Перечислите элементы, из которых состоит схема управления двухскоростным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором и проанализируйте ее принцип действия

Схема управления двухскоростным АД обеспечивает получение двух его скоростей соединением секций (полуобмоток) обмотки статора в треугольник или двойную звезду и реверсирование. Защита ЭП в этом случае осуществляется тепловыми реле КК1и КК2 и предохранителями FA.

Для обеспечения пуска АД и вращения его с малой скоростью необходимо нажать кнопку SB4, после чего срабатывают контактор КМ2 и блокировочное реле KV. При этом статор двигателя включится по схеме треугольника, а реле KV, замкнув свои контакты в цепях катушек аппаратов КМ3 и КМ4, подготовит подключение его к источнику питания. Нажатие кнопок SB1 или SB2 определит соответственно направление пуска вперед или назад.

Разгон двигателя до высокой скорости осуществляется при нажатие кнопки SB5, которая отключит контактор КМ2 и включит контактор КМ1, т. е. обеспечит переключение секций обмоток статора со схемы треугольника на схему двойной звезды.

Остановка АД производится нажатием кнопки SB3, которая отключит все контакторы и сам двигатель от сети.

Применение в данной схеме двухцепных кнопок управления не допустит одновременного включения контакторов КМ2 и КМ2, КМ3 и КМ4. Этой же цели служит перекрестное включение размыкающих блок-контактов контакторов КМ1 и КМ2, КМ3 и КМ4 в цепи их катушек.

4 Перечислите основные блоки, из которых состоит функциональная схема ЭП с двухзонным регулированием скорости, и проанализируйте её принцип действия.

В электроприводе с двухзонным регулированием скорости часть полного диапазона регулирования от нуля до номинальной скорости осуществляется путем изменения напряжения на якоре от нуля до номинального значения при номинальном потоке возбуждения, а регулирование при скорости выше номиналь­ной — путем уменьшения потока возбуждения при постоянном напряжении на якоре.

При двухзонном регулировании скорости двигатель в каждой зоне располагает разными допустимыми значениями момента и мощности (рисунок 1).

Рисунок 1 – Диаграммы регулирования мощности и момента

при двухзонном регулировании скорости

При независимом охлаждении двигателя во всем диапазоне регулирования скорости допустимым значением тока якоря яв­ляется его номинальный ток I_я._ном. Так как магнитный поток двигателя Ф постоянен при регулировании скорости вниз от но­минальной, то и допустимое значение момента М_доп постоянно и равно номинальному М_ном Допустимая мощность Р_доп на валу двигателя при этом снижается линейно.

При регулировании скорости вверх от номинальной допусти­мый момент уменьшается, так как уменьшается магнитный поток Ф, а допустимая мощность Р_доп остается постоянной.

Таким образом, регулирование скорости вниз от номинальной осуществляется с постоянством допустимого момента, а вверх от номинальной — с постоянством допустимой мощности.

Рассмотрим принцип действия двухзонного электропривода на примере электропривода ЭПУ1-1Д (рисунок 2)

Рисунок 2 – Функциональная схема электропривода ЭПУ1-1Д

Двигатель М питается от тиристорного выпрямителя якоря (ТВЯ), а обмотка возбуждения — от тиристорного выпрямителя возбуждения (ТВВ). Система автоматического управления включает две взаимосвя­занные системы: систему регулирования скорости по цепи якоря с регуляторами тока якоря (РТЯ) и скорости (PC) и систему регу­лирования ЭДС по цепи возбуждения с регуляторами тока возбу­ждения (РТВ) и ЭДС (РЭ).

Пока двигатель работает на скорости ниже основной, значе­ние ЭДС якоря меньше номинального, регулятор ЭДС РЭ выве­ден из работы блоком ограничения БО. Вследствие этого ток возбуждения поддерживается на номинальном уровне регулято­ром РТВ. При увеличении напряжения задания скорости u_з.с скорость уве­личивается. Когда скорость двигателя станет равной номинальной, ЭДС двигателя достигнет номинального значения, регулятор РЭ выйдет из ограничения и контур регулирования ЭДС замкнется. С этого момента система автоматического управления переходит в режим поддержания постоянства ЭДС. Регулятор РЭ шунтиру­ет выходной сигнал регулятора РТВ, напряжение управления u_ув уменьшается, что приводит к уменьшению тока возбуждения и ослаблению потока. Дальнейшее увеличение скорости проис­ходит за счет ослабления потока возбуждения при постоянной ЭДС якоря Е_я = E_{я. ном}.

5 Перечислите основные блоки, из которых состоит функциональная схема непосредственного преобразователя частоты (НПЧ) и проанализируйте её принцип действия с помощью кривых напряжения сети и на выходе НПЧ.

Cа из рраспространенных овоступает на вход инвертора И.пряжения с постоянной амплитудой и частотой в переменное напряжение хема тиристорного трехфазного НПЧ, состоящая из трех одинаковых комплектов тиристоров 2,3,4, обеспечивающих питание обмоток статора АД z_a, z_b и z_c показана на рисунке 1

Рисунок 1 – Схема трехфазного НПЧ

К комплектам тиристоров подсоединены начала фазных обмоток С1, С2, С3, а концы этих обмоток подключены к нулевой точке трансформатора 1. Нулевая точка трансформатора подсоединена с общей точкой трехфазной обмотки статора, поэтому схема называется нулевой. Каждая фаза этой схемы работает независимо от остальных, поэтому для пояснения принципа ее действия рассмотрим одну фазу А, управляемую комплектом 2 тиристоров VS1…VS6.

Предположим, что фазные напряжения на вторичных обмотках трансформатора изменяются по синусоидальному закону (рисунок 2а), а нагрузка имеет активный характер (если нагрузкой является АД, то ее характер будет активно-индуктивный). Предположим также, что тиристоры VS1…VS6 закрыты (управляющие импульсы от блока управления на них не подаются). В этом случае все напряжение с выхода трансформатора прикладывается к закрытым тиристорам и напряжение на статоре равно нулю.

Рисунок 2 - Кривые напряжения сети (а) и на выходе НПЧ (б,в)

Подадим теперь от блока управления импульсы на тиристоры VS1 в момент t₁, на VS2 – в момент t₂ и на VS3 – в момент t₃. Так как в эти моменты времени потенциалы анодов более высокие, чем катодов, то они откроются, и к фазе статора будет приложено напряжение, соответствующее участкам трех синусоид вторичных напряжений трансформатора u_a, u_b и u_c. Если снять управляющие импульсы с тиристоров VS1…VS3 и подать импульсы на тиристоры VS6, VS4, VS5 в моменты времени t₅, t₆ и t₇, то на нагрузке также образуется напряжение, соответствующее участкам трех синусоид, но уже противоположной полярности. При поочередном открытии групп тиристоров VS1…VS3 и VS4…VS6 в указанном порядке изображенная на рисунке 2б кривая U_1рег будет периодически повторяться. Таким образом, к фазе обмотки статора подводится напряжение переменного тока с периодом T_рег и частотой f_рег=1/T_рег. Период T_рег этого напряжения больше, чем период сетевого напряжения T₁, т.е. частота напряжения на статоре АД меньше, чем частота питающего напряжения. Из этого следует, что НПЧ может обеспечивать регулирование частоты на статоре АД только в сторону ее уменьшения по сравнению с сетевой. Расширение диапазона регулирования частоты на выходе НПЧ достигается введением паузы Dt_п между моментом снятия импульсов управления с тиристоров VS1…VS3 и подачи их на тиристоры VS4…VS6.

Рассматриваемый НПЧ позволяет регулировать также и напряжение U_1рег на АД, для чего управляющие импульсы на тиристоры подаются не в моменты t₁,t₂,t₃,… (рисунок 2в), а с некоторой задержкой, которая равна углу управления тиристорами a. Изменяя с помощью системы управления момент подачи импульсов на тиристоры, можно регулировать напряжение нагрузки от 0 (a=90°) до максимального значения (a=0).

6 Назовите основные блоки, из которых состоит функциональная схема комплектного электропривода типа «Размер 2М» и проанализируйте её принцип действия.

Наибольшее распространение среди КЭП с АД получил «Размер 2М-5-21». Этот глубокорегулируемый ЭП предназначен для работы в системах автоматического регулирования частоты вращения и положения двух механизмов подачи и одного главного движения металлорежущих станков.

Упрощенная функциональная схема ЭП приведена на рис.2.33.

Где БРП – блок регулирования потока,

РС – регулятор скорости,

ПНЧ – преобразователь напряжение – частота,

ФТР – формирователь температурной коррекции,

БЗТ – блок задания тока,

РТ – регулятор тока,

ФИ – формирователь импульсов,

ИФП – импульсный фазопреобразователь,

БТК – блок силовых транзисторных ключей,

ДП – датчик положения.

ЭП работает по принципу частотно-токового управления. САУ должна сформулировать задание по амплитуде, частоте и фазе тока статора АД. Ток статора равен сумме двух составляющих: тока намагничивания I_d и тока ротора I_q. Из системы ЧПУ на вход поступает сигнал задания скорости u_з.с. Регулятор скорости формирует сигнал u_q, задающий абсолютное скольжение.

На рис.2.34 приведена двухканальная схема, поясняющая принцип формирования сигналов, задающих токи статора. В первом канале вырабатывается сигнал, определяющий амплитуду и фазу тока, а во втором частоту тока статора. Сигнал, задающий поток машины U_d, выдает блок регулирования потока БРП.

Рис.2.34.

В блоке задания токов происходит формирование сигналов задания токов в фазах А и В. Сигнал с ФЧ управляет ключами блока ЗТ, открывая и закрывая их.

ЭП имеет три регулятора тока, по одному на каждую фазу. На вход каждого РТ приходит два канала: задание и обратной связи.

ЭП обеспечивает контроль функционирования датчиков тока, источников питания фазовращателя и выходных усилителей, уровня напряжения и допустимого тока нагрузки, источников питания СУ. Обеспечивается защита двигателя от превышения температуры, предусмотрена блокировка от ограничивающего конечного выключателя. При пропадании напряжения сети обеспечивается аварийное торможение двигателей.

7 Перечислите основные блоки, из которых состоит функциональная схема комплектного электропривода ЭПБ2 и проанализируйте принцип её действия.

Электроприводы ЭПБ2 на базе вентильного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов предназначены для механизмов подачи станков с ЧПУ и роботов. Диапазон регулирования скорости равен 10000.

Рисунок 1 - Функциональная схема комплектного электропривода ЭПБ2

ЭП состоит из блока питания БП, к которому подключается блок регулирования БР (рисунок 1). БП подключается к сети 380 В через предохранители F и магнитньй пускатель К1, позволяющий выполнять дистанционное включение и отключение электропривода. Резистор R1 служит для ограничения зарядного тока конденсатора С1, опасного для диодов выпрямителя. После заряда конденсатора С1 резистор R1 шунтируется контактами пускателя К2. Конденсатор С1служит для сглаживания напряжения диодного выпрямителя и приема энергии при рекуперативном торможении двигателя. Поскольку при этом напряжение на С1 может возрасти значительно, предусмотрен узел гашения энергии выполненный на транзисторе VT1 БП формирует постоянное напряжение 520 В для питания силовых цепей и переменное напряжение 24 В для питания цепей управления БР.

БР управляет двигателем М, имеющим встроенный датчик обратной связи ДОС, состоящий из тахогенератора постоянного тока и датчика положения ротора (ДПР). БР предназначен для регулирования частоты вращения двигателя и стабилизации ее на заданном уровне, и состоит из следующих основных частей: коммутатора, системы управления коммутатором, системы регулирования и блока защит.

Коммутатор представляет собой трехфазный мостовой инвертор, переключение силовых ключей которого происходит в функции положения ротора, определяемого ДОС. Система управления коммутатором обеспечивает одновременное открывание не более двух транзисторов. Для замыкания контуров фазных токов при отключении транзисторов введен обратный мост на диодах.

Система регулирования выполнена двухконтурной с ПИ-регулятором скорости РС и релейным регулятором тока РРТ, который в зависимости от значения и полярности разности сигналов U_рс и выходного сигнала U_i блока датчика тока БДТ, а также в функции выходного сигнала нуль-органа НО формирует сигналы управления транзисторными ключами.

Переключение фаз обмоток статора двигателя М осуществляется по сигналам с ДОС и блока защит БЗ через распределитель импульсов РИ. В БЗ входят: максимально-токовая защита (на предохранителе F), тепловая защита с помощью терморезисторов в охладителях ключей и двигателе, защита от обрыва цепи тахогенератора, от несоответствия скорости заданной. Защиты действуют на триггер защит в блоке БЗ и при срабатывании вызывают снятие сигналов готовности к работе и свечение светодиода VD.

8 Перечислите основные блоки, из которых состоит функциональная схема следящего электропривода постоянного тока релейного действия и проанализируйте её принцип действия

В схеме ЭП используется ДПТ последовательного возбуждения М c двумя обмотки возбуждения ОВ1 и ОВ2 (рисунок 1). Управление двигателем осуществляется с помощью силовых транзисторов VT1 или VT2.

Рисунок 1 - Функциональная схема
следящего электропривода постоянного тока релейного действия

Разрядные диоды VD3 и VD4 служат для снятия перенапряжений, возникающих при отключении обмоток якоря и возбуждения, которые обладают значительной индуктивностью.

В качестве датчиков входной и выходной величин используются кольцевые потенциометры П1 и П2, которые образуют потенциометрический измеритель рассогласования. Их питание осуществляется постоянным напряжением U_п.

Движок потенциометра П1 (датчик входной величины) связан с выходным валом задающего устройства ЗУ, который представляет собой в данном случае редуктор с ручным приводом. Движок потенциометра П2 (датчик выходной величины) связан с валом редуктора Р, расположенного на валу ДПТ и рабочей машины РМ. Редукторы ЗУ и Р имеют одинаковое передаточное число. Сигнал рассогласования U_D¢ снимается с П1 и П2. При их одинаковом угловом положении U_D¢=0. При этом равен о и сигнал U_D на выходе усилителя У, транзисторы VT1 и VT2 закрыты и ДПТ неподвижен.

При возникновении угла рассогласования Dj = j_вх-j_вых движков потенциометров П1 и П2, вызванного поворотом рукоятки ЗУ, сигналы U_D¢ и U_D становятся отличными от нуля. В зависимости от полярности сигнала U_D¢, которая определяется знаком Dj, сигнал U_D подается на транзистор VT1 (по цепи диод VD10 – стабилитрон VD5 – резистор R3 – диод VD7) или VT2 (по цепи диод VD9 – стабилитрон VD6 – резистор R4 – диод VD8). Если этот сигнал превышает порог срабатывания стабилитронов VD5 или VD6, то соответствующий транзистор откроется, подключая ДПТ к источнику питания с напряжением U. Двигатель начнет вращаться, поворачивая вал РМ и ось движка потенциометра П2 в направлении, при котором возникшее рассогласование в системе будет стремиться к нулю. Когда сигнал U_D станет меньше напряжения открывания стабилитронов VD5 или VD6, работающий транзистор (VT1 или VT2) закроется и отключит ДПТ от источника питания.

В данной схеме ЭП отрабатывает заданное перемещение j_вх с некоторой погрешностью, обусловленной нечувствительностью системы из-за наличия порога срабатывания стабилитронов VD5, VD6. Зона нечувствительности системы должна быть минимальной в пределах 2…3° угла рассогласования.

Достоинство таких следящих ЭП заключается в простоте и надежности, а недостатком является наличие определенной нечувствительности (неточности) при слежении.