книги из ГПНТБ / Анисимов Я.Ф. Особенности применения полупроводниковых преобразователей в судовых электроустановках

выпрямителя D36—D41 и генератора напряжения повышенной ча­ стоты ГПЧ (1000 Гц).

Магнитный усилитель представляет собой элемент типа МР-401 системы «Логика». Он имеет, кроме рабочих обмоток ОР, пять об­ моток управления. На обмотку ОУЗ подается стабилизированное напряжение смещения от блока питания. В обмотку ОУ4 поступает задающий сигнал, величина которого регулируется переключением положений командоконтроллера. Обмотка ОУ5 служит для введе­ ния в СМУ отрицательной обратной связи по напряжению с целью стабилизации выпрямленного напряжения при изменении нагрузки. Поступающий в обмотку ОУ5 с выхода преобразователя сигнал суммируется алгебраически с задающим сигналом. Выходной сиг-

то w

Рис. 4.13. Схема БТО преобразователя типа ЭВП.

нал СМУ (клеммы 24—25), являющийся управляющим для СФУ, пропорционален этой алгебраической сумме.

Резисторы R20—R27 предназначены для установления необхо­ димых значений токов в обмотках управления МУ. В цепь ОУ5 включен П-образный фильтр для сглаживания переменной состав­ ляющей сигнала обратной связи.

Питание рабочих обмоток МУ переменным напряжением по­ вышенной частоты позволяет не только увеличить быстродействие системы, но и более эффективно сгладить выходной сигнал СМУ.

Генератор ГПЧ представляет собой двухтактный автогенератор, собранный на транзисторах ТЗ и Т4 и преобразующий постоянное напряжение в переменное прямоугольной формы.

Основными элементами блока токовой отсечки БТО (рис. 4.13) являются узел датчика тока и устройство формирования сигнала токовой отсечки.

Узел датчика тока включает трансформаторы постоянного тока Тр2 (рис. 4.11) и выпрямительный мост D42—D45 с нагрузочным сопротивлением R35 и сглаживающим конденсатором С19. Устрой­ ство формирования сигнала токовой отсечки состоит из стаби­ литрона Сті, транзистора 75, конденсатора С18 и резисторов R31—R34. В блок БТО также входят резисторы R28—R30, сглажи-

110

вающий П-образный фильтр (L2, С16, СП) и универсальный пере­ ключатель У П.

На клеммы 24—25 поступает сигнал с выхода СМУ, а на клеммы 10—29 через трансформаторы Тр2 и одну из вторичных обмоток трансформатора блока питания — сигнал с выхода пре­ образователя. Если ток якоря не превышает допустимого значения, то стабилитрон Сті и транзистор Т5 находятся в закрытом состоя­ нии. В этом случае управляющий сигнал с выхода СМУ, сглажи­ ваемый П-образыым фильтром, поступает на вход СФУ (клеммы 12—13), последняя задает тот или иной угол включения силовых тиристоров.

Если ток якоря достигнет или превысит значение тока отсечки, то напряжение на Cri становится больше напряжения стабилиза­ ции, и стабилитрон пробивается в обратном направлении, что вле­ чет за собой открывание транзистора Т5. Последний шунтирует вход СФУ (клеммы 12—13), в результате чего управляющий сигнал резко снижается до нуля, вызывая такое увеличение угла включе­ ния (а>90°), при котором преобразователь переходит в инвертор­ ный режим работы. В этом режиме, обеспечивающем генераторное торможение двигателя, преобразователь работает до тех пор, пока ток якоря не снизится до значения тока отсечки, после чего пре­ образователь вновь переходит в выпрямительный режим работы. Величину тока отсечки можно изменять с помощью переключа­ теля У П.

Блок БП предназначен для питания постоянным и переменным напряжением блоков системы управления. Он состоит из трансфор­ матора, выпрямительного моста со сглаживающим конденсатором и узлом стабилизации, составленным из резистора и стабилитрона. Выпрямитель питает обмотку смещения СМУ (клеммы 20—21). Одна из вторичных трехфазных обмоток используется для питания моста ГПЧ суммирующего магнитного устройства (клеммы 26—28), одна однофазная обмотка включена в узел датчика тока БТО (клеммы 9—29).

Электролитические конденсаторы, включаемые для сглажива­ ния выпрямленного напряжения, обладают большой емкостью (до 2000 мкФ), чем обеспечивается высокая степень сглаживания пуль­ сации.

В системе управления использованы транзисторы типов П214Г

Управление приводом производится с помощью командоконтроллера КК- Схема релейно-контакторного узла с командокоитроллером приведена на рис. 4.14. Командоконтроллер имеет одно нулевое положение, три положения «Выбирать» и два—«Травить».

Система управления позволяет осуществлять пуск, регулирова­ ние частоты вращения, торможение и реверсирование двигателя, при этом она обеспечивает два режима работы привода: автома­ тический и ручной. Работа в любом из режимов определяется по-

111

ложением универсального переключателя УП; при работе в авто­ матическом режиме УП устанавливается в положение АР, в руч­ ном— в положение PP.

•110&

Ai

tf

Рис. 4.14. Схема релейно-контакторного узла.

На рис. 4.15 приведены скоростные характеристики двигателя типа ДПМ.-52 (без учета области прерывистых токов), соответ­ ствующие трем положениям КК «Выбирать».

112

При работе в ручном режиме в положении «Выбирать», харак­ терном для стадии подтягивания судна к причалу, система управ­ ления обеспечивает три частоты вращения двигателя. В первом по­ ложении КК скорость выбирания минимальная. При этом замыка­ ются контакты 2, 3, 4, причем получает питание реле времени PB. После замыкания его контактов в цепи обмотки контактора тормо­ за Т последний подает напряжение на катушку тормозного элек­ тромагнита ТМ, и двигатель растормаживается.

токовой отсечки, и затем работает на характеристике 1 при вели­ чине напряжения UdB = 42 В.

Во втором положении КК скорость выбирания номинальная. При этом положении, кроме указанных выше, замыкается пятый контакт КК, что вызывает шунтирование ступени R38 и увеличение задающего сигнала в ОУ4 суммирующего магнитного устройства. Величина выпрямленного напряжения возрастает до значения С й в = 141 В. При токе якоря, определяемом токовой отсечкой, дви­ гатель переходит на характеристику 2, которая соответствует дан­ ной величине UdB-

В третьем положении КК дополнительно к отмеченным замы­ кается шестой контакт, что вызывает шунтирование R39 и увеличе­ ние выпрямленного напряжения до значения 1 ^ = 164 В. В этом же положении замыкается еще и восьмой контакт, в результате чего получает питание контактор ослабления поля КОП. С размыка­ нием его контактов последовательно с обмоткой возбуждения дви­ гателя ОВД оказывается включенным сопротивление R37, что при­ водит к ослаблению магнитного потока двигателя. Увеличение UdB

и ослабление магнитного потока обеспечивает высокую скорость выбирания троса в третьем положении (характеристика 3).

Работа схемы в режимах травления троса аналогична режимам выбирания во втором и третьем положениях, но теперь уже вклю­ чен контактор Я и двигатель вращается в обратном направлении.

Автоматический режим работы, характерный для удержания судна у причальной стенки, можно получить только в первом по­ ложении «Выбирать». При изменении тока якоря от нуля до за­ данного тока отсечки / 0 . а преобразователь работает в выпрями­ тельном режиме. Если ток якоря достигнет значения, равного / 0 . а , то вступает в действие блок БТО, ограничивая ток якоря и соответ­ ственно момент двигателя (точка а на рис. 4 . 15) . Скорость двига­ теля снижается до нуля и в точке б обеспечивается режим стоянки

П О Д Т О К О М / 0 . а-

При дальнейшем увеличении натяжения троса лебедки автома­ тически изменяется режим работы электропривода. Под действием статического момента двигатель разворачивается в противополож­ ном направлении и происходит стравливание троса. Вместе с из­

свое направление, то в схеме преобразования создаются условия для осуществления инверторного режима. Однако пока такой ре­ жим не наступает. В данной схеме в режиме отсечки угол а воз­ растает до значения, которому соответствует напряжение на вы­ ходе инвертора Udn = 136 В. Для того чтобы наступил инверторный режим, необходимо, чтобы £ я превысила Udu хотя бы на величину падения напряжения на сопротивлении якоря, для чего двигатель должен разогнаться до определенной частоты вращения.

По мере увеличения частоты вращения двигателя возрастает э. д. с. якоря и при токе, равном величине тока уставки БТО, двигатель начинает работать на характеристике динамического торможения (точка в, рис. 4 . 15) . Режиму динамического торможения соответ­ ствует участок вг, в этом режиме двигатель продолжает увеличи­ вать скорость, но пока Ея<11аи, преобразователь заперт, хотя на тиристоры поступают управляющие импульсы.

В точке г (см. рис. 4.15) э. д. с. якоря достигает необходимого значения и наступает инверторный режим. Далее двигатель рабо­

величины уставки БТО преобразователь автоматически возвра­ щается в выпрямительный режим.

Во втором и третьем положениях «Выбирать», а также в обоих положениях «Травить» автоматический режим работы привода не предусмотрен.

114

Защита преобразователя от токов короткого замыкания на сто­ роне переменного тока осуществляется автоматическим выключа­ телем AI, на стортже постоянного — автоматом А2 и блоком то­ ковой отсечки, а также максимальным реле РМ. Автомат А2 и блок выполняют защиту и от перегрузок, кроме того, автомат А2 используется для защиты преобразователя при опрокидывании ин­ вертора. При появлении нагрузок выше допустимых срабатывает предохранительная муфта, разобщающая барабан лебедки и при­ вод. В приводе предусмотрена также защита от обрыва шунтовой обмотки с помощью реле РОП. Нулевая защита обеспечивается реле РН, в цепь катушки которого введены контакты защитной аппаратуры.

Для обеспечения требуемой последова­ тельности работы аппаратов при разгоне и торможении двигателя используются реле времени PB и контактор Т. С помощью блок-контакта реле PB (см. рис. 2.7) прек­ ращается подача управляющих импульсов

пряжений, возникающих при отключении от сети силового транс­ форматора Трі, когда преобразователь не нагружен, или при раз­ рыве цепи нагрузки применяется блок защиты от перенапряжения

что она не содержит логического переключающего устройства. Не­ обходимость в нем отпадает, так как переход из выпрямительного режима в инверторный и обратно, предусмотренный только в ав­ томатическом режиме работы привода в первом положении «Вы­ бирать», происходит при наличии тока в цепи якоря.

Из зарубежных разработок представляет интерес схема вен­ тильного электропривода автоматической,швартовной лебедки [76], выполненная на основе трехфазного мостового неуправляемого вы­ прямителя (рис. 4.16). Натяжение троса на заданном уровне под­ держивается путем регулирования тока возбуждения двигателя. Сопротивление R вводится в цепь якоря при стравливании троса.

115

Оно предупреждает короткое замыкание цепи якоря через выпря­ митель. При самостоятельной работе вьюшки лебедки это сопро­ тивление шунтирует якорь. Представленная схема обеспечивает падающие механические характеристики двигателя и достаточно широкий диапазон изменения скорости. Реверс двигателя осущест­ вляется током возбуждения. Узел L—С на входе выпрямителя предназначен для ограничения тока при перегрузках.

Схема отличается простотой и высокой надежностью, но вклю­ чение сопротивления в силовую цепь снижает экономичность привода.

§ 4.5. Выпрямители для управления электроприводом судовых грузоподъемных механизмов

Электропривод грузовых лебедок и кранов работает в повторнократковременном режиме, который характеризуется широким диа­ пазоном изменения нагрузки и частоты вращения. В последние годы в приводах судовых грузоподъемных механизмов применя­ ются двух- и трехскоростные короткозамкнутые асинхронные дви­ гатели, позволяющие получить ступенчатое регулирование частоты вращения. При известных достоинствах эти приводы обладают и рядом недостатков. В ряде случаев привод на переменном токе не может удовлетворить всем требованиям, предъявляемым к элек­ троприводу грузовых механизмов (широкий диапазон и высокая плавность регулирования частоты вращения при постоянном мо­ менте, получение ползучих скоростей для мягкой посадки груза).

грузоподъемных механизмов в настоящее время являются разра­ ботка и внедрение систем, основанных на частотном регулировании, а также тиристорных приводов постоянного тока [52, 73]. Произво­

в широком диапазоне регулирования выпрямленного напряжения при эффективном ограничении величины тока, в обеспечении инверторного режима и достаточно высоких динамических характе­ ристик.

Один из вариантов тиристорного привода промышленных кра­ новых механизмов приведен в [57]. Для питания якорных цепей двигателей используются реверсивные тиристорные преобразова­ тели с несогласованным управлением группами вентилей. В пре­ образователях приводов подъема применяется трехфазная мосто­ вая схема, в приводах перемещения — трехфазная нулевая; все преобразователи питаются от одного силового трансформатора.

116

Для ограничения уравнительных токов используются двухобмоточные дроссели.

Для обеспечения необходимой жесткости механических харак­ теристик применяется отрицательная обратная связь по напря­ жению с отсечкой. Для ограничения максимального тока и момента двигателя в переходных режимах служит токовая отсечка. При работе привода подъема в основном используются участки меха­ нических характеристик, расположенные в I и IV квадрантах. При этом направление тока в якоре двигателя в режимах подъема и тормозного спуска одинаково. Лишь при силовом спуске направ­ ление тока в якоре изменяется. Управление приводом осуществ­

В литературе [73] приведена схема электропривода для судо­ вого кранового механизма также с реверсивным тиристорный пре­ образователем. Однако при разработке электроконтроллеров типа ЭВП была принята схема нереверсивного преобразователя, как бо­ лее рациональная.

На рис. 4.17 представлена блок-схема привода механизма подъ­ ема судового крана с электроконтроллером типа ЭВП, разработан­ ного на основе схемы реверсивного преобразователя типа АТР-1 ГПИ «Тяжпромэлектропроект».

Схема силовой части преобразователя имеет ту же структуру, что и в преобразователе привода швартовной лебедки. Силовой

Система управления преобразователем привода крана по сравнению с системой управления преобразователем привода швар­ товной лебедки дополнительно имеет следующие блоки:

а) логическое переключающее устройство ЛПУ; б) датчик нулевого тока ДНТ;

в) суммирующее магнитное устройство логического переклю­ чающего устройства СМЛ.

І17

Данная система управления позволяет осуществлять пуск, ре­

образователя швартовной лебедки. На рис. 4.18 приведена регули­

Рис. 4.19. Схемы ДНТ и ЛПУ преобразователя.

«зона» характеристики. Нелинейные участки «отсекаются» с по­ мощью входного устройства СФУ.

В схеме БТО преобразователя привода крана отличием яв­ ляется то, что связь с силовой цепью осуществляется на стороне переменного тока. В соответствии с этим узел датчика вместо трансформаторов постоянного тока содержит три трансформатора переменного тока. В состав датчика тока входит также трехфазный выпрямительный мост, отделенный от силовой цепи с помощью трех однофазных трансформаторов. В схеме БТО отсутствует уни­ версальный переключатель, в остальном она аналогична ранее рас­ смотренной (см. рис. 4.13).

Отметим, что трансформаторы как постоянного, так и перемен­ ного тока выбираются таким образом, что их насыщение наступает при токе, несколько большем тока уставки БТО. В противном случае будет искажаться кривая напряжения на выходе узла дат­ чика тока.

Схема датчика ДНТ и устройства ЛПУ приведена на рис. 4.19. Узел ДНТ составляют трансформаторы постоянного тока, включен­ ные в выходную цепь вентильного блока (на рис. 4.19 не показаны).

118

полненный на транзисторах 77 и Т2. Данное устройство имеет два входа, на один из которых подается сигнал с выхода СМЛ (клеммы 8—9), на другой — сигнал с выхода ДНТ. В качестве по­ следнего служит напряжение, снимаемое с сопротивления R5. В коллекторные цепи транзисторов ТЗ и Т4, которые выполняют роль выходных элементов, включены обмотки реле перехода впе­ ред РПВ и реле перехода назад РПН. Таким образом, выходной сигнал ЛПУ воздействует на релейно-контакторный узел системы управления.

В установившемся режиме привода ЛПУ находится в одном из двух устойчивых состояний. Предположим, что в некоторый момент времени ЛПУ находится в первом устойчивом состоянии, которое характеризуется тем, что открыты транзисторы Т2 и ТЗ, а транзи­ сторы 77 и Т4 закрыты. В этом состоянии получает питание реле

в соответствии с этим распределением потенциалов.

При изменении направления вращения двигателя или при генера­ торном торможении полярность сигнала, поступающего на клеммы 8—9 с выхода устройства СМЛ, изменяется на противоположную. Однако это изменение сигнала СМЛ еще не вызывает переключе­ ния ЛПУ в другое устойчивое состояние и срабатывания реверсора, так как цепь сигнала оказывается разорванной транзистором Т5. Потенциал базы транзистора Т5 складывается из отрицательного смещения, получаемого с помощью делителя R17—D23, и положи­ тельного напряжения, поступающего с выхода ДНТ. При наличии тока на выходе преобразователя вторая составляющая превосходит первую и под действием положительного потенциала базы транзи­ стор Т5 оказывается закрытым.

Трансформаторы в ДНТ насыщаются уже при токе, равном примерно 2% номинального тока преобразователя. При их насы­ щении напряжение на выходе ДНТ остается неизменным. Запрет же на переключение поступает на ЛПУ уже при токах, несколько больших 1 % номинального. Таким образом, ДНТ снимает запрет на переключение практически только при снижении тока преобра­ зователя до нуля.

Как только будет снят запрет на переключение, т. е. под дей­ ствием отрицательного смещения откроется транзистор Т5, устрой­ ство ЛПУ перейдет в другое устойчивое состояние, в котором

119