Министерство образования Российской Федерации

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "Электропривод и автоматизация промышленных установок"

ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ БТУ-3601 - ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Методические указания к лабораторным занятиям по курсу "Системы управления электроприводами”

Нижний Новгород

2004

Составители: И.В.Дудченко, В.В.Соколов . УДК 62-83.696.6.621

Тиристорный преобразователь БТУ-3601 - двигатель постоянного тока. Метод, указания к лабораторным занятиям для студентов спец. 1804 дневной формы обучения/ НГТУ; Сост.: И.В.Дудченко, В.В.Соколов. Н.Новгород 2004 43 с.

Рассматривается работа блоков и узлов реверсивного преобразователя постоянного тока серии БТУ-3601 в системе электропривода: тиристорный преобразователь - двигатель постоянного тока. Составлено в соответствии с СТП-4-У-ГПИ-85.

Научн.редактор С.В.Хватов

Редактор И.И.Морозова

Подп. 09.10.89. Формат 60х84. Бумага оберт. Печать офсетная.

Печ.л.2.75. Уч.-изд.л.2.6. Тираж 200 экз, Заказ 8080, Бесплатно.

Нижегородский государственный технический университет, 603600, Н.Новгород, ул. Минина, 24,

.

© Нижегородский государственный технический университет, 2004

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 1. Функциональная схема электропривода 2. Силовая часть преобразователя 3. Система управления преобразователем 3.1 Система импульсно-фазового управления и управляющий орган 3.2 Усилители импульсов и узлы импульсных трансворматоров 3.3 Датчик проводимости вентилей, устройство логическое, ключи «Вперед» и «Назад» 4. Система регулирования 4.1 Контур тока якоря (датчик тока, регулятор тока, функциональный преобразователь ЭДС, нелинейное звено, переключатель характеристик) 4.2 Контур скорости электропривода (датчик скорости, регулятор скорости, узел зависимого токоограничения) 5. Узлы источников питания, защиты и блокировки 5.1 Источник питания 5.2 Узел защиты и блокировки 6. Исследование систем реверсивного электропривода постоянного тока на базе преобразователя БТУ 360I 6.1 Схемы подключения и электрооборудование лабораторной установки 6.2 Проверка и наладка узлов системы электропривода 6.3 Паспортные данные силового электрооборудования Литература Приложение (рисунки)

4 4 8 9 9 11 12 14 14 18 19 19 20 23 23 25 29 29 30

Введение

Для создания быстродействующих, широкорегулируемых электро­приводов постоянного тока различных производственных механизмов, в том числе механизмов подач металлорежущих станков с числовым программным управлением, широко применяются тиристорные преобразователи постоянного тока.

В данном методическом указании приводится описание блоков и узлов, их схемных решений для системы электропривода на базе преобразователя постоянного тока серии БТУ-3601.

1. Функциональная схема электропривода

Функциональная схема электропривода на базе преобразовате­ля БТУ-3601 приведена на рис. 1.1. В качестве электродвигателя использован высокомоментный электродвигатель M со встроенным тахогенератором G1. Возможно применение других типов двига­телей постоянного тока с независимым возбуждением.

Силовая схема преобразователя состоит из согласующего трансформатора Т5, автоматического выключателя F, двух ком­плектов выпрямителей "Н" и "В", сглаживающего дросселя L и якоря двигателя Ml. Комплекты "В" и "Н" определяют возможное направление тока в якорной цепи и момента развиваемого на валу двигателя. Принято раздельное управление комплектами "В" и "Н",

Управление скоростью вращения двигателя осуществляется двухконтурной CAP с подчиненным регулированием параметров. Ти­повое исполнение системы автоматического регулирования - двухкратноинтегрирующая с ПИ-регуляторами тока и скорости.

Узлы систем управления и регулирования размещены на двух печатных платах E1 и Е2. Узлы импульсных трансформаторов (УИТ) находятся рядом с силовыми тиристорами.

На плате E1 размещены функциональные узлы, необходимые для. управления нереверсивным электроприводом:

- система импульсно-фазового управления (СИФУ);

- усилители импульсов (УИ);

- управляющий орган (УО);

- регуляторы тока и скорости (РТ и PC);

- датчик тока (ДТ);

- нелинейное звено (НЗ);

- функциональный преобразователь ЭДС двигателя (ФПЕ);

- блок питания (БП);

- узел защиты и блокировки (УЗ и Б).

• Все рисунки см. в приложении.

Плата Е2 содержит следующие функциональные узлы:

- логическое устройство раздельного управления (УЛ) с ключевыми элементами на выходе (Кл.В, Кл.Н);

- датчик проводимости вентилей (ДПВ);

- переключатель характеристик (ПХ);

- узел независимого от скорости токоограничения (УЗТ);

- предварительный усилитель регулятора скорости (ПУРС).

ПУРС выполнен по схеме модулятор-усилитель-демодулятор и применяется в электроприводах с расширенным диапазоном регулирования скорости (1: 10000).

Для линеаризации регулировочной характеристики преобразова­теля в режимах непрерывного и прерывистого токов применен адаптивный регулятор тока (АРТ), который обеспечивает инвариантность динамических процессов в контуре тока в указанных режимах.

Регулятор скорости формирует сигнал , пропорциональный при (РС-П типа) разности задающего сигнала и сигнала обратной связи по скорости . Поскольку, в свою очередь, сигнал является задающим для внутреннего контура (контура тока), то за счет ограничения максимальных значений ограничиваются макси­мальные значения тока якоря двигателя в переходных режимах пус­ка и торможения.

Перегрузочная способность высокомоментных электродвигателей зависит от частоты вращения якоря. Например при ток , а при величина , где - номинальный ток двигателя, - максимальное значение тока. В электроприводах с обычными электродвигателями постоянного тока и не зависит от частоты вращения. В этом, случае УЗТ отключают и ограничение постоянное.

Регулятор тока формирует сигнал ,который при правильной настройке ФПЕ пропорционален току на­грузки ( , где - выпрямленный ток, - эквивалентное сопротивление). Ограничением максимальных значений снимаются неконтролируемые контуром тока броски тока якоря (броски тока могут возникать в первый момент включения преобразователя под нагрузку и при обрыве цепи обратной связи по току). Таким образом, в данной системе электропривода реализованы две ступени ограничения тока якоря. Первая – за счет контура тока, ограничением сигнала , вторая - за счет так называемой токовой стенки и ограничения сигнала .

На вход датчика тока якоря .(ДТ) подается напряжение с трансформаторов тока Т2 - Т4, которое в ДТ выпрямляется. Выходное на­пряжение выпрямителя ДТ прямо пропорционально току нагрузки, и полярность напряжения не зависит от направления тока в якорной цепи. Обратная связь по току должна всегда быть отрицательной. Для этого, одновременно с переключением комплектов силового вы­прямителя "В" и "Н" меняется и полярность сигнала датчика тока с помощью ключей кл.В2 и кл.Н2.

Функциональный преобразователь ЭДС двигателя формирует сиг­нал и имеет характеристику, обратную регулировочной характеристике тиристорного преобразователя (управляемого выпрямителя) в режиме идеального холостого хода. Т.е. характеристика ФПЕ - арксинусоидалъная.

Нелинейное звено суммирует сигналы и . Коэффици­ент передачи НЗ по входу сигнала - постоянный, а по входу - нелинейный.

Система импульсно-фазового управления формирует для тиристоров импульсы заданной длительности и имеющие определенный фазо­вый сдвиг относительно силового напряжения.

Одни и те же каналы СИФУ управляют как тиристорами комплекта "В" так и комплекта "Н", что требует применения, переключателя характеристик ПХ на входе СИФУ. Переключатель харак­теристик преобразует разнополярное напряжение в однополяр­ное .

Управляющий орган обеспечивает ограничение минимальных и максимальных сигналов на входе СИФУ ( ) на уровнях, соответствущих и , а также установку начального угла управления .

В мостовой схеме выпрямления ток всегда проходит по двум тиристорам, поэтому в режиме прерывистого тока и при токе якоря (например, при пуске) меньше тока удержания тиристоров необходимо подавать импульсы управления одновременно на два тиристора. т.е. на каждый тиристор подается два импульса за один период пи­тающей сети. Такое распределение импульсов и усиление их по мощ­ности осуществляется усилителями мощности УИ1 - УИ6.

Для управления комплектами "В" и "Н" используется логическое устройство (УЛ) двухпозиционного типа, которое обеспечивает:

- выбор нужного для работы комплекта тиристоров:

- блокировку работающего комплекта при наличии тока в сило­вой цепи и управляющих импульсов в СИФУ (соответственно сигналы и );

- паузу (т.е. не работает ни один комплект) при переключе­нии комплектов.

Логическое устройство формирует сигналы на включение клю­чей кл.В и кл.Н, причем в каждый момент времени может быть вклю­ченным или один из ключей, или оба выключены. Каждый из ключей подключает соответствующую группу импульсных трансформаторов к шине питания - 12 В и тем самым обеспечивает прохождение управ­ляющих импульсов на выбранный для работы комплект тиристоров.

Командой на переключение комплектов (а это в конце концов сводится к переключению ключей кл.В и кл.Н) является изменение полярности сигнала на входе УЛ. При отсутствии тока в си­ловой цепи и управляющих импульсов в СИФУ (в этом случае логические сигналы и имеют ''единичный" уровень) в УЛ формируется логический сигнал паузы , закрывается ранее включенный ключ (снимаются импульсы с работающего комплекта), запрещается формирование управляющих импульсов в СИФУ. Угол уп­равления переводится в , элементом задержки начи­нается отсчет выдержки времени на переключение комплектов. По истечении выдержки времени в УЛ формируется логический сигнал разрешающий формирование управляющих импульсов в СИФУ с заданным значением угла управления , а вновь включивший­ся ключ (кл.В или кл.Н) обеспечивает прохождение сформированных импульсов на тиристоры выбранного комплекта.

Аварийный переход с одного комплекта на другой (при раздельном управлении комплектами 'В" и "Н") возможен, если от­сутствует ток в силовой цепи. Отсутствие тока фиксируется датчиком проводимости вентилей, который (по наличию напряжения на тириcторах) осуществляет косвенный контроль отсутствия тока. Контролируется напряжение на тиристорах катодной группы комплек­та "Назад" (V2, V4, V6) и анодной группы комплекта "Вперед" (V8, V10, V12). Для чего из силовой схемы в датчик проводи­мости вентилей снимаются четыре сигнала: фазные напряжения вен­тильных обмоток силового трансформатора и потенциал шины (13) цепи выпрямленного тока. Если на всех тиристорах силовой схемы напряжение превышает (1.5 - 2.5)В (этот уровень напряжения соот­ветствует проводящему состоянию вентиля), то это означает, что все тиристоры закрыты и поэтому ток в якорной цепи отсутствует.

В преобразователях с последовательным соединением вентильных групп (а к таким относится и мостовая схема) достаточно контро­лировать напряжение не тиристорах лишь в одной группе (анодной или катодной), т.к. при закрытых тиристорах одной группы тока в другой группе не может быть. Напряжение на блок питания пода­ется с двух вторичных обмоток трансформатора питания T1, третья вторичная обмотка используется для формирования синхронизирующего напряжения ( ) для СИФУ. Кроме этого, блок питания форми­рует сигнал , который подается в узел для защиты и блокиров­ки. При уменьшении сигнала ниже порогового уровня логичес­ких интегральных микросхем 511 серии (приблизительно +7.5 В), в УЗиБ формируется сигнал о снижении напряжения в питающей сети сверх допустимых значений.

Электронные защиты и блокировки в системе электропривода осуществляются узлом защиты блокировки. Входными сигналами узла являются: , - сигналы о текущих значениях тока нагруз­ки и напряжения в питающей сети; - логический сигнал паузы при переключении комплектов из УЛ; контактный сигнал "Деблокировка". Сигнал максимального тока преобразователя ( ) и номинального тока двигателя ( ) в явном виде в УЗиБ не подаются. Тем не менее, значения и либо уже заложены в параметрах элементов узла защиты, либо устанавливаются при наладке и регулировке.

Выходные сигналы УЗиБ осуществляют воздействие на различ­ные функциональные узлы систем управления и регулирования, вызы­вая: запрет формирования и снятие управляющих импульсов, пере­вод угла управления в , шунтирование регуляторов то­ка и скорости.

Кроме этого, при каждом включении преобразователя (точнее трансформатора T1) УЗиБ кратковременно запрещает (на мс) формирование управляющих импульсов в СИФУ, переводит в и шунтирует регуляторы. При отключении сигнала "Деблокировка" (цель задания построена таким образом, что одновременно с сигна­лом "Деблокировка" снимается и задающий сигнал) УЗиБ задерживает шунтирование регуляторов, снятие и запрет формирования управляющих импульсов в СИФУ, перевод в на время ( с), достаточное для завершения торможения электропривода с максималь­ной скорости.