2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Основные технические данные выпрямителя серии ТПЕ-400/400-460-У2.1 приведены в табл.1.
Охлаждение силовых тиристоров – естественное воздушное.
Схема выпрямления преобразователя трехфазная мостовая симметричная со встречно-параллельным соединением двух выпрямительных мостов.
Таблица 1
Номинальное исходное напряжение выпрямителя, U ном.вх, В
|
380±38
|
Номинальная входная частота выпрямителя, f ном.вх, Гц
|
50 - 60
|
Номинальное выходное напряжение преобразователя, U ном. вых, В
|
460
|
Номинальный выходной ток преобразователя I ном. вых, А
|
400
|
Диапазон регулирования выходного напряжения преобразователя, Б
|
- 460… 0… + 460
|
Коэффициент мощности, не менее
|
0,87
|
Коэффициент полезного действия (к.п.д.), не менее
|
96
|
Режим работы выпрямителя:
а) продолжительный – при номинальных значениях выходного напряжения и выходного тока;
б) циклический с графиком нагрузки в цикле:
40 с – ток нагрузки – 1,5 I ном.вых; где I ном.вых – номинальный выходной ток преобразователя;
60 с – пауза.
При этом среднеквадратичное значение тока за время цикла не должно превышать номинальный выходной ток преобразователя.
Допустимое отклонение выходного напряжения преобразователя не более 10% при изменении входного напряжения на ±10 % от номинального значения и изменении тока нагрузки в диапазоне 5 – 100 % номинальной величины.
Допустимое отклонение выходного напряжения преобразователя не более 5% при изменении температуры окружающей среды от нормального значения до ±40 0С.
При отклонении входного напряжения преобразователя на -15% от номинального значения отклонение выходного напряжения не нормируется , но выпрямитель должен сохранять работоспособность во всех режимах.
Допустимое отклонение частоты входного напряжения ±2 %.
3. СОСТАВ ВЫПРЯМИТЕЛЯ
В состав выпрямителя входят:
- преобразователь для питания якорной цепи электропривода, именуемый в дальнейшем Преобразователь;
- токоограничивающий реактор преобразователя;
- автоматический выключатель со стороны переменного тока преобразователя;
- автоматический выключатель со стороны постоянного тока преобразователя;
Примечание: все вышеуказанные части выпрямителя размещены в одном шкафу.
4. УСТРОЙСТВО И РАБОТА ВЫПРЯМИТЕЛЯ
В функциональном отношении выпрямитель представляет собой силовой реверсивный преобразователь для питания якорной цепи электродвигателя постоянного тока (преобразователь).
Функциональная схема преобразователя приведена на рис. 1. Силовая часть преобразователя подключается к питающей сети автоматическим выключателем Q1 через токоограничивающий реактор L1...L3. На выходе преобразователя установлен автоматический выключатель постоянного тока Q2.
Преобразователь состоит из двух симметричных трёхфазных мостов на тиристорах с естественным воздушным охлаждением, включенных по встречно-параллельной схеме.
Силовая часть преобразователя на ток 400 А имеет две параллельные ветви.
Защита выпрямителя на стороне переменного тока от токов короткого замыкания осуществляется быстродействующим автоматическим выключателем Q1. Для ограничения величины токов короткого замыкания служит реактор. Защита тиристоров от перенапряжений осуществляется тремя варисторами, а также RC-цепочками. От внешних коротких замыканий на стороне постоянного тока преобразователь защищён автоматическим выключателем Q2.
Система управления и регулирования содержит следующие функциональные узлы (рис. 1):
- задатчик интенсивности (ЗИ);
- регулятор скорости (РС);
- датчик напряжения (ДН);
- система регулирования тока (СРТ);
- логическое переключающее устройство (ЛПУ);
- датчик нулевого тока (ДНТ);
- система импульсно-фазового управления (СИФУ).
Выпрямитель обеспечивает разгон, и торможение двигателя в функции времени и функции тока. Разгон и торможение в функции времени производится с помощью задатчика интенсивности (ЗИ), который скачкообразный сигнал от командоаппарата преобразовывает в сигнал с плавным изменением величины напряжения. ЗИ представляет собой интегрирующее устройство. Полное время интегрирования ЗИ методом перестройки можно изменять от 1,0 до 12,0 с.
При разгоне и торможении в функции тока ЗИ отключается специальными перемычками АВ и СД, установленными на печатной плате.
Система импульсно-фазового управления (СИФУ) предназначена для генерирования управляющих импульсов и осуществления их фазового сдвига в зависимости от величины управляющего сигнала на её входе.
Управление тиристорными группами раздельное от одной системы управления. Переключение тиристорных групп производится логическим переключающим устройством (ЛПУ).
Источником управляющего напряжения для СИФУ является система автоматического регулирования, состоящая из регулятора скорости (РС) и регулятора тока (РТ).
Система регулирования предназначена для осуществления автоматического регулирования электроприводом. Она обеспечивает устойчивую работу привода во всех четырёх квадрантах. Торможение на выбеге и работа при спускании груза осуществляется с отдачей энергии в сеть. В ее состав входит контур скорости с использованием отрицательной обратной связи через датчик напряжения (ДН) с гальванической развязкой и контур тока (СРТ).
В зоне рабочих токов применена гибкая обратная связь по току. Жесткая обратная связь применяется только в зоне токовой отсечки. Применение одной гибкой обратной связи в контуре тока позволяет: с одной стороны, предотвратить возникновение автоколебаний тока (форма тока здесь определяется только характером нагрузки), а с другой стороны, это не оказывает влияния на стабилизирующие естественные свойства электродвигателя, благодаря наличию в нем противо ЭДС.
Рис.1 Функциональная схема преобразователя
Таким образом, в данной системе используется естественная жесткость механической характеристики электродвигателя и задачей регулятора скорости является ее повышение (а не формирование вновь), что позволяет существенно упростить схему регулятора скорости. Регулятор скорости выполнен по схеме ПИ-регулятора. Он представляет собой реверсивный суммирующий усилитель на интегральных дифференциальных усилителях и состоит из двух каскадов: прямого усилителя и инверсного. Переключение с одного на другой производится логическим переключающим устройством (ЛПУ). ЛПУ осуществляет переключение тиристорных групп при реверсе, реверсирование суммирующего усилителя и, специальным воздействием на регулятор тока, осуществляется приведением системы регулирования к единым начальным условиям при реверсе тока. На входы ЛПУ поступает сигнал с выхода прямого усилителя регулятора скорости и сигнал запрета от датчика нулевого тока (ДНТ).
Регулятор тока (РТ) представляет собой нелинейный адаптивный регулятор с переменной структурой.
Регулятор тока выполняет следующие функции:
ПИ-регулятор:
Быстродействующий ограничитель тока на уровне заданной величины при набросах нагрузки с любой скоростью вплоть до ударной (наложение тормоза);
Быстрый отвод импульсов при полном снятии сигнала на входе РТ, на угол, пропорциональный величине входного сигнала;
Адаптивный регулятор тока, обеспечивающий устойчивую работу, привода, как в режиме непрерывного тока, так и в режиме прерывистого тока;
Специальное управление при реверсе тока, заключающееся в том, что с целью сокращения времени реверса тока, управляющие импульсы, отведенные в область максимальных углов регулирования в период переключения тиристорных групп, выводятся ускоренно до появления минимального тока в силовой цепи.
Если в контуре тока в зоне рабочих токов действует только гибкая обратная связь, то сам рабочий ток оказывает непосредственное влияние на изменение структуры регулятора тока, придавая ему свойства автоматического самоприспосабливающегося устройства. Правильно настроенный регулятор тока обеспечивает устойчивую работу привода и оптимальные переходные процессы при любых изменениях задания, любых возмущениях со стороны нагрузки (включая и ударное положение нагрузки); реверсированиях тока и скорости во всем диапазоне скоростей и нагрузок; изменениях маховых масс электропривода.
Для примера рассмотрим упрощенно режим разгона привода от нуля до заданной скорости при опускании груза с отключенным задатчиком интенсивности. В первый момент после поступления команды, т.е. подачи U3, поскольку двигатель является инерционным звеном и Uос будет еще равно нулю, усилитель У1 (рис.6) выйдет в насыщенное состояние, и напряжение на его выходе будет минимальное. Так как напряжение меньше 12В (точки переключения ЛПУ), логическим переключающим устройством ко входу регулятора тока будет подключен выход усилителя У2, который будет также в насыщенном состоянии и иметь максимальное выходное напряжение (точка 1; рис.2). Напряжение на выходе СИФУ, будучи отброшенным ЛПУ в момент его переключения в область Uуmin, что соответствует максимальным углам регулирования, начнет увеличиваться по характеристике У2 и следовательно, выводить импульсы из области максимальных углов регулирования в рабочую зону. При подходе напряжения к значению -12В в силовой цепи возникает ток. Замкнется контур тока жесткой обратной связью, т.е. привод будет разгоняться под током, равным уставке токовой отсечки, преобразователь включится в выпрямительный режим «вниз», т.е. будет помогать грузу быстрейшим образом разогнать привод до заданной скорости. Вместе с разгоном двигателя будет нарастать сигнал отрицательной обратной связи по напряжению, который заводится на вход регулятора скорости и на вход ЛПУ. По мере приближения к заданной скорости, напряжение на входе регулятора скорости ∆U=U3–Uос вначале выведет усилитель У2 из насыщенного состояния, а при достижении заданной скорости будет находиться в точке 2 характеристики У2. При этом выйдет в активную зону и усилитель У1, величина которого будет соответствовать точке 3 на характеристике У1. С этого момента тиристорный преобразователь перестанет «помогать» разгонять электропривод. Однако скорость последнего будет увеличиваться под действием веса груза, и при наличии микроперерегулирования, т.е. Uос станет больше U3, ∆U поменяет свой знак. Напряжение на выходе У1 станет меньше Uос (по модулю) и будет подана команда на переключение ЛПУ. При уменьшении тока в силовой цепи до нуля ЛПУ переключится, на вход регулятора тока подключится выход усилителя У1. Напряжение на выходе СИФУ в момент переключения ЛПУ будет снова «отброшено» в область Uуmin, с которого оно начнет увеличиваться по характеристике У1. Переходной процесс завершиться, когда это напряжение возвратиться в точку 3 на характеристике У1. В силовой цепи снова появиться ток, преобразователь будет работать в инверторном режиме, и осуществлять подтормаживание привода с рекуперацией энергии в сеть.
Рис.2 Регулировочные характеристики усилителей У1 и У2 регулятора скорости
|
