реверсивный преобразователь типа ЭТЗ, в котором блок силовых вентилей (БСВ) собран по трехфазной нулевой схеме. Для управления тиристорами используется система импульсно-фазового управления (СИФУ), построенная на вертикальном принципе сравнения управляющего напряжения постоянного тока и опорного синусоидального напряжения.

5.3. Рабочее задание

1. Ознакомиться с электрооборудованием, его функциональным назначением и схемой лабораторной установки (рис.5.6).

2. Записать паспортные данные электрических машин, тиристорного преобразователя и перечень измерительных приборов, входящих в состав лабораторной установки.

3. Снять и построить регулировочную характеристику

4. Снять и построить механические характеристики двигателя в системе ТП-Д без обратных связей.

5. Исследовать систему ТП-Д с жесткой отрицательной обратной связью по скорости и построить механические характеристики.

5.4. Порядок выполнения работы

1. Проверить, и, если требуется, установить в исходное положение регулирующие аппараты (движки реостатов), чтобы исключить броски тока и напряжения при включении установки в работу.

2. Снять регулировочную характеристику при работе двигателя (без обратной связи ОС) вхолостую и вращении якоря сначала в одну, а затем в другую сторону.

Для этого подключить якорную цепь (Я1, Я2) и обмотку возбуждения двигателя (Ш1, Ш2) к тиристорному преобразователю, связав соединительными проводами соответствующие клеммы на стенде. Подключить задатчик скорости (ЗС) к блоку БПН на задающее напряжение U_П. Включить вводный автомат переменного тока QF1 и выключатель Q1.

Плавно вращая ручку задатчика скорости ЗС, изменять I_У и соответственно напряжение U_d, увеличивая его значение от 0 до 110В. Зафиксировать 5-6 значений I_У и U_d по показаниям соответствующих приборов.

Аналогично снять обратную ветвь зависимости , предварительно поменяв полярность подключения ЗС к БПН.

Данные обоих опытов занести в табл.5.1

Таблица 5.1.

IУ, А

-IУ, А

Ud, В

-Ud, В

3. Снять электромеханические характеристики двигателя в системе ТП-Д без обратных связей (ОС).

Для осуществления эксперимента необходимо выполнить подключения по п.2 и дополнительно подключить обмотку возбуждения генератора (Ш1Г, Ш2Г) к источнику питания постоянного тока (220В).

Включить вводный автомат переменного тока QF1 и выключатель Q1. С помощью задатчика скорости ЗС установить выходное напряжение ТП U_dx=100В. Проверить, чтобы сопротивление нагрузки реостата R_H в цепи генератора было максимальным. Включить вводный автомат постоянного токa QF2 и выключить Q2. Затем с помощью реостата R_H плавно увеличить нагрузку I_r до (6-7) А, зафиксировав при этом 5-6 соответствующих значений I_M и ω.

Выполнить аналогичные опыты при значении U_dx , равном 75 В и 50 В.

Снять зависимости при обратном (реверсном) вращении двигателя при значении U_dx= -100B. Данные измерений занести в табл.5.2.

Таблица 5.2

№ опыта

Измерено

Вычислено

Примечание

UФ В

IФ А

cos

с-1

IМ А

UМ В

IГ А

UГ В

Р1 Вт

РГ Вт

с

М Нм

при Udx=100B

при Udx=75B

при Udx=50B

при Udx= -100B

4. Снять электромеханические характеристики двигателя в системе ТП-Д с отрицательной обратной связью по скорости.

Для проведения эксперимента выполнить подключения по п.3 и дополнительно подключить обратную связь от тахогенератора ТГ.

Снятие характеристик произвести в том же порядке и для тех же значений U_dx, как указано в п.З.

Данные измерений занести в табл.5.3(табл.5.3 по форме полностью соответствует табл.5.2).

5.5. Указания по обработке результатов измерений

По данным табл.5.1 построить зависимость . Определить коэффициент усиления тиристорного преобразователя при значении ; здесь - напряжение управления. Для расчета принять R_У = 250 Ом.

Используя приведенные формулы, определить мощность, потребляемую от сети,

(5.2)

мощность в сети генератора

(5.3)

постоянную двигателя

(5.4)

где ω₀ – угловая скорость холостого хода двигателя:

момент нагрузки

(5.5)

к.п.д. привода

(5.6)

и результаты занести в табл.5.2 и 5.3.

По данным измерений и вычислений табл.5.2 и 5.3 построить механические характеристики двигателя в системе ТП-Д для прямого направления вращения при U_dx, равном 100, 75 и 50 В без обратных связей и с обратной связью.

5.6. Контрольные вопросы

1. В чем заключаются основные достоинства системы ТП-Д и ее преимущества перед системой Г-Д?

2. Как осуществляется и какие основные различия совместного и раздельного управления реверсивных ТП?

3. В чем заключается принцип вертикального управления тиристорными преобразователями?

4. Как осуществляется реверс двигателем в системе ТП-Д?

5. Объяснить принцип действия отрицательной обратной связи по скорости и какова ее роль в расширении диапазона регулирования скорости.

6. Дать анализ полученных механических характеристик двигателя в системе ТП-Д без ОС и с ОС.

7. Как изменяются и к.п.д. привода системы ТП-Д в зависимости от оборотов двигателя? Дать объяснение этим изменениям.

Лабораторная работа №6

Исследование магнитных и тиристорных пускателей