27.2.2. Электроприводы переменного тока

Электроприводы переменного тока изготавливают на основе: трехфазного [4-31] (типа ЭПБ-1, ЭПБ-2) или двухфазного (типа ЭТС-1) синхронных электродвигателей; трехфазного (типа «размер 2М-5», ЭПАТ [4-32]) или двухфазного (типа ЭТА1-01) асинхронных электродвигателей. Ниже приведено описание электроприводов ЭПБ-2 и ЭТА1-01.

Электропривод ЭПБ-2 выполнен на базе трехфазного синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов и транзисторного инвертора напряжения, управляемого в функции положения ротора по схеме вентильного двигателя. Преобразователи имеют два исполнения: кассетное (от 1 до 5 координат в одном конструктиве) с допустимым моментом от 0,05 до 0,7Нм и блочное для двигателей с моментами от 2,3 до 70Нм.

В состав электропривода блочного исполнения (рис.27.7) входят: общий блок питания БП типа БС9803, состоящий из неуправляемого выпрямителя НВ, узла сброса энергии, в который входят транзистор VТ7 с резистором R2, двухобмоточных реакторов (L1, L2) и емкостного фильтра С; блок регулирования, включающий в себя инвертор напряжения (ИН) и систему управления; синхронный электродвигатель М. ИН собран на шести транзисторах VT1...VT6 и шести обратных диодах VD1...VD6. ИН выполняет две функции: коммутирует ток в фазных обмотках двигателя М (то, что делает коллектор в двигателе постоянного тока) и регулирует величину тока за счет периодического замыкания и размыкания транзисторных ключей. При этом возможны три режима работы инвертора: режим Р2, когда открыты два ключа (один в эмиттерной, другой в коллекторной группе, например VT1 – VT6); режим Р1, когда открыт один ключ, например VT1 (при этом ток протекает через этот транзистор и обратный диод VD3; режим РО, когда все ключи закрыты и ток протекает через два обратных диода VD3, VD4.

Рис.27.7. Функциональная схема электропривода ЭПБ2 (блочное исполнение)

В звене постоянного тока рабочие обмотки реакторов L1 и L2 предназначены для замедления темпа нарастания тока при коротких замыканиях, а измерительные обмотки – для передачи информации (через RC-фильтры) о токе блоку защиты (БЗ). Конденсатор С выполняет роль фильтра, а также накопителя, принимающего энергию от синхронной машины во время рекуперативного торможения. Для ограничения напряжения на конденсаторе в этом режиме предусмотрен узел сброса энергии, состоящий из резистора R2 и транзистора VT7. Для ограничения зарядного тока конденсатора в первый момент при подключении электропривода к сети применены резисторы R1, которые после включения электропривода закорачиваются контакторами КМ2.

Система регулирования электропривода представляет собой двухконтурную структуру: внешний контур скорости с ПИ-регулятором (РС), внутренний – контур тока с релейно-временным регулятором тока (РТ).

В регуляторе РС происходит коррекция параметров при достижении скорости ω_макс/3. При ω<ω_макс/3 контакт реле К1 замкнут. При ω>ω_макс/3 происходит размыкание контактора К1, в результате чего коэффициент усиления уменьшается, а постоянная времени РС увеличивается. Такая коррекция параметров РС необходима для уменьшения полосы пропускания электропривода из-за большой амплитуды пульсаций напряжения тахогенератора при большой скорости. Переключение реле К1 происходит по команде, поступающей от блока переключателей (БПК). Блок БПК также осуществляет изменение знака сигнала U_i в зависимости от знака заданного момента (направление вращения) и обеспечивает выдержку при изменении знака этих сигналов, что исключает одновременное открывание противофазных ключей в ИН. Блок согласования сигналов (БСС) осуществляет изменение масштаба сигнала с тахогенератора, выделяет модуль этого сигнала (U_ВR) и формирует сигнал ошибки по скорости .

Регулятор РТ обеспечивает поддержание тока двигателя на уровне, определяемом напряжением на выходе регулятора РС. Для обеспечения условия i=cоnst чередуют режимы работы Р2 и Р1 (при двигательном режиме и тормозном при малой скорости) и Р1 и Р0 при тормозном режиме на больших скоростях. Необходимый режим работы определяет дешифратор (ДРР).

Датчик тока (ДТ) состоит из двух пар трансформаторов тока, включенных в две фазы выходной цепи инвертора. ДТ совместно с электронной схемой формирует однополярное напряжение, пропорциональное току эквивалентной цепи постоянного тока. В ДТ предусмотрена возможность изменения масштаба измеряемого тока.

Распределитель импульсов (РИ) формирует на своих шести выходах сигналы зон работы ключа коллекторной (КГ) и эмитерной (ЭГ) групп в зависимости от сигнала датчика положения ДПР и сигналов U_п, U_л. Сигналы от РИ и ДРР поступают на входы схем совпадения двух групп. С выхода схем совпадения сигналы поступают в блок управления ключами БУК, который обеспечивает гальваническую развязку силовых цепей с цепями управления и усиление сигналов управления.

Подробнее схема и работа электропривода описаны в [4-31].

Электропривод тиристорный асинхронный серии ЭТА1-01 выполнен на базе тиристорного преобразователя частоты с непосредственной связью и двухфазного асинхронного двигателя типа АДЧ или АИФ. Обеспечивается однозонное регулирование частоты вращения в диапазоне 1000:1.

Электропривод [4-32] (рис.27.8) на базе трехфазно-двух-фазного преобразователя частоты (ПЧ), реализующего частотно-токовый способ управления и принцип ориентации системы координат двигателя путем задания угла поворота ее осей относительно ротора двигателя.

Силовая схема ПЧ состоит из двух реверсивных тиристорных преобразователей постоянного тока типа ТП1 и ТП2 с раздельным управлением комплектами вентилей.

Статорные обмотки двигателя М питаются от автономных преобразователей гальванически развязанных друг от друга. В систему управления и регулирования входят: задатчик интенсивности ЗИ, предназначенный для формирования темпа разгона и торможения двигателя; регулятор скорости РС, выполненный в виде ПИ-регулятора; инвертор (ИНВ); координатный преобразователь КП, предназначенный для задания синусоидальных токов в обмотках двигателя; узел «напряжение-частота» УНЧ, предназначенный для преобразования аналогового реверсивного выходного сигнала регулятора скорости ω_sU_рс в положительные прямоугольные импульсы с частотой следования, пропорциональной частоте скольжения ротора двигателя; узел формирования узких импульсов УФИ, выполняющий преобразование выходных импульсов УНЧ и импульсов датчика положения ДПР (f_ос) в сдвинутые по времени друг от друга синхронизированные импульсы ω_ри и ω_sи; узел направления вращения УНВ и узел логики УЛ, формирующие в зависимости от знаков аналоговых сигналов ω_s и ω_р команд «вперед» или «назад», определяющих режим работы электропривода (двигательный или тормозной) и формирующих команды на пропускание на входы счетчика ГСК суммы и разности импульсных сигналов ω_sи и ω_ри; генератор синусоидальных колебаний ГСК, преобразующий импульсные сигналы ω_1и в синусоидальные кодовые сигналы sinω₁t и cosω₁t с помощью которых модулируются опорные сигналы и в КП; два регулятора тока РТ1–РТ2 пропорциональные; переключатели характеристик ПХ3–ПХ4, преобразующие однополярные сигналы ДТ в двухполярные; нелинейные звенья (НЗ1, НЗ2), поддерживающие постоянство коэффициента усиления тиристорных преобразователей в режимах непрерывного и прерывистого токов; функцио-

нальный преобразователь э.д.с. ФПЕ, компенсирующий нелинейности характеристик ТП. Система НЗ и ФПЕ образуют адаптивное устройство, линеаризующее структуру электропривода и улучшающее его динамические характеристики; формирователи э.д.с. ФЕ1 и ФЕ2, формирующие синхронизированный с активной составляющей тока статора синусоидальный сигнал е₁; датчики проводимости вентилей ДПВ1 и ДПВ2, обеспечивающие переключение блока логики БЛ1 и БЛ2 только при отсутствии тока в цепи статора; система импульсно-фазового управления СИФУ, преобразующая управляющее напряжения, вырабатываемое системой автоматического регулирования электроприводом, в последовательность прямоугольных управляющих импульсов соответствующей фазы. СИФУ выполнено по вертикальному принципу.

Работа схемы осуществляется следующим образом: задающее воздействие через ЗИ поступает на вход РС, где сравнивается с сигналом обратной связи по скорости ω_р, снимаемым с тахогенератора GN. Регулятор скорости РС формирует аналоговый сигнал задания ω_s, пропорционально которому задается приведенный к статору ток ротора . Сигнал, пропорциональный , подается на вход КП. На второй вход КП поступает сигнал задания амплитуды тока намагничивания I_μ. Координатный преобразователь преобразует опорные входные сигналы иI_μ в сигналы задания синусоидальных токов i=i_α и i=i_β, поступающих на входы РТ1 и РТ2.

УНЧ преобразует аналоговый сигнал задания частоты скольжения ω_s РС в прямоугольные импульсы с частотой следования, пропорциональной частоте скольжения ротора двигателя. Узел сложения-вычитания УСВ на основе информации о частоте скольжения ω_sи и частоте вращения ω_ри, а также информации узла логики УЛ формирует сигнал задания скорости ротора ω_1и. Если знаки этих сигналов совпадают то УЛ выдает в УСВ команду на сложение импульсных сигналов, т.е. , что соответствует двигательному режиму работы. Если знакиω_sи и ω_ри не совпадают, то в УСВ происходит вычитание импульсных сигналов и двигатель переходит в тормозной режим работы.

Направление вращения вектора поля статора задается в УЛ в зависимости от знаков аналоговых сигналов ω_s, ω_р. Каналы управления тиристорными преобразователями ТП1 и ТП2 полностью аналогичны друг другу. Рассмотрим один из них. На входе П-регулятора тока РТ1 осуществляется алгебраическое сложение сигнала задания синусоидального тока i_а и сигнала отрицательной обратной связи, формируемого задатчиком ДТ1 и ПХ3. Выходное напряжение поступает на вход НЗ1, имеющего характеристику обратную регулировочной характеристике преобразователя в зоне прерывистых токов, что обеспечивает постоянство общего коэффициента передачи в режимах непрерывного и прерывистого токов.

Формирователь э.д.с. ФЕ1 и функциональный преобразователь ФПЕ1 с арксинусной характеристикой компенсируют нелинейность характеристики «вход-выход» тиристорного преобразователя ТП1. Далее сигнал поступает на ПХ1 и на СИФУ, которое подает команду на открывание тиристоров.

Подробно описание электропривода ЭТА1-01 приведено в [4-32]. Недостатком данного электропривода является его однозонное регулирование, что не позволяет осуществлять регулирование с постоянной мощностью.