4.9. Системи керування вентильними перетворювачами

Енергозберігаючі функції електропривода багато в чому виз­начаються засобами керування. Несправність у системі керуван­ня призводить до аварійного режиму в силових колах і порушен­ню ритмічності технологічного процесу.

Для підвищення працездатності системи вводиться інформа­ційна чи апаратурна надлишковість, внаслідок чого зменшується

ймовірність появи помилкових сигналів. Однак це призводить де багаторазового збільшення числа елементів кола керування. Навіті при виконанні всіх захисних заходів для підвищення надійност можлива поява перешкод і збоїв, що нерозривно пов’язані з робо­тою логічних схем. Логічна схема будь-якого ступеня складності, як правило, складається з елементарних автоматів нагромаджую­чого і комбінаційного типів. Під час перехідних процесів в авто­матах можлива поява «небезпечних змагань», що призводять де помилкових сигналів.

Найдоцільнішим рішенням є створення систем керування з використанням комплексних методів підвищення працездатності, що не потребують значних витрат:

• застосування циклічної (тактової) синхронізації;

• введення відсічень, що замикають елементарні автомати після їх спрацьовування;

• обробка інформаційних сигналів, представлених у вигляді логічних нулів;

• передача сигналів між вузлами в парафазному вигляді з на­ступним їх порівнянням;

• застосування логічних елементів з підвищеною перешкодо- захищеністю на МОП-структурах.

Системи імпульсно-фазового керування призначені для регу­лювання середнього значення ЕРС на виході перетворювача і зас­тосовуються в таких приводах:

• привод постійного струму з тиристорним перетворювачем;

• вентильний-асинхронно-вентильний каскад з керованим інвертором;

• вентильний двигун постійного і змінного струму;

• частотно-регульований привод з перетворювачем і ланкою постійного струму;

• асинхронний привод з регулюванням напруги на статорі.

Системи імпульсно-фазового керування за принципом побу­дови фазової затримки бувають:

• багатоканальні;

• одноканальні.

У багатоканальній СІФУ для кожної фази напруги кут керу­вання формується окремими фазозсуваючими пристроями, чис­ло яких може бути 6 чи 3. В одноканальній СІФУ відлік кута керу­вання проводиться в одному каналі для всіх фаз.

За принципом синхронізації з мережею СІФУ поділяються на

• синхронні;

♦ асинхронні.

Робота синхронних систем синхронізована з напругою мережі живлення. Асинхронні системи синхронізуються від окремого ге­нератора, не зв’язаного з мережею. Через свою простоту найбіль­ше застосування одержали синхронні системи.

Функціональна схема синхронної багатоканальної СІФУ зо­бражена нарис. 7.46.

До складу СІФУ входять:

СП1...СП6 — синхронізуючі пристрої. Вони виконують дві функції — синхронізують роботу СІФУ з мережею і здійснюють гальванічну розв’язку системи керування від мережі. У найпрос­тішому випадку ці функції виконує трансформатор;

ФЗП1...ФЗП6 — фазозсуваючі пристрої, що здійснюють фазо­вий зсув імпульсів керування на кут а. Величина фазового зсуву визна­чається напругою керування І_І_л;

ГПН — генератор пилкоподібної напруги, що формує напру­гу розгортки;

К — компаратор, що порівнює напругу керування з напругою розгортки. У момент їх рівності компаратор формує імпульс керу­вання;

ВП ї ...ВП6 — вихідні підсилювачі. Вони виконують дві функції— формують імпульс відкриття тиристора і здійснюють гальванічну розв’язку системи керування від мережі.

ПЕРЕТВОРЮВАЧ

М

Е

Р

Е

Ж

А

СП1

& ГПН

ФЗП1

СП6

& гпь

* ВП1

ФЗП6

-мк

ВП6

Т1

Ж¹

Т6

Рис. 7.46

На рис. 7.47 зображені діаграми роботи синхронної багатока­нальної СІФУ, що пояснює принцип її дії.

Рис. 7.47

Перевага багатоканальної СІФУ — максимальна швидкодія в динамічних режимах, пов’язаних зі зміною величини напруги ке­рування. Однак робота багатоканальної системи характеризуєть­ся фазовою асиметрією імпульсів керування, викликаною відмінністю параметрів каналів керування. Фазова асиметрія мо­ментів відкриття тиристорів перетворювача викликає додаткові спотворення напруги мережі. Це призводить до зростання амплі­туд вищих гармонічних складових напруги і появи нових гармонік, генерованих перетворювачем у мережу. При цьому амплітуда, ча­стота і фаза анормальних гармонік змінюється за випадковим за­коном, що утруднює їх компенсацію.

На відміну від багатоканальної системи, в одноканальній фор­мування фази зсуву імпульсу керування виробляється в одному ка­налі для всіх трьох фаз. Таке рішення виключає асиметрію імпульсів керування, обумовлену розкидом параметрів каналів керування.

Однак одноканальні системи мають динамічну похибку (запі­знювання) яка виникає при переведенні перетворювача з випрям­ного режиму в інверторний і навпаки.

Похибка перетворення аналогової величини (напруги керуван­ня), що змінюється в часі, у набір дискретних сигналів, що надхо­дять на керуючі електроди вентилів перетворювача, визначається видом функції розгортки. Найбільшу динамічну похибку (поряд­ку 300 ел. град) має елементарна розгортка з частотою, рівною ча­стоті мережі 50 Гц. При збільшенні частоти розгортки в 6

разів (/р= 6£= 300 Гц) динамічна похибка виключається цілком. Але при цьому в стільки ж раз звужується діапазон регулювання кута керування, що у цьому випадку складає 0...60 ел. град.

З метою зменшення динамічної похибки за умови збереження повного діапазону регулювання 0...180 ел. град використовують лінійні акордні функції розгортки, у яких частота проходження кожної елементарної розгортки дорівнює 300 Гц. Акордні систе­ми утворяться з елементарних шляхом зсуву розгорток по одній або кількох координатах, наприклад, у часі.

Функціональна схема синхронної одноканальної СІФУ зо­бражена на рис. 7.48.

До складу СІФУ крім відомих елементів входять нові: С — син­хронізатор; РІ — розподільник імпульсів; ДНІ — дешифратор; Д — подільник на шість.

На рис. 7.49 зображені діаграми роботи синхронної однока­нальної СІФУ, що пояснюють принцип її дії.

На виході синхронізуючого пристрою формуються сигнали синхронізації з частотою 300 Гц, що надходять відповідно на вхо­ди синхронізатора і фазозсуваючого пристрою.

Фазозсуваючий пристрій складається з трьох послідовно вклю­чених однотипних пристроїв, кожен з яких має максимальну фа­зову затримку 60 ел. град, частоти мережі. Таким чином, з елемен­тарних функцій, що розгортають, з частотою розгортки 300 Гц ут­воряться акордні, що зберігають повний діапазон розгортки

0...180ел. град.

Рис. 7.49

У фазозсуваючому пристрої відбувається порівняння змінної напруги розгортки з напругою керування. У момент їх рівності на виході кожного фазозсуваючого вузла формуються імпульси, що надходять далі в синхронізатор і на вхід наступного вузла розгорт­ки. Оскільки всі синхроімпульси затримуються по фазі тими са­мими вузлами, асиметрія, внесена ними, практично відсутня.

Для правильного розподілу імпульсів керування по фазах пе­ретворювача застосований синхронізатор. Він зв’язаний з виходом кожного вузла фазової затримки і виділяє із шести затриманих імпульсів тільки перший, котрий синхронізує роботу розподіль­ника імпульсів. У розподільнику за допомогою подільника на шість і дешифраторів сигнали розділяються на шість каналів за числом тиристорів катодної й анодної груп кожної фази двигуна.

На якість перетворення напруги істотний вплив чинять дри­жання і дрейф імпульсів керування, викликані коливаннями час­тоти мережі і комутаційних провалів напруги при вмиканні тири­сторів, а також похибкою системи керування. Поліпшення про­цесу формування імпульсів керування дозволяє зменшити

амплітуди анормальних гармонік і стабілізувати частотний спектр напруги мережі. Це спрощує процес фільтрації вищих гармонік фільтрокомпенсучими пристроями і підвищує його ефективність.

Функціональна схема і діаграма роботи синхронізуючого при­строю, що усуває фазовий дрейф імпульсів керування (анормальні гармоніки), зображені на рис. 7.50(а,б).

До складу пристрою входять: ТС1...ТСЗ — трансформатори синхронізації; ОГ — обмежувачі напруги; ТШ — тригери Шмітта; Т — тригери К$-типу; Ф — формувачі.

Первинні обмотки трансформаторів синхронізації мають відводи напруги 660, 380, 220 і 100 В, що дозволяє підключити їх як до мережі 50 Гц, так і до вторинних обмоток високовольтного вимірювального трансформатора з напругою вимірювальних об­моток 100 В. Трансформатори сполучені за схемою «трикутник» - «зірка-зворотна зірка» для одержання на вторинних обмотках на­пруг, що знаходяться у фазі і протифазі з лінійними напругами первинних обмоток. Амплітудні значення синфазних напруг трансформаторів складають 35. ..40 В.

Синфазні напруги обмежуються до рівня 10 В і надходять на інвертуючі входи тригерів Шмітта. На інвертуючі входи тригерів подається позитивна опорна напруга. Тригери Шмітта служать для зменшення дрижання і дрейфу імпульсів керування, що виника­ють через пульсації і комутаційні провали напруги живлення.

Тригер Шмітта виконаний на операційному підсилювачі з по­зитивним зворотним зв’язком. Щоб залежність вихідної напруги від вхідної мала релейний характер, коефіцієнт позитивного зво­ротного зв’язку вибирається більше коефіцієнту підсилення. Ши­рина гістерезисної петлі Д Vрегулюється резистором у колі зворот­ного зв’язку підсилювача, а опорна напруга переміщує середину петлі по осі ординат.

У момент часу і_ѵ коли напруга обмежувача стає рівною опорній, відбувається перехід тригера Шмігга в нульовий стан. Пе­рекидається КЗ-тригер і на виході першого формувача генеруєть­ся імпульс керування, що надходить далі через фазовий пристрій на тиристор. Відбувається вмикання тиристора, і якщо комутаційні провали в напрузі мережі великі, то тригер Шмітта знову переки­неться. Однак це не змінить стан К8-тригера, і не відбудеться по­милкового спрацьовування системи. Змінить стан К5-тригера тільки сигнал другого тригера Шмітта, що надходить у момент часу 1_Г Така схема утворить дискретний фільтр, який не вносить фазо­вого зсуву і що виключає дрижання і дрейф імпульсів керування.

Функціональна схема елементарного вузла одноканального акордного фазозсуваючого пристрою зображена на рис. 7.51.

Кожен синхроімпульс частотної послідовності 300 Гц готує К5- тригер і запускає генератор пилкоподібної напруги, відкриваючи ключ КЛ. Генератор складений на двох операційних підсилюва­чах ОП1, ОП2 і має високий коефіцієнт лінійності. Нахил напру­ги розгортки регулюється резистором КІ.

Лінійно наростаюча напруга надходить далі на вхід струмового компаратора К, у який відбувається порівняння його з напругою керу­вання. У момент їх рівності компаратор перекидається. При цьому на виході формувача з’являється імпульс, що перемикає Я8-тригер, у ре­зультаті чого починається процес розряду конденсатора С. Одночас­но цей імпульс надходить на вхід наступного вузла затримки. Відсічення напруги, розгортки уданому вузлі виключають помилкові спрацьову­вання в динамічних режимах при зміні напруги керування.

Регулювальна характеристика СІФУ зображена на рис.7.52.

СІФУ і перетворювач звичайно описуються аперіодичною лан­кою першого порядку.

Коефіцієнт передачі перетворювача визначається з регулю­вальної характеристики СІФУ:

_с _ АЕ^ Аа _ ДЕ, ^л Да АЦ_К Д<У_К*

Електромагнітну сталу часу перетворювача звичайно прийма­ють рівною половині періоду частоти напруги живлення Г =0,01 с. Тоді диференціальне рівняння перетворювача має вигляд:

г_в^-+я, = с_ві/_у>

І/.	Сп	Е„
а структурна схема ланки	г„+1

ЛІТЕРАТУРА

1. Вахванов Г.Г. Энергосбережение и надежность вентилятор­ных установок. — М.: Стройиздат, 1989. — 176 с.

2. Гольстрем В.А., Кузнецов Ю.Л. Справочник по экономии топ­ливоэнергетических ресурсов . - Киев: Техника, 1985. - 383 с.

3. Ильинский Н. Ф. и др. Энергосбережение в электроприводе — М.-.Высшая школа, 1989. - 127с.

4. Клюнев В.И. Теория электропривода. — М.: Энергоатомиз- дат, 1985. - 560 с.

5. Копытов Ю.В. , Чуланов Б.А. Экономия электроэнергии в промышленности : справочник. — М.: Энергия, 1978. - 120 с.

6. Мамалыга В, М. Энергосбережение в системах электропри­вода. — Киев.: Энергетический центр ЕС в Киеве, 1995. — 86 с.

7. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод. — М.; Энергоатомиздат, 1986. - 416 с.

8. Москаленко В.В, Электрический привод. — М.: Высш.шк., 1991, -430 с.

9. Некрасов В, ГВнутризаводской транспорт с инерционным аккумулированием энергии. / Промышленная энергетика: Энер­госбережение. — М., 1985. №3. — С. 46-49.

10. Нормативный документ Министерства угольной промыш­ленности Украины: Конвейеры ленточные. Методика выбора и расчета привода. — Киев: Электромеханика, 1995.

11. ОСТ 12.25.011-84. Экономия электрической энергии на угольных шахтах. Основные мероприятия и методы расчета. — М.: Минуглепром СССР, 1984. - 136 с.

12. Преображенский В.И. Полупроводниковые выпрямители. — М.: Энергоатомиздат, 1986. - 136 с.

13. Расчет и конструирование элементов электропривода /

В.С.Яковенко и др. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 320 с.

14. Справочник по электроустановкам угольных предприятий. Электроустановки угольных шахт.: Справочник /под ред. В.ВДег- тярева и ДР- М.: Недра, 1988. - 727с.

15. Справочник по автоматизированному электроприводу / под ред. В.А.Елисеева и А.В. Шинянского. — М: Энергоатомиз- дат, 1983. - 616 с.

16. Енергозбереження — пріоритетний напрямок державної політики України / Ковалко М.П. Денисюк С.П. Відпов. ред. Шидловський А.К. - Київ: УЕЗ, 1998. — 506 с.

17. Енергозбереження - досвід, проблеми, перспективи / Ко­валко М.П. Відпов. ред. Шидловський А.К; Держкоменергозбере- ження України — Київ: Ін-т електродинаміки НАНУ, 1997. — 152 с.

18. Від виробництва до ефективного споживання енергії. По­сібник для вчителів / О.І. Соловей, А.В. Праховник, Е.М. Іншеков та інші. К. — Нот. ф-ка, 1999. - 400 с. іл.-(Енергозбереження; кн. 2).

19. Луговой А.В. Итоги научно-производственного семинара «Проблемы энергосбережения в промышленности» // Сб. «Про­блемы создания новых машин и технологий», научные труды КГПИ, Кременчуг.: 1998. - Вып. 2.

20. Луговой А.В. К теории энергосбережения средствами про­мышленного электропривода// Электротехника. — 1999. — № 5. — С.62-67.

21. Маевский О.А. Энергетические показатели вентильных пре­образователей. — М.: Энергоатомиздат, 1978.

22. Флоренцев С.Н. Состояние и перспективы развития прибо­ров силовой электроники на рубеже столетий// Электротехника. — 1999. -№4. -С.2-7.

23. Галанов В.И. и др. Современные мощные полупроводнико­вые приборы и их функциональные особенности// Электротех­ника. - 1998. - №3. - С. 48-52

24. Калашников Б.Е. Опыт разработки и внедрения ІОВТ-ин- верторов для асинхронного электропривода// Электротехника. — 1998. - №7.-С. 24-31

25. Браславский И.Я. О возможностях энергосбережения при использовании регулируемых асинхронных электроприводов // Электротехника. — 1998. — №8. — С. 2-5

26. Лезнов Б. С., Чебанов В.Б. Применение регулируемого элек­тропривода в насосных установках систем водоснабжения и водо­отлива //Электротехника. - 1995. - №7. - С. 9-12

27. Розанов Ю.К., Флоренцев С.Н. Электропривод и силовая электроника //Электротехника. — 1997, — №11. — С. 7—12

28. Изосимов Д.Б., Козаченко В.Ф. Алгоритмы и системы циф­рового управления электроприводами переменного тока //Элек­тротехника. - 1999. — №4. — С. 41-51

29. Барский В.А. и др. Создание серии ЮВТ преобразователей частоты для регулируемых асинхронных электроприводов // Элек­тротехника. - 1999. - №7. - С. 38-41

30. Ильинский Н.Ф. Перспективы применения вентильно-ин­дукторного привода в современных технологиях // Электротехни­ка.- 1997. - №2. -С 1-3

31. Хашимов А.А. Энергосберегающие системы автоматизиро­ванного электропривода переменного тока // Электротехника. — 1995.-№11.-С. 34-39

32. Масандилов Л.Б. Применение систем электропривода. Ти­ристорный преобразователь напряжения — асинхронный двига­тель для грузоподъемных машин // Электротехника. — 1995. — №10.-С. 24-27

33. Накопители энергии: Учебное пособие для вузов / Бут Д.А. и др. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 400с.,ил.

34. Жежеленко И. В. Высшие гармоники в системах электро­снабжения промпредприятий. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984. — 160с.,ил.

35. Розанов Ю.К. Современные методы регулирования каче­ства электроэнергии средствами силовой электроники // Элект­ротехника. - 1999. - №4. - С. 28-32.

36. Прня Р. Качество напряжения - новое в решении пробле­мы компенсации реактивной мощности // Электротехника. — 1999. - №4. - С.32—34.

37. Андрианов М.В. Определение параметров фильтрующих устройств для обеспечения электромагнитной совместимости электроприводов //Электротехника. — 1999. — №11. — С. 37—41.

38. Чукреев Н. Я. Атомная энергетика: достоинства, проблемы и перспективы // Енергетична політика України. - №7-8, 2002.

С. 96-103

39. Шпак Я. Яку стратегію розвитку вітроенергетики України доцільно прийняти? // Енергетична політика України. — №6. - 2002. - С. 66-68.

40. Першин В.П. Енергозбереження як фактор сталого розвит­ку вітчизняної економіки//Тези доп., МНТ конф., «Енергоефек- тивність-2002». — Київ, 2002. — С. 20—25.

41. Жовтянський В. А. Ключові проблеми енергозбереження у розрізі енергетичної стратегії України. // Тези доп., МНТ конф., «Енергоефективність—2002». - Київ, 2002. - С. 20-25.

42. Стан ТЕС України, її роль в забезпеченні попиту на елект­роенергію. // ТЕС України, проблеми і перспектви, ЕнКОГ, ІНЕКО-Менеджмент. - Київ,2002. - С. 1-29.

Навчальне видання

Закладний Олександр Миколайович Праховник Артлр Веніамінович Соловей Олександр Іванович

ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ ЗАСОБАМИ ПРОМИСЛОВОГО ЕЛЕКТРОПРИВОДА

Навчальний посібник

Редактор Вдовиченко Валентина Миколаївна Коректор Асташева Марія Василівна Комп’ютерна верстка Полончук Микола Андрійович Дизайн обкладинки Вакуленко Микола Миколайович

Підписано до друку 29.01.2004. Формат 84x108 1/32.

Папір офсетний. Друк офсетний. Гарнітура №\ѵюп. Ум.друк.арк. 21,42. Ум. фарбовідб. 21,84. Обл.-вид.арк. 19,8. Наклад 1 ООО прим. Зам. № 614/245.

Видавництво «Кондор»

Свідоцтво ДК№ 1157 від 17.12.2002 р.

03057, м. Київ, пров. Польовий, 6, тел./факс (044) 456-60-82, 241-83-47.

Діапозитиви виготовлено з файлів, наданих видавництвом

Виготовлено у ТОВ «Навчальний друк»

61001, Харків, вул. Державінська, 38.

Свідоцтво про державну реєстрацію: серія ХК № 58 від 10.06.2002 р.