![](/user_photo/_userpic.png)
П.Д. Гаврилов Изучение и исследование свойств электропривода системы ПЧ-АД и защиты от экстренных перегрузок
.pdf![](/html/611/57/html_6kEnD75BVl.tcle/htmlconvd-meyqyv1x1.jpg)
Министерство образования Российской Федерации Кузбасский государственный технический университет Кафедра электропривода и автоматизации
ИЗУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ЭЛЕКТРОПРИВОДА СИСТЕМЫ ПЧ-АД
И ЗАЩИТЫ ОТ ЭКСТРЕННЫХ ПЕРЕГРУЗОК ТИРИСТОРНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
Методические указания к лабораторной работе по курсам “Теория электропривода” и “Автоматизированный электропривод промышленных установок и технологических комплексов” для студентов направления 550200 “Автоматизация и управле-
ние” и специальности 180400 “Электропривод и автоматика
промышленных установок и технологических комплексов”
Составители П.Д. Гаврилов Е.Ю. Посысаев Утверждены на заседании ка-
федры
“ 15 ” октября 1998 г.
Протокол № 2 Рекомендованы к печати мето-
дической комиссией по направле-
нию 550200 “ 16 ” октября 1998 г.
Протокол № 3 Электронная копия находится
в библиотеке главного корпуса КузГТУ
Кемерово 1999
1
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: 1. Ознакомиться с принципом действия электропривода переменного тока по системе ПЧ-АД.
2.Ознакомиться с принципом работы защиты от экстренных перегрузок.
3.Исследовать свойства защиты путем снятия характеристик.
1. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Лабораторная работа проводится на основе электропривода переменного тока по системе ПЧ-АД. Он предназначен для реверсивных электроприводов с регулированием выходной частоты от 0 до 50 Гц при следующих условиях:
1. Диапазон рабочих температур от +10С до +400 С;
2.Окружающая среда непожароопасная, невзрывоопасная, содержание нетокопроводящей пыли не более 0,5мг/м3, атмосфера промышленных предприятий;
3.Оболочка шкафов электроприводов обеспечивает степень защиты IP21;
4.Показатели качества электроэнергии для питания электроприводов следующие:
-отклонения напряжения сети переменного тока от номинального значения +10%, -15%;
-отклонения частоты сети переменного тока от номинальной в пределах +2%;
-коммутационные провалы и всплески в кривой напряжения площадью не более 400% х эл. град. с длительностью провалов, не превышающей 40 эл. град;
5.Верхнее значение относительной влажности окружающей
среды 80% при температуре 250С, высота над уровнем моря до 1000 м. Данный электропривод обеспечивает:
− регулирование выходного напряжения до номинального значения, но не выше напряжения питающей сети в функции часто-
ты по закону: Uf = const= 4,0 7 ,6 при fном= 50 Гц, где U - дейст-
вующее значение выходного напряжения; f - выходная частота;
−работу с током 1,5 Iном в течение 120-180с;
−пуск, торможение, реверс электродвигателя;
![](/html/611/57/html_6kEnD75BVl.tcle/htmlconvd-meyqyv3x1.jpg)
2
− работа с номинальным током на нагрузку, имеющую коэф-
фициент сдвига 0,15÷ 0,9 при fном = 50Гц.
Электропривод состоит из преобразователя частоты, электродвигателя переменного тока и аппаратуры защиты от аварийных режимов.
Преобразователь частоты питается трехфазным напряжением переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 380 В, которое подается на преобразователь с помощью автоматического выключателя QF. Управление частотой вращения двигателя и его реверс производятся с помощью регулировок, выведенных на лицевую панель преобразователя частоты. Для контроля и изучения свойств работы защиты от экстренных перегрузок на лицевую панель стенда выведены контрольные точки ХN1, ХS1, ХS2. Для визуального контроля на блоке защиты установлены световые индикаторы зеленого и красного цветов.
1.1. Устройство и принцип работы электропривода и его составных частей
1.1.1. Принцип работы электропривода системы ПЧ-АД
В качестве сетевого преобразователя взят ПЧ из промышленного электропривода серии ЭКТ-2. На данном электроприводе реа-
U
лизован закон частотного управления: f = const , где U - выходное
напряжение, f - выходная частота.
Для электропривода выполнена система CAP по принципу подчиненного регулирования, внутренний контур - это контур регулирования входного тока преобразователя, внешний контур - контур регулирования ЭДС двигателя.
Структурная схема электропривода приведена на рис. 1.1. Силовая часть электропривода преобразует переменное на-
пряжение промышленной частоты в переменное напряжение регулируемой частоты. Все команды на включение и отключение выключателя (QF) формируются с помощью системы защиты и сигнализации. Силовой управляемый выпрямитель (УВ) с системой фазоимпульсного управления (СУВ) осуществляет амплитудное регулирование величины выходного напряжения. Выпрямитель выполнен
![](/html/611/57/html_6kEnD75BVl.tcle/htmlconvd-meyqyv4x1.jpg)
3
Рис. 1.1. Структурная схема электропривода
4
по трехфазной мостовой схеме. Система управления инвертором (СУИ) осуществляет управление частотой выходного напряжения электропривода. Система авторегулирования (САР) обеспечивает плавное регулирование скорости, а также разгон, торможение и реверс асинхронных двигателей.
Условные обозначения узлов структурной схемы:
QF - силовой выключатель авто- |
СУИ - система управления инвер- |
матический (пускатель); |
тором; |
АИН - автономный инвертор на- |
СЗС - система защиты и сигнали- |
пряжения; |
зации; |
ДТ - датчик входного тока; |
УТУ - узел динамического тор- |
ДН - датчик напряжения; |
можения; |
ДЭ - датчик ЭДС; |
УВ - управляемый выпрямитель; |
ДСИ - датчик срыва инвертора; |
УР - устройство реверса; |
ЗИ - задатчик интенсивности; |
УО - усилитель-ограничитель; |
ЗГ - задающий генератор; |
УТ - устройство управления тор- |
КР - кольцевой распределитель; |
можением; |
М - нагрузка; |
УДР - устройство двухзонного |
РТ1, РТ2 - регуляторы тока; |
регулирования; |
РЭ - регулятор ЭДС; |
Ф - силовой LC-фильтр; |
СТ - узел силового токоограниче- |
ФИ - формирователь импульсов; |
ния; |
Ш - шунт. |
СУВ - система управления вы- |
|
прямителем; |
|
Регулирующая часть обеспечивает:
−формирование входного сигнала задания управления;
−регулирование темпа изменения задания частоты, 0,5-60 c;
−изменение выходного напряжения электропривода до номинального значения в функции частоты;
−поддержание выходного напряжения постоянным по величине на частотах выше номинальной.
1.1.2. Силовая часть электропривода
Схема силовой части электропривода представлена на рис. 1.2. Силовая схема содержит следующие функциональные узлы:
- силовой управляемый выпрямитель (УВ);
5
-LC фильтр (Ф);
-автономный инвертор напряжения (АИН);
-тормозное устройство (ТУ);
-источник напряжения подзаряда.
Регулирование величины выпрямленного напряжения в УВ достигается изменением угла управления тиристоров, которое осуществляется системой фазоимпульсного управления. LC - фильтр выполняет функцию сглаживания пульсаций выпрямленного тока и напряжения и токоограничение в аварийных режимах. Работа одной фазы АИН происходит в следующем порядке.
Предположим, что работают основные тиристоры VSЗ, VS7, VS12. Коммутирующий конденсатор СЗ заряжен полярностью, указанной на рис. l.2. Ток нагрузки протекает по цепи: VS3 - VS7 - фазы двигателя нагрузки -VS12.
Затем отпирается коммутирующий тиристор VS13 для коммутации тока в VSЗ. Амплитуда импульса разрядного тока (тока коммутации) через C3, VS3 (VD1), VD25, Ll, VS13 превосходит ток нагрузки Iн, вследствие чего ток через VSЗ спадает до нуля.
После этого избыток тока коммутации Iк, на который он превышает ток нагрузки Iн, направляется в обратный диод VD1. Достигнув максимального значения, Iк начинает уменьшаться, создавая заряд обратной полярности на конденсаторе СЗ. В течение времени, когда VDl проводит ток, прямое падение напряжения в цепи VD1, являясь обратным для тиристора VS3, запирает его.
После окончания перезаряда конденсатора СЗ включается тиристор VS4, и конденсатор СЗ дозаряжается до первоначального напряжения, но с обратной полярностью, от источника подзаряда к тиристору VSЗ вновь приложено прямое напряжение.
К коммутирующему тиристору VSЗ прикладывается обратное напряжение реактора LI при коммутации в другой фазе, и он запирается. Конденсатор СЗ подготовлен для запирания тиристора VS4, осуществляемого в конце его проводящего полупериода отпирани-
ем VS14.
Включение тормозного устройства задается от сигнала регулятора ЭДС (РЭ). Отрицательный сигнал регулятора является сигналом на торможение привода.
![](/html/611/57/html_6kEnD75BVl.tcle/htmlconvd-meyqyv7x1.jpg)
6
Рис. 1.2. Силовая схема электропривода
![](/html/611/57/html_6kEnD75BVl.tcle/htmlconvd-meyqyv8x1.jpg)
7
1.2. Защита от экстренных перегрузок тиристорных электроприводов
1.2.1. Структурная схема защиты
Данная схема основывается на нескольких базовых концепциях: 1) дискретная обработка сигнала - для быстродействия схемы;
2)использование в качестве измерительного параметра абсолютного скольжения для быстроты реагирования схемы на резкое изменение скорости вследствие резкого приложения нагрузки;
3)возможность работы схемы в широком диапазоне частот вращения. Схема (см. рис. 1.3) работает следующим образом.
Рис. 1.3. Структурная схема защиты от экстренных нагрузок:
АД - асинхронный двигатель; ПЧ - преобразователь частоты; УФИ - узел формирования импульсов; РЭ - регулирующий элемент; 0В - одновибратор; ЛЧ - логическая часть; УФП - узел фиксации перегрузки
С помощью УФИ контролируется непосредственная скорость электродвигателя. УФИ преобразует частоту вращения в последовательность импульсов; чем выше скорость, тем больше частота следования импульсов. От ПЧ сигнал через РЭ, который меняет чувствительность защиты, поступает на ÎВ и запускает его. ЛЧ воспринимает информацию от УФИ и ОВ и сравнивает соответственно длительности этих импульсов. Выходной сигнал с ЛЧ имеет следующее описание.
τ вых = 0, при τ ОВ > τ УФИ, τ вых = τ УФИ, при τ УФИ > τ ОВ.
8
Сигнал с ЛЧ поступает на УФП, который воздействует на исполнительный орган, отключая энергию питания и сигнализирует об аварийном состоянии, фиксируя его.
1.2.2. Принципиальная схема защиты от экстренных перегрузок
Схема данной защиты работает следующим образом: (см. рис. 1.4). Светодиод HL1 испускает излучение, которое воспринимается фотодиодом VD1. Часть светового потока попадает на приемное устройство VDI, а часть - на диск, вращающийся вместе с ротором двигателя, и не достигает VD1. Поэтому транзисторы VTI uVT2, составляющие пару, работают в импульсном режиме, открываясь-закрываясь. В итоге на выходе чередование импульсов. Эта последовательность запускает одновибратор, собранный на микросхеме типа К155АГ1, обозначенной на схеме DDI. Сигналы от одновибратора и от датчика скорости поступают на выводы 12 и 1З микросхемы DD2.1 соответственно. На выходе 8DD2.2 выделяется сигнал с наибольшей длительностью. На элементах DD2.3 и DD2.4 происходит сравнение длительности сигналов и после инвертирования на DD3.1 выходной сигнал поступает на триггер, собранный на элементах DD3.2 и DD3.3. Это асинхронный RS-триггер, имеющий два информационных входа: R и S . Если на входе R сигнал логического нуля, на выходе тоже нуль, а если на R сигнал логической единицы, то на выходе - единица. Комбинация S=R=0 является запрещающей, а состояние S=R=I - запоминающим. ЕСЛИ на выходе сигнал логической единицы, то транзистор VТЗ открывается, срабатывает геркон SFI и сигнал поступает на плату защиты и сигнализации преобразователя частоты, отключая поступление энергии к двигателю, переводя его в тормозной режим.
В качестве управляемого регулируемого элемента используется полевой транзистор с каналом р-типа VТ4. График зависимости сопротивления канала VТ4 от напряжения на затворе показан на рис. 1.5.
![](/html/611/57/html_6kEnD75BVl.tcle/htmlconvd-meyqyv10x1.jpg)
9
Рис. 1.4. Схема защиты от экстренных перегрузок: а - схема электрическая принципиальная; б - диаграмма состояния элементов схемы