Схема управления с зависимым изменением напряжения на якоре двигателя и потока возбуждения двигателя главного электропривода металлорежущего станка

курсовая работа

2. Краткий анализ функциональной и принципиальных схем тиристорного электропривода типа ЭТУ-3601

Функциональная схема управления при зависимом изменении напряжения на якоре двигателя и потока возбуждения двигателя главного привода станка изображена на рис.1. Якорь двигателя и обмотка возбуждения получают питание от управляемых источников - тиристорных преобразователей ТПя и ТПв. Управление двигателем в зоне до основной скорости осуществляется двухконтурной системой, состоящей из внешнего контура скорости и внутреннего контура тока якоря. Для обеспечения постоянства ускорения и замедления сигнал задания контуру скорости U3C может формироваться при помощи задатчика интенсивности ЗИ. Для управления потоком (током) возбуждения использована двухконтурная система с внешним контуром регулирования ЭДС и подчиненным ему внутренним контуром тока (потока) возбуждения. Для преобразования сигнала задания потока Uзф в сигнал задания тока возбуждения Uзтв служит нелинейный блок НБ1.

В исходном состоянии, сигнал на выходе задатчика интенсивности Uзс=0, на вход регулятора ЭДС поступает сигнал задания Uзэ, обычно соответствующий номинальной ЭДС (10 В). Так как двигатель неподвижен, его ЭДС равна нулю, сигнал обратной связи по ЭДС тоже равен нулю. Благодаря устройству ограничения УО сигнал на выходе интегрального регулятора ЭДС соответствует заданию номинального потока возбуждения, которое преобразуется в блоке НБ1 в сигнал задания номинального тока возбуждения. двигатель тиристорный электропривод трансформатор

Разгон привода до основной скорости происходит также, как и в системе однозонного регулирования скорости. По мере разгона электропривода увеличивается сигнал обратной связи по ЭДС двигателя и при достижении ЭДС номинального значения наступает равенство сигналов Uоэ и Uзэ. При этом регулятор ЭДС, настроенный на интегральный закон, еще вырабатывает задание на номинальный поток. Происходит дальнейшее увеличение скорости двигателя за счет повышения напряжения на якоре, растет ЭДС двигателя и сигнал Uоэ начинает превышать величину задания Uзс. Выходной сигнал регулятора ЭДС уменьшается, вызывая уменьшение потока. Так как регулятор ЭДС -- интегральный, в установившемся режиме, который наступает в конце разгона, отклонение ЭДС двигателя от номинальной отсутствует.

В процессе разгона существует небольшая скоростная ошибка, соответствующая отклонению ЭДС от заданной (номинальной) на уровне 1...2%. Для поддержания постоянства момента при разгоне задание по току поступает с выхода регулятора скорости на вход регулятора тока через блок деления БД. В этом блоке происходит деление сигнала задания на сигнал, пропорциональный потоку Uф, который формируется на выходе нелинейного блока НБ2, С уменьшением потока результат деления, при том же сигнале на выходе регулятора скорости, будет расти:

Так как Uвых рс пропорционально моменту, а Uф -- потоку возбуждения, то последнее выражение можно записать в относительных единицах:

Размещено на http://www.allbest.ru

При номинальном потоке Ф* = 1 сигнал задания на ток якоря равен сигналу задания момента двигателя. В рассматриваемой системе процессы в зоне выше основной скорости при отработке задания и возмущения начинаются с изменения напряжения на якоре и связанной с ним ЭДС двигателя, что вызывает соответствующее изменение потока возбуждения до тех пор пока не будет достигнуто новое установившееся состояние. Таким образом сигнал, управляющий изменением магнитного потока, зависит от превышения ЭДС двигателя (или превышения напряжения преобразователя якоря) заданной эталонной величины.

Рассматриваемый электропривод представляет собой реверсивное устройство с пределом регулирования напряжения +Uмах... 0...-Uмах по ТУ 16-536.573-78 в цепи якоря и нереверсивное управляемое по цепи возбуждения. Буква "Д" в названии обозначает двухзонное регулирование скорости за счет ослабления магнитного потока главных полюсов. Функциональная схема электропривода приведена на рис.2. Работа канала управления якорем полностью аналогична описанной в РГЗ работе однозонной системы

Логическое устройство (ЛУ или ЛПУ) осуществляет управление силовыми комплектами вентилей, ЛУ выполняет следующие функции:

· выбор нужного направления работы в зависимости от знака входного сигнала;

· включение соответствующих ключей, определяющих требуемое направление тока преобразователя;

· блокировка входа ЛУ сигналом датчика состояния тиристоров и управляющими импульсами;

· создание выдержки времени между снятием импульсов с работающего ранее комплекта и подачей их на вступающий в работу комплект.

Функциональная схема ЛУ изображена на рис.3. и включает в себя: нуль-орган НО, элементы совпадения "И-НЕ" 1D1, 2DI на входе триггера заданного положения ТЗП; триггер ТЗП 3D1, 4D1; элементы совпадения "И-НЕ" 1D2, 2D2 на входе триггера истинного положения ТИП; триггера ТИП 3D2, 4D2; элементы совпадения на выходе триггеров 1D3, 2D3; элементы отсчета выдержки времени на переключение 3D3, С8, R22; элемент совпадения "И-НЕ" 4D3; общие логические транзисторные ключи КН, КВ. Регулирующий сигнал UH3B поступает на вход 1 НО, при этом отрицательный сигнал устанавливает НО в положение "1", а положительный - в положение “0”. Если на блокирующем входе 3 имеется сигнал "1" датчика проводимости тока тиристоров ДПТВ и нет управляющих импульсов с ФИ, то элементы совпадения 1D1, 2D1 разрешают прохождение сигнала НО на ТЗП. Элементы совпадения 1D2, 2D2 при наличии на их общем входе 8 сигнала "1" переводят триггер ТИП в положение, соответствующее триггеру ТЗП. Выходы триггеров ТЗП и ТИП подключены на элементы совпадения 1D3, 2D3, которые управляют общими транзисторными ключами КН, KB, а последние, в свою очередь, управляют тремя парами ключей: HI, В1, Н2, В2, НЗ, ВЗ. Силовые транзисторные ключи H1, B1 разрешают выдачу управляющих импульсов на комплекты тиристоров "Назад" или "Вперед". Ключи Н2, В2 и НЗ, ВЗ осуществляют переключения на входе управляющего органа СИФУ и в цепи обратной связи по току (реверс сигнала).

При наличии тока в силовой цепи с ДПТВ поступает на блокирующий вход 3 сигнал ("О"), тем самым запрещается прохождение сигнала нуль-органа на вход триггера ТЗП до исчезновения тока. Триггеры ТЗП и ТИП остаются в первоначальном положений, идет режим работы в выбранном направлении. При реверсировании регулирующего сигнала реверсируется сигнал на выходе нуль-органа НО. Ток в силовой цепи начинает спадать, и как только ток пропадет, с ДП на вход 3 поступает сигнал "1", разрешающий нуль-органу через элементы совпадения 1D1, 2D1 перевести триггер ТЗП в новое положение. На выходе элементов совпадения 1D3, 2D3 наступает соответствие (сигналы "1"), отключается ключ КН. Одновременно с элемента 4D3 снимается сигнал разрешения выдачи импульсов в ФИ и начинается отсчет выдержки времени на приведение триггеров в новое положение. На выходе 3D3 появляется сигнал"1",

конденсатор С8 начинает заряжаться, и как только напряжение на нем достигнет "1", элементы совпадения 1D2, 2D2 переводят триггер ТИП в положение, соответствующее триггеру ТЗП. При этом включится ключ КВ. На входе элемента 4D3 появится сигнал разрешения выдачи импульсов в ФИ " 1" только после включения одного из каналов устройства.

Так, после быстрого снятия импульсов с ранее работавшего канала, для надежности осуществляется кратковременная задержка выдачи управляющих импульсов по каналу нового направления тока, исключающая аварийное включение тиристоров из-за ограниченной (конечной) чувствительности датчика проводимости. Если же во время отсчета выдержки времени на вход нуль-органа поступит команда на включение в первоначальное положение, то триггер ТЗП возвращается в прежнее состояние, соответствующее триггеру ТИП, и сразу разрешается выдача управляющих импульсов на тиристоры первоначально выбранного комплекта. Это позволяет уменьшить время регулирования тока нагрузки и способствует более плавной и устойчивой работе электропривода.

Датчик проводимости (ДП или ДПТВ) предназначен для индикации состояния (открыт или закрыт) тиристоров и работает по принципу контроля напряжения на тиристорах анодной или катодной группы. ДПТВ состоит из трех узлов потенциальной развязки, соединенных по схеме "И" и нуль-органа. Рассмотрим первый узел потенциальной развязки, состоящий из дополнительного моста V4 и оптрона V7. Подключенный через резисторы R8, R11 параллельно участку анод-катод тиристора, узел потенциальной развязки фиксирует наличие на тиристоре напряжения любой полярности. При подаче управляющих импульсов, два тиристора (один в анодной группе, другой в катодной) открываются, и соответствующий открытому тиристору узел потенциальной развязки срабатывает, разрывая цепь управления нуль-органа; вход нуль-органа расшунтируется, и транзисторы V10, VI1 открываются. С выхода датчика проводимости поступает сигнал запрета ("0") на переключение логического устройства. Когда все три узла потенциальной развязки зафиксируют наличие напряжения на тиристорах, вход нуль-органа шунтируется, транзисторы V10, V11 запираются и с выхода ДП поступает сигнал разрешения ("1") на переключение логического устройства раздельного управления (ЛПУ).

Адаптивный регулятор тока (APT) позволяет резко улучшить динамические свойства системы автоматического регулирования. Адаптивный регулятор тока состоит из регулятора тока РТ, нелинейного звена НЗ и функционального преобразователя ЭДС (ФПЭ). Управляющее напряжение на выходе APT представляет сумму сигналов, пропорциональных величине тока и ЭДС двигателя. Сигнал, пропорциональный ЭДС двигателя Ue, формируется с помощью функционального преобразователя ЭДС (ФПЭ), имеющего арксинусную характеристику Ue = Ки * arcsin(E ). Здесь Ки - коэффициент передачи НЗ, Е - ЭДС двигателя. APT необходим для компенсации нелинейной характеристики управляемого выпрямителя в режиме прерывистого тока. В двухзонных электроприводах однозначная зависимость между напряжением тахогенератора и ЭДС отсутствует, поэтому вход ФПЭ необходимо подавать сигнал с датчика ЭДС или напряжения. Величина сигнала Ue выставляется с помощью резистора при номинальной частоте вращения двигателя и холостом ходе таким образом, чтобы среднее значение выходного напряжения регулятора тока Upт было равно нулю. При такой настройке сигнал Uрт становится пропорциональным только току двигателя и поэтому ограничение его максимального уровня с помощью резистора R33 обеспечивает также ограничение максимальной величины составляющей выпрямленного напряжения Ud - Е = Id * Rя. Таким образом, осуществляется дополнительное ограничение максимально-возможного тока двигателя (так называемое упреждающее токоограничение). Так как основное ограничение тока осуществляется путем ограничения сигнала задания тока (Upc) с помощью резистора R17, то дополнительное токоограничение, как менее точное, используется для ограничения величины первого выброса тока, которого основное токоограничение не исключает.

Адаптивный регулятор скорости. В двухзонных электроприводах при изменении магнитного потока изменяется электромеханическая постоянная Тм. Это приводит к искажению амплитудно-частотной характеристики электропривода и при глубоком регулировании поля (1:3 и более) возможно появление неустойчивого режима.

Чтобы скомпенсировать изменение Тм и, следовательно, амплитудно-частотную характеристику, в канал регулирования напряжения якоря введен специальный узел - адаптивный регулятор скорости (АРС).

Схемная реализация АРС приведена на рис.4. Усилитель А1 выполнен с регулируемой обратной связью (элементы R26, R28, R29, R40 и соответствующие ключи VT24, VT25). При помощи двух указанных ключей осуществляется двухступенчатое увеличение коэффициента усиления. Данные ключи управляются в функции напряжения тахогенератора, которое поступает на вход усилителя А4. Благодаря VD16, VD17 и использованию инверсного и прямого входов усилителя (с единичным коэффициентом усиления), на выходе А4 всегда имеем отрицательный сигнал. Отрицательный сигнал поступает на выходы указанных выше ключей, где осуществляется его сравнение с заданными уставками срабатывания каждой ступени. При Ф = const ключи закрыты и коэффициент усиления усилителя А1 минимальный. При ослаблении поля и срабатывании первой ступени, параллельно R29 подключается R40, а при срабатывании второй ступени (оба ключа замкнуты) дополнительно включается R39, увеличивая тем самым коэффициент усиления А1. Кроме этого, при ослаблении поля осуществляется уменьшение уставки токовой отсечки. Это осуществляется при помощи нуль-органа, выполненного на основе усилителя A3, на входе которого суммируется напряжение "+12В" и напряжение с выхода А4. При скорости двигателя, не превышающей номинальную, на выходе A3 имеем положительный сигнал (+12В), который запирает ключ VT23. При ослаблении поля и увеличении скорости, примерно до Зnном, (точка срабатывания может перестраиваться) на выходе A3 появляется отрицательный сигнал, включается ключ, подсоединяющий резистор R42 параллельно выходу PC. В результате снижается уровень токоограничения, что обеспечивает нормальную коммутацию якоря двигателя при ослаблении поля. Ключи VT24, VT25 при соответствующих частотах вращения двигателя подключают параллельно R29 резисторы R39, R40. В результате меняется коэффициент обратной связи усилителя А1, а следовательно, и его коэффициент усиления:

; (1)

где -коэффициент передачи потенциометра; (2)

Rx - эквивалентное сопротивление регулируемого плеча обратной связи. Например, при включении V24:

(3)

При этом, для соблюдения зависимости, определяющей km рекомендуется иметь: R26 >> (RX+R28) и ап-0,1-10. В АРС принято R28=R29=2,2 кОм; R26=2,7 кОм; R 19=47 кОм. При полном потоке двигателя имеем: ап = 0,5; km = 1.

При ослаблении поля на первой ступени вводится резистор R40, на второй ступени - R40 и R39. Таким образом, для АРС имеем: kи = km * kкрс, где kкрс - коэффициент передачи регулятора скорости, определяемый оптимальной настройкой электропривода при Ф=ФН. Включение соответствующего ключа (ступени) производится в функции напряжения тахогенератора BR, поступающего через диоды VD17, VD16 на усилитель А2. Резисторами R37, R38 определяется уставка каждой ступени. Через VD16 выходной сигнал поступает на инвертирующий вход А4, через VD17 - на прямой вход А4; в обоих случаях на выходе усилителя А4 имеем отрицательный сигнал. При ослаблении поля двигателя и отсутствии адаптации, ЛАЧХ смещается параллельно вниз ло оси ординат, при этом сопрягающие частоты щ3 и щ2 остаются неизменными, а частота среза щс уменьшится. При большом ослаблении поля щс может оказаться меньше щз и система потеряет устойчивость,

Очевидно, что устройство адаптации при ослаблении поля двигателя должно обеспечивать допустимое изменение частоты среза. Для точного поддержания постоянства щс потребовалось бы бесконечное число ступеней изменения коэффициента km. Практически большое число ступеней усложняет устройство, поэтому применяют их ограниченное количество.

Датчик напряжения (ДН) выполнен на основе оптронов, на вход которых через RC-фильтр (R13,C10) подается напряжение тахометрического моста (элементы R14, R15, R29). Выход оптрона включен на усилитель АЗ, напряжение выхода которого можно использовать в системах электропривода с обратной связью по ЭДС или напряжения двигателя. Для получения пропорциональной зависимости между входом и выходом на стабилитроне VD12 формируется постоянное напряжение смещения, которое устанавливает рабочую точку в линейной части на характеристике оптрона. Для компенсации начального напряжения выхода усилителя A3, обусловленного напряжением стабилитрона VD12, используется переменное сопротивление R37. Сигнал с выхода оптрона используется для управления потоком возбуждения двигателя.

В ЭТУ-3601Д имеются следующие источники питания с общей точкой: ±24В, ±15В, ±12В. Источники напряжения 15В - стабилизированы. Для двухзонных электроприводов ЭТУ-3601Д для питания обмотки возбуждения используется регулируемый тиристорный преобразователь. Обычно собирается блок по однофазной силовой управляемой схеме выпрямления и имеет одноканальную СИФУ.

В устройстве использованы следующие виды защит: максимально-токовая; токовая отсечка; времятоковая защита; от ухудшения условий охлаждения в устройствах с принудительным охлаждением; защита от перенапряжения со стороны нагрузки в регулируемых возбудителях; защита от пропадания фазы; узел блокировки регуляторов; узел блокировки управляющих импульсов.

Времятоковую защиту можно использовать для защиты от перегрева двигателя.

Принципиальная схема узла защиты и блокировки приведена на рис. 5.

рис. 5. Принципиальная схема узла защиты и блокировки.

Делись добром ;)