Електроприводи з безконтактними перетворювачами напруги

Сучасні автоматизовані електроприводи характеризуються застосуванням безконтактних керуючих пристроїв, що працюють без розриву ланцюга електричного струму. Безконтактні керуючі пристрої, у порівнянні з контактними, мають значно великий термін служби і не потребують догляду в процесі експлуатації. У автоматизованому електроприводі застосовуються два види безконтактних пристроїв — магнітні підсилювачі і напівпровідникові елементи.

Електропривід з магнітним підсилювачем. На рис.3.3.6 зображена нереверсивна схема безконтактного керування двигуном постійного струму незалежного збудження. Струм I1 в первинній обмотці трансформатора, підключеної до джерела живлення напругою U1 регулюється магнітним підсилювачем МП. При відсутності керуючого сигналу Uк на обмотку керування wк магнітного підсилювача опір робочих обмоток wp цього підсилювача Zp значний, тому струм I1 настільки низький, що напруга на виході трансформатора U2image0020. При подачі керуючого сигналу Uк відбувається насичення магнітопроводу МУ, опір робочих обмоток Zp зменшується, а струм у первинній обмотці трансформатора збільшується. При цих умовах напруга U2 на виході трансформатора зростає до необхідного значення. Змінний струм I2 у вторинному ланцюзі трансформатора за допомогою випрямляча В перетвориться в постійний струм Ia, що, проходячи по обмотці якоря двигуна М, викликає обертання якоря. Обмотка збудження 0З двигуна включена в мережу постійного струму на напругу UЗ.

image004

Рис.3.3.6. Схема безконтактного керування Рис.3.3.7. Транзисторна схема

двигуном постійного струму з застосуванням імпульсного регулювання двигуном

магнітного підсилювача постійного струму

В залежності від режиму роботи магнітного підсилювача розглянений електропривід може працювати в дискретному режимі (“включено — виключено”) або в аналоговому режимі з регулюванням частоти обертання двигуна шляхом зміни керуючого сигналу Uк.

Безконтактні схеми керування електроприводами з застосуванням магнітних підсилювачів через великі габаритні розміри, масу і незадовільні динамічні властивості останніх замінюються схемами керування на напівпровідникових елементах.

Електропривід з напівпровідниковими перетворювачами напруги. У якості напівпровідникових елементів найбільше застосування одержали транзистори і тиристори. Транзистори в перетворювачах напруги електроприводів застосовуються обмежено — тільки для пристроїв, потужність яких не перевищує декілька ват. Часто транзисторні пристрої використовуються в ключовому (релейному) режимі. Прикладом цього являється їх використання в блоці комутатора безконтактного двигуна постійного струму.

Розглянемо схему імпульсного керування частотою обертання двигуна М постійного струму незалежного збудження з застосуванням транзистора VT у ключовому режимі (рис.3.3.7). Керування здійснюється в ланцюзі обмотки якоря, куди включений транзистор VT за схемою з загальним емітером. У цій схемі транзистор працює в ключовому режимі.

При подачі керуючого сигналу Uк, транзистор переключається у відкритий стан і вся підведена напруга живлення U прикладається до якоря. У ланцюзі якоря двигуна з’являється струм, і двигун починає обертатися. Діод VD, що шунтує обмотку якоря двигуна, запобігає можливості пробою транзистора електрорушійною силою, наведеної у ланцюзі обмотки якоря.

Найбільше застосування в сучасному автоматизованому електроприводі одержали тиристорні перетворювачі напруги, що мають слідуючі переваги: високі значення ККД і коефіцієнта підсилення, безінерційність, здатність пропускати великі струми (десятки і навіть сотні ампер) при значних напругах, мінімальні габаритні розміри і маса.

На рис.3.3.8, а зображена тиристорна схема релейного керування двигуном постійного струму незалежного збудження. На тиристор VS подаються керуючі імпульси Uк. В момент надходження імпульсу тиристор VS відкривається, до обмотки якоря двигуна М прикладається напруга U. Тривалість включеного стану тиристора VS за період проходження імпульсів Uк визначається параметрами LC-контура. Одночасно з включенням тиристора VS відбувається коливальний перезаряд конденсатора C по ланцюгу конденсатор-тиристор-дросель-конденсатор. Напруга на виходах конденсатора змінюється від +Uc до -Uc.. Струм через тиристор VS дорівнює сумі струмів у ланцюзі обмотки якоря двигуна Іа перезаряду конденсатора Іс.. При досягненні напруги -Uс коливальний перезаряд конденсатора короткочасно продовжується по ланцюгу конденсатор-дросель-тиристор-конденсатор. У цьому інтервалі часу струм через тиристор зменшується до нуля, тому що до тиристора прикладається негативна напруга і він відновлює свої запираючі властивості. Після виключення тиристора конденсатор по ланцюгу якоря двигуна перезаряджається до напруги + Uc, а струм Іа замикається по діоду VD. Схема працює в дискретному (релейному) режимі. Реверс двигуна можливий при зміні полярності напруги UЗ, що живить обмотку збудження 0З двигуна.

На рис.3.3.8,б зображена схема тиристорного безконтактного керування двигуном постійного струму незалежного збудження при живленні від джерела змінного струму.

image006

Рис.3.3.8. Тиристорні схеми безконтактного керування двигуна постійного

струму: а — релейне керування, б — аналогове керування,

в — до пояснення принципу фазового керування тиристором.

Суть цього принципу ілюструє рис.3.3.8, в. Включення тиристора можливе тільки при позитивному потенціалі на управляючому електроді відносно катоду тиристора, тобто тільки в момент позитивних півперіодів напруги u. При цьому значення діючого значення струму через тиристор визначається кутом регулювання image008. Якщо image010image012180°, то тиристор не включається, тому що до нього підводиться нульова напруга. Якщо кут image014 << 180°, то при позитивних півперіодах напруги u тиристор відкривається і через нього проходить струм ia. При закінченні позитивного півперіоду тиристор виключається (ia = 0) (рис.3.3.8,в). Обмотка збудження 0З двигуна включена безпосередньо в мережу постійного струму на напругу UЗ (див. рис.3.3.8,б). У схемі застосований фазозсуваючий ланцюг rс, де r — резистор змінного опору. Значення керуючого сигналу Uк на керуючому електроді тиристора і його фазовий зсув щодо напруги U2 залежить від опору резистора r. При повністю введеному опорі r падіння напруги на ньому складає значну частину напруги U2. У результаті напруга на конденсаторі (Uс = Uy) недостатня для відкривання тиристора, а фаза цієї напруги така, що кут image016image018180°. З зменшенням опору r напруга Uк зростає, а кут image020 зменшується, що призводить до включення тиристора при позитивному півперіоді напруги U2 . При подальшому зменшенні опору r струм через тиристор збільшується, що веде до підвищення частоти обертання якоря двигуна. Діод VD у ланцюзі керування тиристора призначений для того, щоб виключити подачу негативного потенціалу на керуючий електрод тиристора.

На рис.3.3.9 зображена схема електроприводу з тиристорним перетворювачем напруги. Силова частина схеми містить два тиристори: VSI і VS2, що анодами підключені до вторинних обмоток трансформатора Тр, сполучених за нульовою схемою. Якір двигуна постійного струму включений між нульовою точкою трансформатора і катодами тиристорів через згладжувальний дросель L, що зменшує пульсації струму в ланцюзі якоря двигуна. У схемах автоматичного керування електроприводом зміна кута регулювання тиристором VS здійснюється блоком керування БК. Імпульси прямокутної форми Uк1 і Uк2 від блока керування БК забезпечують почергове включення тиристорів у моменти позитивних півперіодів напруги на кожному з них. У залежності від величини керуючого сигналу Uк, поданого на блок. керування БК, змінюється кут відкривання тиристорів image021. Це забезпечує експлуатацію електроприводу в дискретному і аналоговому режимах.

image023

Рис.3.3.9. Схема електроприводу з нереверсивним однофазним тиристорним перетворювачем.

При значній потужності привідного двигуна використовують схеми тиристорного керування на трифазних трансформаторах, що до того ж забезпечує менший рівень пульсацій випрямленого струму в ланцюзі якоря двигуна.

Для реверсивного керування електроприводом необхідно застосовувати два комплекти нереверсивних тиристорних перетворювачі. Включення того або іншого комплекту перетворювачів забезпечує зміну напрямку струму Іа у ланцюзі якоря двигуна М, а отже, його реверсування (рис.3.3.10 ).

В залежності від значення і полярності сигналу Uк, який подають на вхід керуючого пристрою КП, на блоки керування БК лівої (БК1, БК2, БКЗ) або правої (БК4, БКЗ, БК6) груп тиристорів надходять керуючі сигнали. Напрямок струму в обмотці якоря двигуна залежить від того, яка група тиристорів відкрита. Дроселі LI і L2 згладжують пульсації струму в ланцюзі якоря й обмежують зрівнювальні струми, що виникають між двома групами тиристорів.

Керування автоматизованим електроприводом за допомогою тиристорних перетворювачів напруги в наш час — основний вид регулювання. Таке керування використовується в усіх галузях промисловості для електроприводів різної потужності: приводу прокатних станів, екскаваторів, металоріжучих верстатів, ліфтів і т.д.

image025

Рис.3.3.10. Схема реверсивного тиристорного електроприводу

Вітчизняною промисловістю випускаються комплексні тиристорні електроприводи, які містять тиристорний перетворювач напруги, електродвигун, апаратуру керування і захисту, джерело напруги збудження, давач швидкості. Наприклад, електроприводи серії КТЕ потужністю від 10 до 5000 кВт, серії ПТЗР потужністю від 0,6 до 11,3 кВт і ін..

Васюра А.С. – книга “Електромашинні елементи та пристрої систем управління і автоматики”

Оставьте комментарий к статье