Tečaj predavanja o automatiziranom elektromotoru. Automatizirani električni pogon. Klasifikacija elektroničkih uređaja PDS
AUTOMATSKI ELEKTRIČNI POGON
Tečaj predavanja za studente specijalnosti
"strojevi i alati za obradu metala"
POGLAVLJE 1 OPĆA PITANJA AEP-a. AED MEHANIKA
1.1. Osnovni pojmovi i definicije
1.1. Mehaničke karakteristike radnih strojeva i ED
1.2. Mehaničke karakteristike DPT-a
1.3. Mehaničke karakteristike krvnog tlaka
1.4. Mehaničke karakteristike SD
2. POGLAVLJE METODE PRORAČUNA SNAGE I IZBOR ELEKTROMOTORA
2.1. Sile i momenti koji djeluju u EP-u
2.2. Dovođenje momenata otpora i inercije na osovinu motora
2.3. Opće napomene . Motori za grijanje i hlađenje
2.4. Metoda prosječnog gubitka . ekvivalentne metode.
2.5. Serija elektromotora koji se koriste u alatnim strojevima
3. POGLAVLJE ELEMENTI SNAGE I REGULATORNI DIJELOVI RUJ
Klasifikacija elektroničkih uređaja PDS
3.1. Tiristorski pretvarači
3.2. Tranzistorski pretvarači
3.3. Tipični senzori
3.4. Tipične EP zaštitne jedinice
3.5. Tipični regulatori
4. POGLAVLJE TIPIČNI BOT STROJEVA ZA REZANJE METALA
4.1. Načela za konstruiranje tipičnih SEP-ova
4.2. DC PDS s jednom petljom
4.3. SPR DC EP s jednozonskom kontrolom
4.4. SPR DC EP s dvozonskom kontrolom
4.5. AC SEP s ASI i AIT (sheme s OS-om za brzinu i struju)
4.6. Sustavi za stabilizaciju tehnoloških parametara pri rezanju metala
POGLAVLJE 5 SLJEDEĆE SEPA STROJEVA ZA REZANJE METALA
5.1. Tipične strukture servo ED i njihovi elementi
5.2. Tracking EA s slave regulacijom parametara
5.3. Praćenje EP napajanja kopir-glodalica
KNJIŽEVNOST
1. Automatizirani električni pogon tipičnih proizvodnih mehanizama i tehnoloških kompleksa: Udžbenik za sveučilišta / M.P. Belov, V.A. Novikov, L.N. Rasuđivanje. - M.: Izdavački centar "Akademija", 2004. - 576 str.
2. Inženjerstvo elektromotornih pogona i sustava automatizacije: udžbenik. dodatak za studente. viši udžbenik ustanove / M.P. Belov, O.I. Zementov, A.E. Kozyaruk i drugi; pod, ispod. izd. V.A. Novikova, L.M. Černigov. - M.: Izdavački centar "Akademija", 2006. - 368 str.
3. Kovchin S.A., Sabinin Yu.A. Teorija elektromotornog pogona: Udžbenik za srednje škole. - Sankt Peterburg: Energoatomizdat, 2000. - 496 str.
4. Šestakov V.M., Dmitriev B.F., Repkin V.I. Elektronički uređaji sustava automatskog upravljanja: Udžbenik. - Sankt Peterburg: Izd. LGTU, 1991. (monografija).
POGLAVLJE 1. OPĆA PITANJA AEP-a. MEHANIKA AEP-a.
1.1. Osnovni pojmovi i definicije
Postoje razne vrste pogona, ali zbog učinkovitog pohranjivanja, jednostavnosti prijenosa, zbrajanja i svojstava djeljivosti, električna energija se više koristi od drugih vrsta energije. Trenutno se najčešće koristi automatizirani električni pogon (GOST R 50369-92).
električni pogon (EP) Elektromehaničkim sustavom nazivamo elektromehanički sustav dizajniran za pokretanje radnih tijela strojeva, namjerno upravljanje tim procesima i sastoji se od prijenosa, elektromotora, pretvarača, upravljačkih i informacijskih uređaja.
prijenosni uređaj dizajniran za transformaciju oblika kretanja i prijenosa mehaničke energije s pogonskog uređaja na radna tijela stroja.
Pogonski uređaj pretvara električnu energiju u mehaničku i tvori zajedno s prijenosnim uređajem određene oblike kretanja radnih tijela.
uređaj za pretvaranje služi za povezivanje PDS-a s izvorom električne energije (industrijska mreža ili autonomni), za pretvaranje jednog oblika električne energije u drugi (na primjer, AC ispravljanje).
Upravljački i informacijski uređaji dizajniran za formiranje zadanih zakona upravljanja protokom energije i gibanja radnih tijela strojeva.
EP klasifikacija
1. Po dogovoru: a) glavni (npr. glavni pokret);
b) pomoćne (na primjer, hranilice).
2. Prema vrsti potrošene struje motora: a) istosmjerna struja;
b) izmjenična struja.
3. Po vrsti sklopki snage: a) tiristor;
b) tranzistor;
c) mikroprocesor
4. Po vrsti automatskog upravljačkog sustava (ACS):
a) analogni (kontinuirani) EP sustavi (EPS);
b) digitalni (diskretni) EPS;
c) digitalno-analogni SEP;
d) linearni ili nelinearni SEP;
e) statički ili astatski PDS;
5. Prema obavljanim funkcijama:
a) gruba kontrola brzine (otvoreni PDS);
b) točna kontrola brzine (zatvoreni SEP);
c) praćenje proizvoljno promjenjivih ulaznih signala (sustavi praćenja);
d) razvoj softvera zadataka (SEP s programskom kontrolom);
e) međusobno povezana regulacija parametara (višemotorna i međusobno povezana ESS);
Funkcije a)-e) smatraju se osnovnim. Dodatne funkcije uključuju: alarm (dijagnostika) i EA zaštitu.
Mehaničke karakteristike asinkronih motora (IM)
1) Mehaničke karakteristike 3-faznog AD
Asinkroni elektromotor ima trofazni statorski namot. Kada se na njega dovede trofazni napon s frekvencijom, formira se magnetsko polje koje rotira kutnom brzinom, gdje je broj 10
parovi polova statora (određeni polaganjem namota).
IM rotor se najčešće izvodi u kratkom spoju ("kavez za vjeverice"). U strojevima za dizanje i transport koristi se fazni rotor, gdje se namot rotora vodi preko kontaktnih prstenova na fiksno postolje i spaja na dodatne otpore.
Trenutno se AD prema zadanim postavkama koristi za pokretanje većine objekata.
Prilikom opisivanja IM-a, električni parametri motora imaju indekse: 1 - stator; 2 - rotor.
Kada je R 1 \u003d 0, mehanička karakteristika je opisana formulom
, gdje je kritični trenutak; - klizna.
1 - prirodni ();
1" - obrnuto (dvije od tri faze se izmjenjuju);
4 - IM s faznim rotorom , .
načini kočenja
5 - dinamičko kočenje: istosmjerna struja se dovodi do namota statora, tada će se rotor koji se okreće kočiti;
6 - protutok (obrnuti): (dvije faze mijenjaju mjesta);
7 - rekuperacija, obrnuti moment. Usporavanje na nulu zahtijeva pretvarač koji kontinuirano smanjuje .
IM start: Za ograničavanje početnih struja IM velike snage ili za postizanje mekog pokretanja asinkronog pogona, koristite:
1) uključivanje aktivnih ili induktivnih otpora u krug statora, koji se izlaze na kraju starta;
2) "frekvencijski" start kroz pretvarač, glatko mijenjajući frekvenciju napajanja motora;
3) započeti s faznim rotorom;
4) start reaktora - uključivanje induktivnih otpora u krug rotora. Na početku starta frekvencija struje u rotoru je bliska frekvenciji mreže, induktivni otpor je velik i ograničava početnu struju.
2) Mehaničke karakteristike dvofaznog IM
Izdaju se na snagu do 1 kW. Može se izraditi s punim ili šupljim rotorom. OV, OU - uzbudni i kontrolni namoti; Za pomicanje faza u OB krugu, kondenzator kapaciteta 1-2 mikrofarada spojen je u seriju na svakih 100 vata.
Kada je jednofazna.
Napomena: s kontrolom frekvencije karakteristike će postati linearne i paralelne jedna s drugom, s faznom kontrolom - samo linearne.
Opće napomene
1) Zadatak je kompetentan izbor elektromotora za određeni mehanizam (jedinicu), uzimajući u obzir dopušteno zagrijavanje i preopterećenje u struji i zakretnom momentu.
Gubici se dijele na:
Konstante - mehaničke i u čeliku - ne ovise o struji motora;
Varijable - u bakru - funkcija su kvadrata struje motora.
Odnos između gubitaka i učinkovitosti:
, gdje R- snaga na osovini; P 1 - potrošnja energije.
2) Zagrijavanje i hlađenje ED tijekom dugotrajnog rada.
- količina topline koju oslobađa (generira) elektromotor;
Toplinski kapacitet motora;
- odvođenje topline.
Pri konstantnoj temperaturi okoline, temperatura motora će se povećati u skladu sa zakonom 
, gdje je vremenska konstanta zagrijavanja, s; , st.
3) Načini rada motora
a) duga (S1)
b) kratkoročno (S2)
c) ponavljano-kratkotrajno (S3, S4)
radnog ciklusa 
, gdje - radni ciklus;
standardizirani PV% = 15, 25, 40, 60%
4) Razredi izolacije i dopuštene radne temperature motora.
U skladu s međunarodnim standardima, razlikuju se sljedeće klase izolacije
Za motore opće namjene koriste se klase izolacije B i F.
5) Klimatska inačica električnih strojeva
6) Stupnjevi zaštite električnih strojeva (GOST 14254-80 i GOST 17494-72)
Opća oznaka vrste zaštite (International Protection) je IP, gdje
1. znamenka: stupanj zaštite osoblja od kontakta s pokretnim dijelovima opreme i od ulaska čvrstih stranih tijela u školjku;
2. znamenka: stupanj zaštite od prodiranja vode u opremu.
| IP | Broj 1 | Broj 2 | |
| Zaštita od dodira | Zaštita od stranih predmeta | Zaštita od prodora vode | |
| Nije zaštićeno | Nije zaštićeno | Nije zaštićeno | |
| Od dodira velike površine (ručno) | Od predmeta većih od 50 mm | Od kapljica vode koje padaju okomito | |
| Od dodira vaših prstiju | Od predmeta većih od 12 mm | Od okomito padajućih kapi i prskanja pod nagibom do 15 0 do okomice | |
| Protiv kontakta s predmetima ili žicama promjera većeg od 2,5 mm *) | Od predmeta većih od 2,5 mm | Od okomito padajućih kapi i prskanja pod nagibom do 60 0 do okomice | |
| Protiv kontakta s predmetima ili žicama promjera većeg od 1 mm *) | Od malih čvrstih predmeta (više od 1 mm) | Od kapi vode sa svih strana | |
| Protiv kontakta s bilo kojom vrstom pomoćne opreme *) | Od taloženja prašine iznutra | Od mlazova vode sa svih strana | |
| Od dodira pomoćnim sredstvima bilo koje vrste | Od svake prašine | Od valova vode | |
| - | - | Zaštita od uranjanja u vodu | |
| - | - | Zaštita od dugotrajnog uranjanja u vodu |
*) Ne odnosi se na ventilatore električnih strojeva
Standardna zaštita motora IP 54. Viši stupnjevi zaštite IP 55 i IP 65 dostupni su na zahtjev.
Pogoni koji rade s velikim brojem pokretanja
Pogoni s dodatnom inercijskom masom (inercijski impeler)
Pogoni upravljani pretvaračem s rasponom upravljanja preko 1:20
Pogoni kontrolirani pretvaračem koji održavaju nazivni moment pri maloj brzini ili u zaustavljenom položaju
Metode proračuna snage
Izbor snage motora pri stacionarnom opterećenju vrši se prema stanju (najbliži veći u katalogu). U ovom slučaju, motor je došao na grijanje.
Razmotrite izbor snage motora pod promjenjivim opterećenjem:
1. Metoda prosječnog gubitka (izravna metoda).
Metoda se temelji na dijagramu opterećenja. Razmotrite izravnu metodu uzimanja u obzir gubitaka u motoru
1) Prosječna snaga na osovini motora izračunava se pomoću formule
, 
Joule-Lenzov zakon 
Gubici motora su proporcionalni aktivnoj snazi. Dakle, zagrijavanje motora nije određeno , već . Stoga se javlja problem izračunavanja gubitaka.
2) odabir snage motora,
gdje k= 1.2...1.3 - faktor sigurnosti, uzimajući u obzir proporcionalnost gubitaka na kvadrat struje;
3) Proračun gubitaka pri različitim opterećenjima korištenjem kataloških krivulja prema formuli 
4) određuju se prosječni gubici po ciklusu 
;
5) izbor snage motora prema stanju , gdje 
- motor je došao na grijanje;
6) Odabrani motor mora se provjeriti zbog preopterećenja i uvjeta pokretanja
DPT: 
, ;
PAKAO: 
, 
Ekvivalentne metode
Ove metode su neizravne, jer neizravno uzimaju u obzir gubitke u električnom stroju.
1) Metoda ekvivalentne struje.
Izračunava se neka ekvivalentna struja čiji su gubici jednaki stvarnim s promjenjivim opterećenjem, budući da
2) Metoda ekvivalentnog momenta 
na f-konst
; - motor se zagrijao.
3) Metoda ekvivalentne snage na F-const, -const
; - motor se zagrijao.
Odabrani motor se tada mora provjeriti na preopterećenje i uvjete pokretanja.
Najraširenija je uporaba metode ekvivalentne struje, a najuža metoda ekvivalentne snage. Metode ekvivalentne struje i snage nisu primjenjive za upravljanje s dvije zone, jer sadrže blokove proizvoda u formulama, 
. Točnija je metoda prosječnog gubitka (izravna metoda).
Napomena: U povremenom načinu rada, motor se bira iz uvjeta .
;
Ovdje se metode ekvivalentnog momenta i struje praktički ne koriste. Ako opterećenje u različitim ciklusima nije isto, izračunajte prosječni PV, uzimajući u obzir n ciklusi.
Tiristorski pretvarači
Prednosti: a) pouzdanost; b) mala težina; c) mala upravljačka snaga; d) velika brzina; e) visoka učinkovitost (0,95-0,97)
Nedostaci: a) ne podnosi preopterećenja; b) smanjenje cos pri malim opterećenjima; c) generiranje viših harmonijskih oscilacija u mrežu prilikom prebacivanja ventila (za borbu protiv njih, oni uključuju TOP)
1. TP sheme i metode upravljanja:
1) Nulti reverzni pogonski krug
m=3 - faza pretvarača. Prednosti: manje tiristora. Koristi se u pogonima male snage.
2) Mostni krug za ispravljanje pogona unatrag (Larionov krug)
m=6; Prednosti: a) manje prigušnica za zaglađivanje; b) manja klasa tiristora; Primjenjuje se u pogonima prosječne i velike snage.
2. Načini kontrole obrnutog TS-a:
a) odvojeno, kada se redom upravljaju skupine tiristora.
Prednosti: 1) odsutnost udarne struje i, stoga, potreba za uključivanjem prenaponskih reaktora (UR);
Nedostaci: 1) široko područje povremenih struja; 2) nelinearnost mehaničkih karakteristika na početku; 3) spori reverzni pretvarač napona.
Istodobno se češće koristi zasebna kontrola TP-a.
b) koordinirano, kada se obje skupine tiristora upravljaju zajedno, prema stanju 
, i 
, 
;
Prednosti: 1) linearna karakteristika; 2) uska zona diskontinuiranih struja; 3) brzo unatrag.
Nedostaci: 1) prisutnost statičkih i dinamičkih udarnih struja. Za borbu protiv njih uključeni su prenaponski reaktori (UR).
3. Matematički opis TP
1) Upravljački sustav tiristorskog pretvarača (SUTP) ili sustav upravljanja s impulsnom fazom (SIFU)
a) sa stabiliziranim referentnim naponom u obliku zubaca 
. Ne sadrži više harmonike u referentnom naponu, osigurava jasno otvaranje tiristora i koristi se u transformatorima srednje i velike snage.
b) s nestabiliziranim sinusoidnim referentnim naponom 
. Koristi se u transformatorskim stanicama male snage sa širokim rasponom regulacije brzine transformatorskih podstanica.
c) ako je SUTP digitalan, tada je kut otvaranja tiristora , gdje je brojčani kod.
2) Energetski dio TP.
Opisano izrazom 
, gdje 
- maksimalni ispravljeni EMF TP. Osim toga, TP ima kašnjenje, prosječno. Za m=6 
.
a) SUTP sa stabiliziranim referentnim naponom u obliku zubaca.
Nelinearna ovisnost 
.
b) SUTP s nestabiliziranim sinusoidnim referentnim naponom.
; 
- linearna ovisnost !
Iz slika je vidljivo da fluktuacije izmjeničnog mrežnog napona (isprekidana crta) utječu na izlazni EMF u slučaju a), a ne utječu na slučaj b).
3) TP opterećenje (motor). Formira prirodu struje pretvarača, koja može biti kontinuirana, granično-kontinuirana i isprekidana.
Priroda struje utječe na karakteristike pogona. U zoni kontinuirane struje karakteristike su krute, budući da je unutarnji otpor pretvarača mali. S isprekidanom strujom, unutarnji otpor TC-a značajno se povećava, što smanjuje krutost karakteristika. , gdje je uklopni otpor. nastaje u načinu kontinuirane struje kada se faze preklapaju. - dinamički otpor tiristora.
Zona isprekidane struje izuzetno je nepovoljna za regulaciju, budući da se smanjuje krutost pogonskih karakteristika i pojavljuje se nelinearna ovisnost (vidi sliku).
Tipični senzori
Razmotrimo senzore domaćeg univerzalnog sustava blok kontrolera analognog dizajna (UBSR-AI).
1) Senzor struje DT1-AI Korištenje operacijskog pojačala (OU) omogućuje vam odvajanje strujnih i upravljačkih krugova pogona, što je također potrebno iz sigurnosnih razloga. Dobitak 
odabire se tako da maksimalna izmjerena struja odgovara .
2) Senzor napona DN1-AI. Pojačanje se bira tako da maksimalni izmjereni napon odgovara .
3) EMF senzor
3) Senzori brzine. Kao senzori brzine koriste se precizni tahogeneratori istosmjerne i izmjenične struje.
4) Senzori položaja
a) Resolver. Radi na principu sinusno-kosinusnog rotacionog transformatora (SCRT). U rotirajućem transformatoru rotor se sastoji od svitka (namota) koji zajedno sa statorskim namotom tvori transformator. U principu, rezolver je raspoređen na potpuno isti način, s jedinom razlikom što je stator izrađen ne od jednog, već od dva namota koja se nalaze pod kutom od 90 ° jedan prema drugom. Resolver se koristi za određivanje apsolutnog položaja osovine motora unutar jednog okretaja. Osim toga, signal rezolvera određuje vrijednost brzine i simulira inkrementalni enkoder za kontrolu položaja. Rotor rezolvera pričvršćen je na osovinu motora. Kako bi se na rotor bez četkica mogao prenijeti izmjenični nosivi napon, na stator i rotor se postavljaju dodatni namoti. Iz dva izlazna sinusoidna napona i pomaknutih za 90° (slika 7) moguće je odrediti kut rotora, brzinu i signal inkrementalnog položaja (simulacija inkrementalnog enkodera).
b) Fotoelektrični senzori serije PDF. Nema temperaturnog i vremenskog pomaka. 500-5000 imp/okr.
5) Senzori neusklađenosti. Koriste se u sustavima za praćenje.
a) Potenciometrijski senzori neusklađenosti
b) Selsins u transformatorskom modu. Selsyn ima 2-fazni statorski namot i 3-fazni namot rotora. Os selsyn-senzora pokreće se s glavnog uređaja, a os selsyn-prijamnika - iz izvršnog. S razlikom u kutovima (tj. greškom praćenja), na statorskom namotu se stvara napon. Selsynovi rade s kutovima pogreške do 90 stupnjeva, tada se javlja signal "prevrtanja" (vidi sliku). Postoje i induktozini - linearni analozi selsina.
Tipični regulatori
1) Statika se opisuje algebarskim jednadžbama (AE), a dinamika - diferencijalnim DE. Olakšati proučavanje dinamike složenih elektromehaničkih sustava pomoću Laplaceove transformacije 
prijeći s privremene t-domene na p-domenu slika, gdje je p (s) operator diferencijacije (Laplace), . U tom slučaju, upravljačke jedinice zamjenjuju se AU.
Prijenosna funkcija (TF) W(p) je omjer Laplaceovih slika izlazne varijable prema ulaznoj (vidi tečaj TAU).
2) Pokazatelji kvalitete procesa tranzicije. Razmotrimo prolazni proces u zatvorenom sustavu:
a) Statička greška 
;
b) Vrijeme prijelaznog procesa - vrijeme posljednjeg ulaska regulirane vrijednosti u zonu 5%;
c) Prekoračenje 
;
3) Tipični regulatori. Koristi se u zatvorenim sustavima za dobivanje potrebnih pokazatelja kvalitete. Najčešće korišteni su proporcionalni (P), proporcionalno-integralni (PI) i proporcionalno-integralno-derivacijski (PID) regulatori. Izbor tipa regulatora određen je prijenosnom funkcijom kontrolnog objekta. Prijenosne funkcije regulatora
; 
; 
| Implementacija analognog kruga | Dobitak |
 |  |
 ;
|  |
 ; ;
|  |
SEP s jednom petljom
Mnogi ljudi pogrešno vjeruju da je električni pogon električni motor koji obavlja neku vrstu posla. Zapravo, to nije sasvim točno. Sustav električnog pogona uključuje ne samo električni motor, već i mjenjač, upravljački sustav za njega, senzore povratnih informacija, razne releje itd. Ovo nije električni sustav, već elektromehanički. Može biti podesiva (automatizirana, automatska ili neautomatska) ili nepodesiva (kućne pumpe itd.). Razmotrit ćemo vrste reguliranih uređaja.
Neautomatski električni pogon
Kada ovaj uređaj radi, sve radnje za regulaciju koordinata izvode se u ručnom načinu rada. Odnosno, za rad ove vrste uređaja potreban je operater, osoba koja će pratiti ispravno izvođenje procesa. Primjer je električni pogon dizalice, gdje sve radnje izvodi operater.
Automatizirani električni pogon
Za razliku od neautomatiziranih pogona, automatizirani imaju povratne signale po koordinatama ili parametrima (struja motora, brzina, položaj, moment). Ispod je blok dijagram:
Strukturni dijagram automatiziranog električnog pogona
ZA - zaštitna oprema (prekidači, osigurači itd.)
PEE - pretvarač električne energije (časotnik, tiristorski pretvarač)
DT - senzor struje
DN - senzor napona
SU PEE - upravljački sustav pretvarača
PU - upravljačka ploča
PM - prijenosni mehanizam (spojnica, mjenjač, itd.)
RO - radno tijelo
ED - elektromotor
S takvom upravljačkom strukturom, PEE upravljački sustav kontrolira ne samo pretvarač, već cijeli sustav odjednom. Uz takvu kontrolu, senzori povratne sprege osiguravaju kontrolu nad parametrima i to signaliziraju operateru. Ovaj sustav u automatskom načinu rada može izvršiti neke operacije (start, zaustaviti, itd.), ali i dalje zahtijeva prisutnost osobe koja će kontrolirati rad ovog uređaja. Na primjer, pokretanje više transportne linije, gdje se ne pokreću svi transporteri odjednom, već redom, gdje se također uzima u obzir vrijeme početka svake linije i uvjeti pokretanja. Samo tako, prestaju.
Kao što vidimo iz blok dijagrama, povratni signali dolaze na upravljačku konzolu koja izravno prati tehnološki proces, a dio dolazi u upravljački sustav pretvarača radi implementacije osnovnih zaštita i odrade nekih promjena u signalu podešavanja koji dolazi. s upravljačke ploče.
Automatski električni pogon
Za rad električnog pogona u automatskom načinu rada nije potrebna prisutnost osobe. U ovom slučaju sve se događa automatski. Ispod je blok dijagram:
Strukturna shema sustava automatskog upravljanja elektromotornim pogonom APCS - sustav automatske kontrole procesa
Kao što vidimo iz blok dijagrama, svi senzori povratne sprege dolaze u sustav upravljanja procesom. Obrađuje signale sa senzora i daje kontrolne signale drugim podsustavima. Ova struktura upravljanja je vrlo zgodna, jer ne zahtijeva stalno praćenje procesa od strane operatera, a smanjuje utjecaj ljudskog faktora. Na primjer, modernizirane rudničke dizalice koje mogu raditi u automatskom načinu rada, vođene senzorima povratnih informacija
U suvremenom svijetu aktivno se uvode automatizirani sustavi upravljanja procesima ne samo za električne pogone. Vrlo rijetko postoje sustavi s ručnim upravljanjem tehnološkim procesima, svi su ili automatizirani, ili su na tim linijama u potpunosti implementirani automatizirani sustavi upravljanja procesima.
Suvremeni električni pogon je strukturna cjelina elektromehaničkog pretvarača energije (motora), pretvarača snage i upravljačkog uređaja. Omogućuje pretvorbu električne energije u mehaničku energiju u skladu s algoritmom tehnološke instalacije. Opseg električnog pogona u industriji, prometu i svakodnevnom životu stalno se širi. Trenutno više od 60% ukupne električne energije proizvedene u svijetu troše elektromotori. Posljedično, učinkovitost tehnologija za uštedu energije uvelike je određena učinkovitošću električnog pogona. Razvoj visokoučinkovitih, kompaktnih i ekonomičnih pogonskih sustava prioritet je u razvoju moderne tehnologije. Posljednje desetljeće odlazećeg stoljeća obilježen je značajnim napretkom energetske elektronike - industrijskom proizvodnjom bipolarnih tranzistora s izoliranim vratima (IGBT), energetskih modula na temelju njih (rekova i cijelih pretvarača), kao i energetskih inteligentnih modula (IPM) s savladana je ugrađena zaštita ključeva i sučelja za izravno povezivanje s mikroprocesorskim upravljačkim sustavima. Rast stupnja integracije u mikroprocesorsku tehnologiju i prijelaz s mikroprocesora na mikrokontrolere s ugrađenim skupom specijaliziranih perifernih uređaja doveli su do trenda masovne zamjene analognih pogonskih upravljačkih sustava sustavima. izravno digitalno upravljanje. Izravno digitalno upravljanje ne znači samo izravno upravljanje iz mikrokontrolera svakom tipkom pretvarača snage (pretvarač i upravljani ispravljač, ako postoji), već i mogućnost izravnog unosa različitih povratnih signala u mikrokontroler (bez obzira na vrstu signala: diskretna, analogna ili impulsna) nakon čega slijedi hardverska i softverska obrada unutar mikrokontrolera. Dakle, sustav izravnog digitalnog upravljanja usmjeren je na odbacivanje značajnog broja dodatnih ploča sučelja i stvaranje upravljačkih regulatora pogona s jednom pločom. U krajnjoj liniji, ugrađeni upravljački sustav je dizajniran kao single-chip i, zajedno s pretvaračem snage i izvršnim motorom, strukturno je integriran u jednu cjelinu - mehatronički modul pokreta.
Razmotrimo generaliziranu strukturu električnog pogona (slika 6.25). U njemu je moguće izdvojiti dva međudjelujuća kanala – energetski, koji vrši prijenos i pretvorbu energije iz električne u mehaničku, i informacijski.
Ovisno o zahtjevima za električni pogon, kao elektromehanički pretvarač koriste se različiti električni strojevi: asinkrona i sinkrona izmjenična struja, kolektorska i istosmjerna struja bez četkica, koračni, ventilski reaktivni, ventil-induktor itd.
Informacijski kanal je dizajniran za kontrolu protoka energije, kao i za prikupljanje i obradu informacija o stanju i radu sustava te dijagnosticiranje njegovih kvarova. Informacijski kanal može komunicirati sa svim elementima energetskog kanala, kao i s operaterom, drugim električnim pogonskim sustavima i sustavom upravljanja najviše razine.
Riža. 6.25. Generalizirana struktura električnog pogona
Dugo je vremena masovna upotreba pogona s promjenjivom brzinom bila ograničena dvama čimbenicima:
relativno male dopuštene vrijednosti struja, napona i uklopnih frekvencija energetskih poluvodičkih uređaja;
ograničavajući složenost upravljačkih algoritama implementiranih u analognom obliku ili na digitalnim mikrosklopovima malog i srednjeg stupnja integracije.
Pojava tiristora za velike struje i napone riješila je problem statičkog pretvarača za istosmjerni električni pogon. Međutim, potreba za prisilnim zatvaranjem tiristora duž strujnog kruga značajno komplicira stvaranje autonomnih pretvarača za frekventno kontrolirani izmjenični električni pogon. Pojava moćnih potpuno kontroliranih tranzistora s efektom polja, u stranoj literaturi označenih kao MOSFET (metal - oksid - poluvodički tranzistor sa efektom polja), i bipolarnih tranzistora s izoliranim vratima IGBT (Isulated Gate Bipolar Transistor) dovela je do brzog razvoja tehnologije pretvarača. te stalno širenje opsega asinkronih električnih pogona s frekventnim pretvaračima. Drugi čimbenik koji je doveo do mogućnosti masovnog uvođenja frekventno kontroliranog električnog pogona bilo je stvaranje mikrokontrolera s jednim čipom s dovoljnom računskom snagom.
Analizom proizvoda vodećih svjetskih proizvođača pogonskih sustava i materijala objavljenih znanstvenih istraživanja u ovom području možemo uočiti sljedeće izražene trendove u razvoju elektromotornog pogona:
Udio pogonskih sustava s istosmjernim motorima stalno se smanjuje i udio od pogonski sustavi s motorima naizmjenična struja. To je zbog niske pouzdanosti mehaničkog komutatora i veće cijene DC komutatorskih motora u usporedbi s AC motorima. Prema procjenama stručnjaka, početkom sljedećeg stoljeća udio DC pogona bit će smanjen na 10% od ukupnog broja pogona.
Trenutno prevladava primjena pogoni s kaveznim asinkronim motorima. Većina tih pogona (oko 80%) je neregulirana. Zbog naglog smanjenja troškova statičkih frekvencijskih pretvarača, udio frekventno kontrolirani asinkroni električni pogoni brzo raste.
Prirodna alternativa DC kolektorskim pogonima su pogoni sa ventil, tj. elektronički komutirano motori. kao izvršni DC strojevi bez četkica(BMPT), pretežno se koriste sinkroni motori s uzbudom iz trajnih magneta ili s elektromagnetskom pobudom (za velike snage). Ova vrsta pogona je najperspektivnija za izradu alatnih strojeva i robotiku, ali je i najskuplja. Određeno smanjenje troškova može se postići korištenjem sinkronog reluktantnog motora kao aktuatora.
Pogon sljedećeg stoljeća, prema prognozama većine stručnjaka, bit će pogon na temelju kojeg se temelji preklopni reluktantni motor(POGLED). Motori ove vrste su jednostavni za proizvodnju, produktivni i jeftini. Imaju pasivni feromagnetski rotor bez ikakvih namota ili magneta. Istodobno, visoka potrošačka svojstva pogona mogu se osigurati samo korištenjem snažnog mikroprocesorskog upravljačkog sustava u kombinaciji s modernom energetskom elektronikom. Napori mnogih developera u svijetu koncentrirani su na ovom području. Za tipične primjene obećavaju se induktorski motori sa samouzbudom, a za vučne pogone obećavajući su induktorski motori s neovisnom pobudom sa strane statora. U potonjem slučaju postoji mogućnost dvozonske kontrole brzine po analogiji s konvencionalnim DC pogonima.
6.2.1. Asinkroni električni pogoni
sa skalarnom kontrolom
Skalarne metode upravljanja osiguravale su postizanje traženih statičkih karakteristika i korištene su u električnim pogonima s "tihim" opterećenjem. Na ulazu ovih sustava u pravilu su se uključivali generatori intenziteta koji su ograničavali brzinu porasta (smanjenja) ulaznog signala na takvu vrijednost pri kojoj se procesi u sustavu mogu smatrati stabilnim, tj. pojam bi se mogao zanemariti u jednadžbi , kao .
Na sl. 6.26 prikazuje mehaničke karakteristike asinkronog kaveznog motora za sva četiri zakona upravljanja za linearni model koji ne uzima u obzir zasićenje magnetskog kruga. Valja ponoviti da su navedeni zakoni upravljanja naširoko korišteni i dobro se pokazali u električnim pogonima, gdje nije potrebna brzina upravljanja i nema naglih promjena momenta opterećenja.
Riža. 6.26. Mehaničke karakteristike AKZ
pod različitim zakonima o kontroli
Najjednostavniji od ovih zakona je prvi: Ovaj zakon, kada se koristi inverter sa sinusoidnim PWM-om, implementiran je u gotovo sve poluvodičke pretvarače, koje proizvode brojne tvrtke i nude se na tržištu. Pogodnost ovog zakona leži u činjenici da električni pogon može raditi bez negativne povratne informacije o brzini i imati prirodnu krutost mehaničkih karakteristika u ograničenom rasponu kontrole brzine.
U električnim pogonima sa skalarnim upravljanjem, drugi odnosi između frekvencije i napona također se koriste za regulaciju ili stabilizaciju brzine. Izbor ovog omjera ovisi o momentu opterećenja i određuje se iz uvjeta za održavanje preopterećenja:
gdje M max je maksimalni moment kratkog spoja, Μ H - moment opterećenja na osovini stroja.
Zakon promjene napona i frekvencije koji zadovoljava zahtjev (6.15) pod pretpostavkom rs= 0, instalirano
M.P. Kostenko. Ovaj zakon ima formu
gdje U NOM,f NOM,Μ NOM - nominalne vrijednosti navedene u podacima o putovnici stroja.
Ako je zakon promjene momenta unaprijed poznat, tada se može odrediti potrebni omjer napona i frekvencije na izlazu pretvarača. Razmotrimo tri klasične vrste opterećenja na osovini stroja:
MH= const, ; P H = M H wm = const, ; . (6.16)
Pretvarači na tržištu često su dizajnirani da se rekonfiguriraju kako bi se prilagodili sva tri zakona. Električni pogonski krug koji provodi razmatrane zakone prikazan je na sl. 6.27. Funkcionalni pretvarač (FC) implementira jednu od ovisnosti (6.16), određene prirodom opterećenja. Poluvodički pretvarač (SC) uključuje autonomni pretvarač i njegov upravljački sustav, generator intenziteta (SI), kao što je već napomenuto, formira polako rastući ulazni signal. U tom slučaju, povećanje brzine u pogonu neće biti popraćeno intenzivnim fluktuacijama momenta i struje, koje se opažaju tijekom izravnog pokretanja.
Riža. 6.27. Funkcionalni dijagram otvorenog asinkronog
Za složenija opterećenja koriste se drugi zakoni skalarne regulacije koji se provode pomoću povratne sprege. O tim se zakonima raspravlja gore na temelju analize rada asinkronog stroja u ustaljenom stanju.
Razmotrimo još jedan skalarni zakon upravljanja koji se koristi u konstrukciji električnih pogona s autonomnim pretvaračima struje - to je zakon ψ R= konst.
Provedba ove ovisnosti u električnom pogonu prikazana je u funkcionalnom dijagramu (slika 6.28). Takvi se sustavi nazivaju frekvencijsko-strujni.
PP blok u sustavu može se implementirati na dva načina. U prvom slučaju (slika 6.28) sadrži kontrolirani ispravljač, serijski induktivni filtar i autonomni inverter. Treba naglasiti da induktivni filtar daje pretvaraču karakteristiku izvora struje. Takav izvor struje naziva se parametarski.
Riža. 6.28. Funkcionalni dijagram asinkronog
električni pogon sa skalarnim upravljanjem
6.2.2. Asinkroni električni pogoni
s vektorskom kontrolom
Na sl. 6.29 prikazuje strukturu AC pogona s vektorskim upravljanjem. Kao izvršni motor može se koristiti ili sinkroni motor s aktivnim magnetoelektričnim rotorom ili sinkroni reluktantni motor. Također je moguće koristiti ovu strukturu za upravljanje trofaznim komutiranim reluktantnim motorima s bipolarnim napajanjem, kao i koračnim motorima u načinu rada DC motora bez četkica.
Kao pretvarač snage koristi se inverter baziran na IGBT prekidačima ili inteligentnim energetskim modulima. Inverterski upravljački programi spojeni izravno na izlaze PWM generator mikrokontroler koji radi u modulacija širine impulsa baznog vektora(PWM vektorska modulacija), koja maksimizira iskorištenje napona istosmjerne veze i minimizira dinamičke gubitke u pretvaraču (u nastavku detaljnije).
Riža. 6.29. Strukturni dijagram pogona
AC vektorsko upravljanje
Struktura na sl. 6.29 pretpostavlja korištenje impulsnog enkodera za položaj rotora motora. Signali sa senzora se unose izravno u regulator i obrađuju u blok za procjenu položaja, koji se može implementirati na temelju posebnog perifernog uređaja - mjerač vremena s "kvadraturnim" načinom rada. Kod mehaničkog položaja rotora programski se pretvara u kod električnog položaja rotora unutar polne podjele stroja q. Za implementaciju jedinice za procjenu brzine mogu se koristiti ili posebni periferni uređaji mikrokontrolera, čiji se princip rada temelji na mjerenju vremenskog intervala u kojem motor može odraditi zadanu dionicu puta. (procjenitelji brzine), ili periferije opće namjene kao npr procesori događaja ili voditelji događaja. U potonjem slučaju, mjerač vremena koji radi u "kvadraturnom" načinu rada je osnova za jedan od kanala za usporedbu. Čim motor prijeđe navedenu udaljenost, doći će do prekida usporedbe. U servisnoj rutini za ovaj prekid, CPU će odrediti vremenski interval od prethodnog prekida i izračunati trenutnu brzinu pogona w. Poželjno je da mjerač vremena koji radi u "kvadraturnom" načinu omogućuje početnu inicijalizaciju u skladu s brojem oznaka po okretaju pulsnog enkodera, a također ima način za automatsko ispravljanje svog stanja pomoću referentnog enkodera. Procjenitelj brzine mora raditi s podesivom razlučivosti kako u smislu broja impulsa po razdoblju mjerenja brzine (od 1 do 255), tako i s podesivom razlučivosti u vremenu (maksimalna razlučivost 50 - 100 ns s rasponom podešavanja rezolucije od 1:128) . Ako su gore navedeni zahtjevi za periferne uređaje mikrokontrolera ispunjeni, tada će biti moguće izmjeriti brzinu u rasponu od najmanje 1:20000 s točnošću ne lošijom od 0,1%. Za mjerenje električnih varijabli mikrokontroler mora imati ugrađeni ADC s razlučivosti od najmanje 10 - 12 bita i vremenom pretvorbe od najmanje 5 - 10 µs. U pravilu je osam ADC kanala dovoljno za primanje ne samo povratnih signala fazne struje, već i povratnih signala napona i struje u istosmjernoj vezi, kao i vanjskih signala podešavanja. Dodatni analogni signali koriste se za implementaciju zaštite pretvarača i motora. Rad ADC-a bit će produktivniji ako mikrokontroler omogući automatsko skeniranje i pokretanje procesa pretvorbe. To se obično radi ili korištenjem zasebnog perifernog uređaja − periferni transakcijski procesor, ili korištenjem Način automatskog pokretanja ADC-a iz procesora događaja ili generatora PWM signala. Poželjno je da se barem dva analogna signala uzorkuju istovremeno.
U bloku vektorske PWM modulacije komponente vektora napona prvo se pretvaraju u polarni koordinatni sustav (g, r) povezan s uzdužnom osi rotora, a zatim, uzimajući u obzir trenutni položaj rotora q, radni sektor , određuju se unutarsektorski kut i komponente baznih vektora u apsolutnom koordinatnom sustavu pridruženom statoru. Formiraju se naponi primijenjeni na namote motora U a , U b , U c. Sve gore navedene koordinatne transformacije (prednje i inverzne Parkove i Clarkove transformacije) moraju se izvesti u stvarnom vremenu. Poželjno je da mikrokontroler koji se koristi za implementaciju sustava vektorskog upravljanja ima ugrađena knjižnica funkcija prilagođen za učinkovitu kontrolu motora, uključujući funkcije transformacije koordinata. Vrijeme implementacije svake od ovih funkcija ne bi smjelo prelaziti nekoliko mikrosekundi.
Posebnost vektorskog upravljačkog sustava za asinkrone motore je potreba za korištenjem dodatne računalne jedinice, koja procjenjuje trenutni kutni položaj vektora toka rotora. To se radi na temelju rješenja u stvarnom vremenu sustava diferencijalnih jednadžbi sastavljenih u skladu s matematičkim modelom motora. Naravno, takva operacija zahtijeva dodatne računalne resurse središnjeg procesora.
6.2.3. Ventil i beskontaktni
DC strojevi
Beskontaktni istosmjerni strojevi (BMPT) i strojevi s ventilima (VM) su sinkroni motor u zatvorenom sustavu (slika 6.30) koji se implementira pomoću senzora položaja rotora (RPS), koordinatnog pretvarača (PC) i energetskog poluvodičkog pretvarača (PSC). ).
Razlika između BMPT-a i VM-a je samo u načinu na koji se generira napon na izlazu energetskog poluvodičkog pretvarača. U prvom slučaju na namotima stroja nastaje impulsni napon (struja). U drugom slučaju na izlazu SPP-a nastaje sinusni ili kvazi-sinusoidni napon (struja).
Treba napomenuti da se BMPT-ovi razlikuju od koračnih strojeva po tome što su uključeni u zatvoreni sustav proizvodnje napona. U njima se napon formira ovisno o položaju rotora, a to je njihova temeljna razlika od stepenastih, u kojima položaj rotora ovisi o broju kontrolnih impulsa.
Riža. 6.30. Funkcionalni dijagram BMPT i VM
Histerezni i reluktancijski motori izdvajaju se u seriji sinkronih strojeva. Ovi se strojevi rijetko koriste u električnim pogonima.
Od svih vrsta sinkronih strojeva koji se razmatraju u kontroliranim sustavima, strojevi s ventilima smatraju se najperspektivnijim.
U brojnim primjenama, na primjer, za pogone s komutiranim reluktantnim i istosmjernim motorima bez četkica, sasvim je dovoljno održavati zadanu fiksnu razinu struje u namotu motora tijekom komutacijskog intervala. Struktura upravljačkog sustava primjetno je pojednostavljena. Posebnost kruga (slika 6.31) je da PWM generator pruža dvije funkcije odjednom: automatsko prebacivanje faza motora prema signalima senzora položaja i održavanje struje na danoj razini reguliranjem napona koji se primjenjuje na motor namota.
Prva funkcija se može implementirati automatski ako generator ima ugrađen izlazna upravljačka jedinica A koji prihvaća naredbe iz procesora događaja. Druga funkcija je tradicionalna i provodi se promjenom radnog ciklusa izlaznih PWM signala. Za procjenu položaja rotora motora može se koristiti ili enkoder Hallovog elementa ili skuplji pulsni enkoder. U prvom slučaju signali sa senzora položaja ulaze u mikrokontroler na ulazima moduli za hvatanje procesora događaja.
Izvršavanje svakog cjelobrojnog koraka od strane motora identificira procesor događaja i uzrokuje automatsko prebacivanje tipki pretvarača. Prekid koji se javlja svaki put kada se rub uhvati iz kodera koristi se za procjenu vremena između dva susjedna prebacivanja i, nadalje, brzine pogona. U drugom slučaju možete dobiti točnije informacije o trenutnom položaju rotora motora i njegovoj brzini, što može biti potrebno u pogonima s inteligentnom kontrolom komutacijskog kuta kao funkcije brzine. Dakle, punopravni sustavi upravljanja vektorskim pogonom izmjenične struje zahtijevaju za svoju implementaciju mikrokontrolere visokih performansi sa širokim rasponom gore navedenih ugrađenih perifernih uređaja koji omogućuju suradnju i zahtijevaju minimalne resurse središnjeg procesora za njegovo održavanje.
Riža. 6.31. Blok dijagram upravljačkog sustava
DC motor bez četkica
6.3. Energetski poluvodič
pretvarači u sustavu
automatizirani električni pogon
Energetski poluvodički pretvarači u sustavima automatizacije obavljaju funkciju regulacije brzine i zakretnog momenta elektromotora. Spojeni su između potrošača energije (obično elektromotora) i glavnog izvora napajanja (slika 6.32). Prema principu rada, pretvarači snage dijele se na sljedeće osnovne vrste:
kontrolirani ispravljači (HC), koji pretvaraju izmjenični, obično sinusni napon izvora napajanja konstantne frekvencije (obično industrijskog
f i = 50 Hz ili f i \u003d 400 Hz) i s konstantnom efektivnom vrijednošću (obično U i = 220 V ili U i = 360 V), u regulirani istosmjerni izlazni napon ( U P =
var, f n = 0).
pretvarači širine impulsa (PWM), koji pretvaraju istosmjerni napon napajanja
(U i =
const, f i = 0) u konstantni regulirani istosmjerni napon na izlazu ( U P =
var, f n = 0).
autonomni pretvarači (AI), koji pretvaraju istosmjerni napon napajanja ( U i = const, f i = 0) u izmjenični napon na izlazu s podesivom efektivnom vrijednošću i podesivom frekvencijom ( U n = var, f n = var).
pretvarači izravnih frekvencija (NPC) pretvoriti izmjenični, obično sinusoidni, napon konstantne frekvencije ( f i = 400 Hz ili f u = 50 Hz) dc rms (obično 220 V) u AC izlazni napon s podesivim efektivnim vrijednostima i podesivom frekvencijom ( U P = var, f P = var).
Riža. 6.32. Osnovni načini korištenja energetskih pretvarača
Treba napomenuti da su ovdje stalna naprezanja ( f= 0) karakteriziraju prosječne vrijednosti U i.sr., U n.sr, i varijable ( f¹ 0) – efektivne vrijednosti ( U i, U P).
Tako se energetski pretvarači UV, SHIP mogu koristiti za upravljanje (napon, struja, snaga) istosmjernih potrošača. Štoviše, potonji mogu biti ne samo električni motori, već i potrošači s aktivnim (otpornim) opterećenjem (takvi se pretvarači snage koriste u reguliranim izvorima napajanja). Ako je izvor napajanja AC, tada se može koristiti ili HC ili kombinacija ispravljača i PWM-a.
Za AC potrošače (koji je najčešće AC stroj) koristi se AI, a kada se napaja iz AC izvora, NFC, ili kombinacija UV i AI, ili ispravljač i AI.
6.3.1. Kontrolirani ispravljači
Izvor energije za kontrolirane ispravljače je mreža izmjenične struje. Princip upravljanja je da se tijekom pozitivnog poluperioda napona napajanja elektronski ključ (obično tiristor) otvara i dovodi napon potrošaču samo dio tog poluperioda. Napon i struja na izlazu kontroliranog ispravljača sadrže konstantne i promjenjive komponente. Promjenom trenutka (faze) otvaranja elektroničkog ključa mijenja se prosječna vrijednost napona na ulazu potrošača energije. Kontrolirani ispravljači najčešće se koriste za pogon istosmjernog motora kroz armaturni krug.
Postoji veliki broj različitih shema kontroliranih ispravljača. Prema principu rada i konstrukcije mogu se podijeliti u dvije skupine: poluvalni (krugovi s neutralnom žicom), u kojima se koristi samo jedan poluval mrežnog napona, i dvopolovinski (most krugova), gdje se koriste oba poluvala izmjeničnog mrežnog napona.
Razmotrimo rad najjednostavnijeg punovalnog tiristorskog kruga s čisto aktivnim opterećenjem R n (slika 6.33).
Na izvor sinusnog mrežnog napona U a s amplitudom n kroz tiristorski most
VS1 – VS4. Dijagonalni tiristori VS1, VS4 i VS2, VS3 otvorene u parovima, naizmjence u trenutku određenog kutom otvaranja a.
U intervalu α < w t< Na opterećenje se primjenjuje napon od 180° U P =U m grijeh w t.Na sl. 6.35 krivulja napona opterećenja zasjenjena je tamnom bojom.
Budući da je opterećenje aktivno (otporno), krivulja struje prati krivulju napona. U vrijeme w t = 180° struja se smanjuje na nulu i odgovarajući par dijagonalnih tiristora se zatvara. Ovaj postupak se ponavlja svakih pola ciklusa. Tiristori se kontroliraju kratkotrajnim impulsima s prilično strmim prednjim rubom, što smanjuje gubitak snage u tiristoru kada je uključen, a posljedično i njegovo zagrijavanje.
Razmatrana metoda upravljanja fazom može se implementirati pomoću metoda pomaka faze, od kojih je jedna vertikalna metoda upravljanja koja se temelji na usporedbi referentnog napona (obično pilastog) i konstantnog napona kontrolnog signala. Jednakost trenutnih vrijednosti ovih napona određuje fazu a, u kojoj krug generira impuls, koji se zatim pojačava i dovodi do upravljačke elektrode tiristora. Promjena faze a upravljačkog impulsa postiže se promjenom naponske razine upravljačkog signala U pr. Funkcionalni upravljački dijagram prikazan je na sl. 6.34. Referentni napon koji generira pilasti generator napona GPN-a i sinkroniziran s mrežnim naponom pomoću uređaja za sinkronizaciju SU dovodi se u usporedni krug CC, koji istovremeno prima ulazni napon (kontrolni signal). Signal iz kruga za usporedbu dovodi se do oblikovača impulsa (FI), zatim do razdjelnika impulsa (RI), do pojačala snage (U), odakle se dovodi do kontrolne elektrode u obliku snažnog, strmog -bridni i fazno kontrolirani impuls.
MINISTARSTVO OBRAZOVANJA I ZNANOSTI
RUSKA FEDERACIJA
FEDERALNA AGENCIJA ZA OBRAZOVANJE
DRŽAVNA OBRAZOVNA USTANOVA
VISOKO STRUČNO OBRAZOVANJE
UFIMSKY DRŽAVNO ULJE
TEHNIČKO SVEUČILIŠTE
V.I.BABAKIN
Tečaj predavanja iz discipline:
„Automatski električni pogon standarda
proizvodnih mehanizama i tehnoloških
kompleksi."
2. dio.
Ufa 2007
1.AED s asinkronim motorom 4
1.1AEP s IM s reostatskom kontrolom 4
1.2AEP s AKZD s podesivim naponom koji se dovodi na stator AD 5
2. Trenutno stanje AED-a s AC motorima 7
2.1 Problemi sinteze i kontrole AED 7
3. Automatizirani asinkroni električni pogon koji koristi sinkroni
Pretvarači frekvencije električnih strojeva 9
4. Automatizirani asinkroni električni pogon pomoću asinkronog
Pretvarači frekvencije električnih strojeva 11
5.Automatski električni pogon s AC motorom sa statičkim pretvaračima frekvencije (SFC) 11
5.1 Pretvarač frekvencije s istosmjernom vezom 12
13
7. AEPT s PE koji ima kontrolirani ispravljač u strukturi………………………… .14
8. Kontrola brzine u AED-u s FC s UV………………………………………………… ...17
9. Počnite u AED s FC sa SW…………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………
10. Kočenje u AED-u sa SW-om………………………………………………………………………..19
10.1.Snažno kočenje unatrag (RT)…………………………………………………………… ..19
10.2.Dinamičko kočenje……………………………………………………………………………… 19
10.3. Obrnuto …………………………………………………………………………………………………. ..20
11. Prednosti i nedostaci AED-a s FC sa SW………………………………………………………… .20
12. Automatizirani električni pogon pomoću invertera sa WIDE……………………….20
13. Regulacija brzine, startno kočenje u AED sa WID…………………………… ...21
13.1 Kontrola brzine u AED-u s WID-om…………………………………………………………… …21
13.2 Pokretanje u AED-u sa SHIRD-om………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………
13.3 Kočenje u AED-u s SHIR-om……………………………………………………………………………… 22
14 Automatizirani električni pogon pomoću PWM pretvarača……………………………….22
15 Princip rada pretvarača s PWM-om…………………………………………………………………………..23
16 Shematski dijagrami pretvarača s PWM-om……………………………………………………………24
17 FC s PWM baziranim na tiristorima koji se ne mogu zaključati……………………………………………..25
18 Elementna baza suvremenih frekventnih pretvarača………………………………26
18.1 Filtri za napajanje…………………………………………………………………………………………27
18.2 Karakteristike modernih moćnih prekidača za napajanje s dvostranim hladnjakom
19 Glavne sheme pretvarača na bazi IGBT tranzistora………………………………………………29
20 Kontrola brzine u AED-u s FC s PWM-om……………………………………………….29
21 Počevši od AED-a s FC s PWM-om………………………………………………………………………………..29
22 Kočenje u AED-u s PWM pretvaračem………………………………………………………… .29
23 Hitni načini rada u AED-u s FC s PWM-om………………………………………………………29
24 Utjecaj duljine montažnog kabela na prenapon na stezaljkama motora……….30
25 Načela i osnove vektorskog upravljanja…………………………………………………………34
26 Realizacija vektorskog upravljanja……………………………………………………………………..36
27 Automatizirani AC električni pogon s izravnom pretvorbom
Frekventna lopatica (LFC)…………………………………………………………………… ..38
28 Automatizirani pogon izmjenične struje u kaskadnim krugovima………….40
29 Automatizirani električni pogoni s kaskadama elektromotora………………………………………………………………………………………………………… 42
30 Automatizirani električni pogoni s kaskadama elektromehaničkih elektrostrojeva………………………………………………………………………………………………………..43
31 Automatizirani električni pogoni s asinkronim ventilskim stupnjevima (AVK).44
32 Automatizirani AC pogoni sa strojevima s dvostrukim napajanjem
Niya…………………………………………………………………………………………………………. .45
33 Automatizirani pogoni izmjenične struje sa strojevima s dvostrukom snagom u sinkronom načinu rada……………………………………………………………………… 46
34 Automatizirani AC pogoni sa strojevima s dvostrukim napajanjem
Niya u asinkronom načinu rada………………………………………………………………………..48
35 Automatizirani AC električni pogoni s motorom bez četkica …50
36 Automatizirani servo pogoni izmjenične struje……… …….52
1. AED s asinkronim motorom
1.1 AED s IM s reostatskom regulacijom.
Ove sheme se koriste za IM s faznim rotorom.
Princip rada: Promjenom aktivnog otpora kruga rotora utječemo na klizanje, a mijenjamo kutnu brzinu. 
Jedan od najvažnijih pokazatelja kvalitete regulacije je glatkoća. U ovom slučaju, to ovisi o broju koraka dodatnog otpora uvedenog u krug rotora, koji je, pak, ograničen standardnom upravljačkom opremom pomoću krugova relej-kontaktora. Povećanje broja stupnjeva dovest će do povećanja broja releja i kontakata, što će zauzvrat dovesti do smanjenja brzine i pouzdanosti sustava u cjelini. Osim toga, takvi električni pogoni imaju niske energetske performanse, nisku učinkovitost u području duboke regulacije, uz značajno povećanje dodatnog otpora, krutost karakteristike naglo se smanjuje, što će utjecati na stabilnost električnog pogona.
Kako bi se povećala glatkoća regulacije, koristi se pulsna parametarska regulacija. Bit ove metode leži u naizmjeničnom uvođenju i uklanjanju dodatnog otpora u krugu rotora, dok je prosječna vrijednost jednaka:
gdje je t 1 - trajanje zatvorenog stanja ključa;
T 2 - trajanje otvorenog stanja ključa.
sl.2
ω će se glatko mijenjati u prolazu između dvije granične karakteristike ε=1 i ε=0
Raspon kontrole brzine u EA s kontrolom reostata ograničen je na:
Veliki gubici snage (niska učinkovitost)
Niska stabilnost (D=1,5÷1).
Princip rada takvih električnih pogona je da kada se napon koji se dovodi na stator smanji proporcionalno kvadratu napona, elektromagnetski moment se smanjuje, a brzina vrtnje ω smanjuje.
Regulacija se provodi pomoću regulatora napona uključenih u krug statora. Postoje dvije vrste regulacije:
impuls;
stalan.
Donedavno su se uglavnom koristile metode impulsne kontrole.
Najjednostavniji dijagram impulsnog upravljanja: 
sl.3
U ovom slučaju, učestalost zatvaranja i otvaranja je razmjerna učestalosti mreže f
≤ 200 Hz. Kada se radni ciklus upravljačkih impulsa promijeni, efektivna vrijednost napona se mijenja: 
Kada je ε=1, motor radi na prirodnoj mehaničkoj karakteristici, dok su ključevi K stalno zatvoreni. Kako ε opada, kutna brzina se smanjuje. U tom slučaju, kritični moment M CR se smanjuje, kao rezultat, smanjenje kapaciteta preopterećenja (krutosti) radnog dijela mehaničke karakteristike. Pri malim vrijednostima radnog ciklusa, tj. pri malim brzinama pogon je nestabilan.
nedostaci:
Niske energetske performanse, koje su povezane s povećanjem napona i brzine, kao i s prijelaznim elektromagnetskim procesima uzrokovanim uključivanjem i isključivanjem namota statora motora.
Takvi električni pogoni mogu raditi samo u kontinuiranom načinu rada, jer. ne osiguravaju kratkotrajno pokretanje i zaustavljanje motora.
KN se uključuje u intervalima isključenog stanja tipki KV, na ε=0 impulsa koji upravljaju tipkama KV. EA će raditi u režimu kočenja protiv prekidača. Obitelj mehaničkih karakteristika u takvom EA bit će čvršća u radnom dijelu (preopterećenje je manje).
Razlika između mehaničkih karakteristika u impulsnoj regulaciji napona i impulsnoj izmjeni faza (u radnom dijelu električni pogon radi stabilnije). Pri vrlo malim vrijednostima ε karakteristike prelaze u područje kočenja protuožičenjem, što omogućuje brzo zaustavljanje motora. Takvi električni pogoni su za povremene načine rada, ali ti električni pogoni imaju još niže energetske performanse, tk. nametanje motora i načina kočenja uzrokuje gotovo kontinuirane elektromagnetske prijelazne pojave, praćene velikim gubicima snage.
nedostaci:
Smanjenje napona napajanja pri konstantnoj snazi na osovini motora dovest će do smanjenja napona na stezaljkama rotora, povećanja struje rotora, smanjenja faktora snage motora i smanjenja učinkovitosti.
Pokazatelji kvalitete:
Niska energetska učinkovitost;
Niska stabilnost regulacije:
Raspon upravljanja D=1,5÷1;
Glatkoća je visoka;
Smjer jedne veze "dolje";
Trenutno se široko koriste EP s kontinuiranom regulacijom napona:
RN-AD;
TRN-AD.
Nedavno su takvi električni pogoni dobili nerazumno široko oglašavanje. Predlaže se da se koriste za mehanizme koji rade u ponovljenom kratkotrajnom načinu rada. Regulacija ω u TRN-IM sustavu provodi se promjenom napona na terminalu statora promjenom kuta paljenja tiristora. sl.5
^
Prednosti EP prema TRN-AD sustavu:
Što se tiče početnih troškova, to je 30-40% jeftinije od EP-a s frekventnim pretvaračem; troškovi održavanja smanjuju se za 20-50%.
^ Nedostaci EP prema TRN-AD sustavu: Nisko područje upravljanja D=2÷1.
Taj se nedostatak donekle može otkloniti korištenjem AED-a s podesivim EMF-om u namotu statora, t.j. ne regulacija napona, nego EMF.
^ 2. Trenutno stanje AED-a s AC motorima.
2.1 Problemi sinteze i kontrole AED-a.
Kontrolni objekt -
ED (elektromehanički pretvarač);
SP (energetski električni pretvarač);
IP (mjerni pretvarač).
1) ED(elektromehanički pretvarač).
Najšira klasa elektromotora koji se koriste u modernom elektromotoru AKZD za opće industrijske namjene. Ovi motori su dizajnirani za korištenje u pogonima s promjenjivom brzinom, za izravnu vezu s industrijskom mrežom. U osnovi, promjene u ovom području su u prirodi nekih poboljšanja dizajna elektromotora. Razvijaju se i masovno se proizvode posebne modifikacije AKZD-a, namijenjene za korištenje u frekventno kontroliranom električnom pogonu (Siemens, AKZD se razvija i serijski proizvodi pet godina za korištenje na niskim i visokim frekvencijama napajanja od 500-1000 Hz ). Osim toga, dolazi do povećanja proizvodnje LED dioda s pobudom iz trajnih magneta (beskontaktno). Ovi elektromotori imaju poboljšane pokazatelje težine, veličine i cijene, a nisu inferiorni u pogledu tehničkih i energetskih pokazatelja. Među obećavajućim EM-ovima je induktorski motor, koji, prema riječima programera, ima mnogo bolje tehničke i energetske karakteristike i zahtijeva vrlo jednostavan pretvarač snage (cijena električnog pogona je znatno niža). Sinkroni reluktantni elektromotor ima pokazatelje težine i veličine koji se nalaze u intervalu između IM i SM, a ujedno i znatno veću energetsku učinkovitost uz znatno nižu cijenu.
2) SP(energetski električni pretvarač);
U području SP-a u električnom pogonu s istosmjernim motorima trenutno se uglavnom koriste pretvarači sa strukturom ispravljača - AVI. Štoviše, ako prije 2000. zahtjevi za kvalitetu ispravljanja nisu bili regulirani, sada se pojavio niz regulatornih dokumenata koji strogo reguliraju prisutnost ispravljačkih uređaja u strukturi zajedničkog pothvata. To su standardi IEEE-519, IEC555 - integracijski standardi; GOST 13109. Za poboljšanje pokazatelja kvalitete suvremenih zajedničkih pothvata, posebno za poboljšanje kvalitete potrošnje energije, naime, za povećanje faktora snage, trenutno se koriste ispravljači na potpuno kontroliranim prekidačima snage sa stabilizacijom izlaznog napona. Sklopovi s dodatnom induktivnošću, sklopovi s prekidačem ulaznog ključa implementirani su pomoću pametne tehnologije. Međutim, čini se da su SP-ovi s nekontroliranim ispravljačima učinkovitiji i jeftiniji. JV trenutno koristi modernu bazu koja koristi moderne elektroničke uređaje kao što su MGT ili IGST tiristori, kao i potpuno kontrolirani IGBT tranzistori. Osim toga, trenutno se razvijaju tranzistori s naponom razlučivosti od 6-10 kV.
Trenutno, najperspektivniji način rada SP-a je visokofrekventni PWM način rada s frekvencijom modulacije od 20 kHz i vektorskom kontrolom (utjecaj kroz komponentu struje statora koja stvara moment i tvori tok). Ovaj način rada je najpovoljniji za motore s nazivnom frekvencijom od 500-1000 Hz. u ovom slučaju, problem usklađivanja frekvencije modulacije s frekvencijom napona koji napaja motor je puno lakše riješen. Trenutačno obećavajući tip zajedničkog ulaganja je i NFC, koji ima matričnu strukturu s matričnim sustavom upravljanja. Prednost takvih pretvarača je odsutnost reaktivnih elemenata, t.j. kapacitivnosti i induktivnosti u strujnom krugu, gotovo sinusni oblik izlaznog napona i struje, kao i sposobnost rada u vodećem cosφ modu.
3) IP(mjerni pretvarač).
Tradicionalno poznata sredstva trenutno se koriste kao primarni mjerači, koji uključuju komercijalno dostupne senzore struje i napona, Hallove senzore, tahogeneratore, fotopulse i senzore pomaka i položaja koda, elektromagnetske revolvere, selsyne itd. Volumen korištenja takvih modernih senzora kao što je kapacitivni, laser praktički je jednak nuli. Najperspektivniji tip IP-a su neizravni mjerači, u kojima se, na temelju lako mjerljivih parametara, kao što su aktivni i induktivni otpor motora, brzina i položaj rotora, itd. Kod korištenja takvih mjernih sustava nema potrebe za korištenjem velikog broja senzora, a posebno senzora brzine vrtnje. Takvi mjerni sustavi nazivaju se bez senzora.
^
Zadaci upravljanja električnim pogonom:
Najčešći tip problema upravljanja je problem izravne kontrole brzine rotacije EA. Osim toga, postoje posebno kontrolirani pogoni koji obavljaju zadaće regulacije elektromagnetskog momenta, snage, ubrzanja, regulacije položaja rotora, te regulacije bilo kojeg tehnološkog parametra. Osim toga, postoje zadaci stabilizacije, praćenja, pozicioniranja, osiguravanja nepromjenjivosti (je osiguravanje neovisnosti ili slabe ovisnosti o nekontroliranim smetnjama), osiguravanja autonomije (osiguranje neovisnosti bilo kojeg parametra objekta od drugih parametara).
Sinteza upravljanja ED svodi se na pronalaženje dovoljno uvjetovanog ED modela, koji je trenutno u većini slučajeva sustav Kirchhoffovih jednadžbi prema drugom Eleovom zakonu elektromagnetskih krugova ED i SP. Obično se ove jednadžbe pišu za ekvivalentni dvofazni stroj, kao i sustav Newtonovih jednadžbi za mehaničke krugove EP-a.
Glavni problem pri izradi EP modela:
Obračun zasićenja magnetskog kruga motora;
Obračun elastičnih mehaničkih veza;
Računovodstvo nelinearnih odnosa.
AED s električnim strojem FC imaju važnu prednost: kompatibilnost s elektroenergetskim sustavom, t.j. nemojte zagađivati mrežu.
Postoje dvije vrste električnih pretvarača:
Sinkroni IF elektrostroja (EMSPCh);
Elektrostroj asinkroni FC (EMASCH).
AED s elektrostrojnim SFC.
Glavni element takvog sustava je trofazni sinkroni generator koji je po snazi usklađen s pogonom AD. U tom slučaju izlazni napon i frekvencija određuju se kutnom brzinom osovine generatora i veličinom magnetskog toka uzbude. Kada se brzina promijeni, mijenja se i izlazni napon. Uzmemo li napon na stezaljkama faze statorskog namota, očito je da kada F=konst s povećanjem brzine vrtnje osovine, istodobno s povećanjem frekvencije, također će se povećati efektivna vrijednost izlaznog napona. U ovom slučaju može se primijeniti samo zakon o proporcionalnoj kontroli.
sl.6
PC uključuje:
Glavna veza je trofazni sinkroni generator (G2);
DPT NV (D2) izlaz G-D sustava spojen je pomoću osovine na SG;
Pomoćni pogonski motor AKZ (D1) s nereguliranom brzinom.
Pokazatelji kvalitete:
Niska učinkovitost, visoka cosφ;
P postavljen min = 400%
Prednosti AED-a s ESCH-om:
Jednostavnost kontrola.
Nedostaci AED-a s ESCH:
Niska učinkovitost;
Sposobnost reguliranja samo prema proporcionalnom zakonu.
^
4. Automatizirani asinkroni električni pogon pomoću frekventnih pretvarača asinkronih električnih strojeva.
Glavni element takvog sustava je trofazni asinkroni generator koji je po snazi usklađen s pogonom AD.
sl.7
Pokazatelji kvalitete:
Dvozonska regulacija, glatka, stabilna;
Niska učinkovitost, visoka cosφ;
P usta min = 200-400%
Prednosti AED-a s ESCH-om:
Nema negativnog utjecaja na mrežu;
Jednostavnost kontrola.
Nedostaci AED-a s ESCH:
Niska učinkovitost;
Prisutnost velikog broja rotirajućih dijelova;
Nezadovoljavajući pokazatelji težine i veličine;
Sposobnost reguliranja bilo kojeg zakona.
Potreba za autotransformatorima.
Trenutno je SFC najrašireniji i najperspektivniji tip frekventnog pretvarača kao dio automatiziranog električnog pogona s AC motorom.
HRC se klasificira prema sljedećim kriterijima:
Prema strukturi pretvorbe energije.
FH s izravnom pretvorbom.
SFC s istosmjernom vezom.
Po vrsti pretvarači se dijele na:
FC s mrežnim pretvaračima.
FC s autonomnim pretvaračem
AKO s AIN-om
FC s AIT-om
AI inverter s naizmjeničnim prebacivanjem (parcijalni pretvarač napona)
AI inverter s pojedinačnim prebacivanjem (naponski kontrolirani inverter)
^
5.1 Pretvarač frekvencije s istosmjernom vezom
Trenutno je ovaj tip frekventnih pretvarača najrašireniji tip, a za razliku od NP+Ch, isporučuje se kao samostalni element elektromotornog pogona.
sl.8
Gdje je U 1 trofazni izmjenični napon s konstantnom amplitudom.
P 1 - kontrolirani ili nekontrolirani ispravljač, koji je dizajniran za pretvaranje ulaznog sinusoidnog napona u izlazni konstantni (pulsirajući) napon.
F - filter struje ili napona dizajniran je da izgladi mreškanje iz izlaza ispravljača.
P 2 je autonomni pretvarač struje ili napona, dizajniran za pretvaranje uglađene istosmjerne struje ili napona u trofazni izmjenični.
M - trofazni AC motor s kaveznim rotorom.
U predloženom blok dijagramu blok P1 može raditi u kontroliranom i neupravljanom načinu rada. U ovom slučaju, u prvom slučaju, AI obavlja funkcije promjene samo izlazne frekvencije pretvarača, a funkcije utjecaja na amplitudu izlaznog napona obavlja ispravljač. U drugom slučaju, AI obavlja funkcije promjene izlazne frekvencije i efektivne vrijednosti izlaznog napona.
HC opcija ima neospornu prednost, koja se sastoji u značajnom pojednostavljenju upravljačkog sustava, unatoč prisutnosti CU. U tom je slučaju cijeli sustav znatno jeftiniji.
U slučaju NN izvedbe značajno je poboljšana kompatibilnost cijelog sustava s električnom mrežom. Međutim, u ovom slučaju, shema upravljanja postaje mnogo kompliciranija i, sukladno tome, cijeli sustav postaje puno skuplji.
^
6. Autonomni pretvarači (AI).
Prema stupnju upravljivosti, AI se dijele na:
AI s naizmjeničnim prebacivanjem.
AI s individualnim prebacivanjem.
Razmotrimo princip rada naizmjeničnog MT-a na primjeru jednofaznog MT-a u kojem su prekidači za napajanje zaključani pomoću sklopnog kondenzatora.
T 
1, T2 - radni tiristori
Neka je u trenutku t = 0 T2 otvoren, T1 zatvoren; ulazni napon se primjenjuje na Rn2, nakon vremenskog perioda koji je jednak razdoblju prebacivanja T2, impuls za otključavanje se primjenjuje na T1. U tom slučaju se ulazni napon primjenjuje na Rn1, a kroz otvoreni krug T1, Rn1, Rn2 na T2 se primjenjuje obrnuti napon sa Sk, zbog čega je T2 zaključan itd. Razdoblje uključivanja je trajanje otvaranja ključa.
Prema obliku izlaznog napona i struje, Ai se dijeli na: U AIT-u oblik izlaznog napona ovisi i o slijedu i trajanju sklopki snage i o prirodi opterećenja i obliku izlaza struja ovisi samo o slijedu i trajanju uklopnih prekidača snage.
Za AIP oblik izlazne struje ovisi kako o redoslijedu i trajanju uključivanja prekidača snage tako i o prirodi opterećenja, a oblik izlaznog napona ovisi samo o redoslijedu i trajanju uključivanja prekidača snage.
Vanjska razlika između AIT-a i AIP-a: AIT ima ulazni L - filtar i ulazni L ili LC filtar. Osim toga, ako se u krugu pretvarača koriste ne potpuno kontrolirani prekidači napajanja, tada postoji jedan kondenzator za svaku fazu AIT-a, a AIP ima jedan sklopni kondenzator za svaki prekidač za napajanje.
Razmotrimo rad jednofaznog AIT-a.
T1, T3 - prekidači za napajanje anodne skupine
T2, T4 - prekidači za napajanje katodne skupine
C K - sklopni kondenzator
L je ulazni filtar.
U prvom trenutku vremena dvije su poprečne sklopke snage u otvorenom stanju - prva iz anodne skupine, druga iz katodne skupine. U trenutku otključavanja druga dva ključa za napajanje, prva dva su zaključana i tako dalje. U tom slučaju, ako su tipke T3 i T2 otvorene, kondenzator se puni u smjeru naprijed, s otvorenim tipkama T1 i T4, kondenzator se puni u suprotnom smjeru.
sl.11
U trenutku t = 0, impuls za otključavanje se primjenjuje na T1 i T4. kondenzator Ck je u ovom trenutku prethodno napunjen, a kada se T1 i T4 otvore, on se isprazni na T3 i T2 u smjeru negativnog polariteta, čime se T3 i T2 zatvaraju. u sljedećem vremenskom razdoblju jednakom razdoblju prebacivanja T1 i T4, struja kroz otpor opterećenja će teći u pozitivnom smjeru. Nakon nekog vremena kondenzator se puni u suprotnom smjeru. U ovom trenutku na T3 i T2 se primjenjuje impuls za otključavanje, kondenzator se prazni u smjeru negativnog polariteta, zaključava T1 i T4, struja teče kroz T4, Zn i otvoreni T2 i imat će negativan smjer.
^
7. AEPT s izvanrednim stanjem koji u svojoj strukturi ima kontrolirani ispravljač.
Trenutno postoji tendencija proširenja opsega primjene kontroliranih ispravljača u FC strukturi, posebno u onim elektromotornim pogonima koji zbog tehnoloških uvjeta trebaju često kočenje (tj. za električni pogon koji radi u S5 isprekidanom način rada). To je zbog činjenice da SW ima tako važno svojstvo kao što je bilateralna vodljivost. To omogućuje korištenje takve energetski učinkovite vrste kočenja kao regenerativnog. Ali negativna svojstva ugljikovodika ne mogu se potpuno eliminirati. Trenutno se koriste pretvarači koji sadrže dva ulazna bloka: prvi je nekontrolirani ispravljač uključen u rad pogona u motornom načinu rada; drugi je SW uključen u rad pretvarača u načinu kočenja.
Razmotrimo shemu i princip rada pretvarača s tiristorom SW i tiristorom AIT, u kojem se prebacivanje prekidača za napajanje provodi pomoću sklopnih kondenzatora.
-
sl.12
Ulazna jedinica pretvarača je SW izgrađen prema šestotaktnom mostnom trofaznom ispravljačkom krugu. Glavna funkcija SW-a, osim ispravljanja, je i regulacija efektivne vrijednosti izlaznog napona pretvarača. Da bi se izgladilo mreškanje izlazne struje ispravljača, koristi se serijski L-filtar.
AIT se sastoji od šest prekidača za napajanje, od kojih tri T1, T3, T5 imaju zajedničku anodu i čine anodnu skupinu; ostala tri T2, T4, T6 imaju zajedničku katodu i čine katodnu skupinu. Princip rada AIT-a temelji se na činjenici da se u prvom trenutku nalaze dva poprečna prekidača snage u otvorenom stanju: jedan iz anodne skupine, drugi iz katodne skupine. Otključavanje ključeva za napajanje vrši se u trenutku isporuke kontrolnih impulsa iz BUI (višekanalni upravljački sustav). U ovom slučaju slijed primjene impulsa na svaki ventil odgovara njihovom serijskom broju. Zaključavanje prekidača za napajanje se provodi kada se bilo koji od tri kondenzatora isprazni u smjeru negativnog polariteta i također odgovara redoslijedu izmjenjivanja brojeva prekidača napajanja.
Na izlaznoj frekvenciji f 2
= 50Hz pretvarač radi u sljedećem načinu rada: razmak između dva susjedna upravljačka impulsa je 
, trajanje otvaranja svakog ključa bit će 120 0 . U tom slučaju kondenzatori za blokiranje C1, C2, C3 moraju imati takav kapacitet da vrijeme jednako 60 0 zadrži naboj potreban za zaključavanje sljedećeg ključa.
Prikazat ćemo rad pretvarača pomoću dijagrama:
Struja iz izlaza ispravljača ima idealan ispravljeni oblik.
Smjer struja u fazama montažnog kabela inverter-motor
od P do D - pozitivno.
od D do P - negativno.
sl.13 1. t = 0 Otvori T1, T6. Struja strujnog kruga teče kroz prekidač za napajanje T1 faza A kabela i vraća se u fazu C kroz otvoreni T6. Istodobno, C3 se unaprijed puni, u vremenskom intervalu 0-60 0 C1 se puni, a C3 zadržava svoj naboj.
2. t = 60 0 Impuls za otključavanje se primjenjuje na T2. U isto vrijeme, C3 se ispušta u T6 i zaključava ga. U vremenskom intervalu 60 0 - 120 0 T1 i T2 su otvoreni. Struja teče kroz fazu A do motora i kroz fazu B od motora do pretvarača. . U tom vremenskom razdoblju, C2 se puni, C1 zadržava svoj naboj.
3. t = 120 0 Impuls za otključavanje primjenjuje se na T3. U ovom slučaju, C1 se ispušta u T1 i zaključava ga. U vremenskom intervalu 120 0 - 180 0 T2 i T3 su otvoreni. Struja teče kroz fazu B do motora, a kroz fazu C od motora do pretvarača. . U tom vremenskom razdoblju C3 se puni, C2 zadržava svoj naboj.
4. t = 180 0 Impuls za otključavanje primjenjuje se na T4. U tom slučaju, C2 se ispušta u T2 i zaključava ga. U vremenskom intervalu 180 0 - 240 0 T3 i T4 su otvoreni. Struja teče kroz fazu B do motora, a kroz fazu A od motora do pretvarača. . U tom vremenskom razdoblju C1 se puni, C3 zadržava svoj naboj.
5. t = 240 0 Impuls za otključavanje primjenjuje se na T5. Istodobno, C3 se ispušta u T3 i zaključava ga. U vremenskom intervalu 240 0 - 300 T4 i T5 su otvoreni. Struja teče kroz fazu C do motora i kroz fazu A od motora do pretvarača. . U tom vremenskom razdoblju, C2 se puni C1 čuva svoj naboj.
6. t = 300 0 Impuls za otključavanje se primjenjuje na T6. U tom slučaju, C1 se ispušta u T4 i zaključava ga. U vremenskom intervalu 300 0 - 360 T5 i T6 su otvoreni. Struja teče kroz fazu C do motora, a kroz fazu B od motora do pretvarača. . U tom vremenskom razdoblju, C3 se puni C2 čuva svoj naboj.
Za povećanje izlazne frekvencije potrebno je smanjiti interval između kontrolnih impulsa, za to povećavamo kontrolni kut β. U skladu s tim, s regulacijskim zakonom, efektivna vrijednost izlaznog napona će se mijenjati, posebno s proporcionalnim zakonom upravljanja, s povećanjem frekvencije, kut upravljanja ispravljača α će se smanjiti proporcionalno povećanju kuta β.
Značajan nedostatak razmatranog kruga je potreba za korištenjem kondenzatora velikog kapaciteta potrebnih za održavanje naboja u intervalu između dva uključivanja. Djelomično se riješite ovog nedostatka omogućuje korištenje AI s diodama za rezanje.
sl.14
Ovdje su granične diode D1, D3, D5 i D2, D4, D6 spojene serijski u katodni i anodni krug strujnih sklopki. Njihov je broj jednak broju ključeva. Ove diode sprječavaju pražnjenje kondenzatora tijekom perioda uključivanja ključa i zbog toga značajno poboljšavaju očitanja pretvarača.
^
8. Kontrola brzine u AED s FC sa SW.
U AED-u s frekventnim pretvaračem i koji ima kontrolirani ispravljač u strukturi, kontrola brzine ω provodi se u širokom rasponu, uz osiguravanje dovoljno kvalitetnih pokazatelja. Regulacija ω se provodi djelovanjem na AI uz pomoć BIM-a uz istovremeno djelovanje na SW uz pomoć BWM-a u skladu sa zakonom o regulaciji. U tom slučaju moguća je dvozonska regulacija. Međutim, za mehanizme s M C =
konst, a za mehanizme s linearnim povećanjem M S regulacija prema gore ograničena je na ono što je za to potrebno istodobno s povećanjem frekvencije u odnosu na f NE M, povećati napon. Kao rezultat, može doći do kvara izolacije. Podešavanje ω prema gore koristi se mnogo rjeđe nego u rasponu prema dolje i u malim prolazima.
U općem slučaju, obitelj kontrolnih karakteristika izgledat će ovako:
sl.15
Regulatorni pokazatelji kvalitete:
Stabilnost s regulacijom frekvencije je visoka. karakteristike u radnom dijelu imaju istu krutost.
Glatkoća je praktički neograničena.
Visoka učinkovitost, međutim, s dubokom regulacijom prema dolje od osnovne frekvencije, što zahtijeva značajno smanjenje kontrolnog kuta α ispravljača i, u ovom slučaju, faktor snage pogona u cjelini može biti vrlo nizak.
Regulacija se uglavnom provodi sa M C = konst na osovini motora.
Smjer je dvozonski, uglavnom se primjenjuje regulacija prema dolje.
Raspon upravljanja D=100÷1.
^
9. Počevši od AED s FC s UV.
Start počinje pri smanjenom naponu i na minimalnoj frekvenciji, što u skladu s tim osigurava da nema udarne struje ili minimiziranja struje te istodobno visoke startne momente. U tom slučaju pretvarač radi s dugim periodima uključivanja prekidača za napajanje, a SW s kontrolnim kutom α = P/2. Energetska učinkovitost pokretanja u takvom sustavu je smanjena zbog činjenice da na početku pokretanja pogon troši veliku količinu reaktivne komponente.
sl.16
P=Mω
N.I. Usenkov. Električni
sky drive N.I. Usenkov. Električni
sky drive N.I. Usenkov. Električni
sky drive N.I. Usenkov. Električni
sky drive
Uvod
1.1. Definicija pojma „Električnipogonska jedinica"
električni pogon
je kontrolirana elektromehanička
sustav. Njegova je svrha pretvaranje električne energije
u mehanički i obrnuto te upravljati ovim procesom.
Električni pogon ima dva kanala - snagu i informaciju
(slika
1.1).
Po
prvi
kanal
transportiran
kabriolet
energija, kroz drugi kanal se provodi
upravljanje protokom energije, kao i prikupljanje i obrada informacija o
stanje i funkcioniranje sustava, njegova dijagnostika
greške.
Kanal za napajanje sastoji se od dva dijela
električni i
mehanički i mora sadržavati
povezujuća poveznica
elektromehanički pretvarač.
N.I. Usenkov. Električni
sky drive
Slika 1.1. Opća struktura električnog pogona
automatizirani upravljački sustav više razineKanali povezivanja
IP
Mreža
EP
kanal
električni pogon
EMF
MP
Radnik
orgulje
Električni dio
Mehanički
Kanal napajanja električnog pogona
N.I. Usenkov. Električni
sky drive
Procesno postrojenje
Sustav
opskrba elektricnom energijom
Informativno U električnom dijelu energetskog kanala elektromotornog pogona
uključuje električne pretvarače EP, prijenos
električna energija iz IP izvora napajanja do
elektromehanički pretvarač EMF i obrnuto i
provođenje transformacije parametara električnog
energije.
Mehanički
dio
električni pogon
sastavljen
iz
pokretno tijelo elektromehaničkog pretvarača,
mehanički zupčanici MP i radno tijelo instalacije, u
u kojem se korisno ostvaruje mehanička energija.
električni pogon
stupa u interakciju
s
sustav
napajanje (ili izvor električne energije),
tehnološke instalacije i putem informacija
IP pretvarač s informacijskim sustavom više od
visoka razina.
Električni
pogonska jedinica
korišteni
u
Ekonomija.
širok
Širenje
električni pogon
N.I. Usenkov. Električni
uvjetovano
značajke
električni
energija:
sky drive Električni pogon jedan je od energetski najzahtjevnijih
potrošača i pretvarača energije. On konzumira
više od 60% sve proizvedene električne energije.
Električni
pogonska jedinica
širok
korišteni
u
industrije, prometa i komunalnih djelatnosti
Ekonomija.
Električni
pogonska jedinica
jedan
iz
najviše
energetski intenzivni potrošači i pretvarači energije.
Teorija
regulirano
električni pogon
primio
intenzivan razvoj zahvaljujući
poboljšanja
tradicionalno i stvaranje nove moći kontrolirano
poluvodički uređaji (diode, tranzistori i
tiristori), integrirani krugovi, razvoj digital
informacijske tehnologije i razvoja raznih
mikroprocesorski upravljački sustavi.
Vlasništvo
teorija
u
područja
regulirano
električni pogon
je
jedan
iz
najvažniji
komponenta stručnog usavršavanja specijalista
N.I. Usenkov. Električni
smjer "Elektrotehnika,
energije i tehnologije
sky drive
1.2. Sastav i funkcije elektromotornog pogona
Funkcijaelektrični
konverter
EP
sastavljen
u
pretvorba električne energije iz mreže C i
karakteriziran naponom Uc i strujom Ic mreže, u električnu
istu energiju koju motor zahtijeva i koju karakteriziraju količine
U, ja.
Pretvaračima se ne upravlja i njima se upravlja. Oni su
mogu imati jednostrani (ispravljači) ili dvostrani (s
dostupnost
dva
kompleti
ventili)
provodljivost,
Na
jednosmjerno provođenje pretvarača i obrnuto (od
opterećenje) protok energije koristi dodatni ključ
element na tranzistoru za "odvođenje" energije u načinu kočenja
električni pogon.
EMI elektromehanički pretvarač (motor), uvijek
prisutna u pogonu pretvara električnu
energije (U, I) u mehaničku energiju (M,ω).
Mehanički pretvarač MP (mjenjač): mjenjač, par
matica vijka, N.I.
blokovi,
Usenkov.radilica
Električni mehanizam radilice
Koordinirati
moment M i brzina ω motora s
sky drive Slika 1.2. Energetski kanal elektromotornog pogona
P2
P1
Mreža
ΔPs
ΔPe
Mi, ja s
∆Pr
ΔPm
ΔPem
U, ja
Mm, ω m
M, w
EMF
EP
Δ Pro
MP
∆Pr
N.I. Usenkov. Električni
sky drive
RO količine,
karakterizirajući
kabriolet
energija:
naponi, struje momenti (sile) brzine položaj osovine u
prostor nazivaju koordinate pogona.
Glavna funkcija aktuatora je kontrola
koordinate, odnosno u njihovom prisilnom smjeru
mijenjati u skladu sa zahtjevima tehnoloških
postupak.
Koordinate se moraju upravljati unutar,
dopušteno
strukture
elementi
električni pogon,
kako
osigurati pouzdanost sustava. Ovi dopušteni
granice su obično povezane s nazivnim vrijednostima koordinata,
osiguravajući optimalno korištenje opreme.
N.I. Usenkov. Električni
sky drive automatizirano
električni pogon
(AEP)
Ovaj
elektromehanički sustav koji se sastoji od električnih
EM stroj povezan mehaničkim prijenosom
PU s radnim mehanizmom RM, pretvarač snage SP,
SU upravljački sustav, BSU senzorska jedinica,
koji djeluju kao povratni senzori
glavni
varijable
Države
EP
(opcije:
položaj osovine radnog stroja, kutna brzina, moment,
struja motora) i opskrba napajanja
napajanje navedenih električnih uređaja.
Poluvodič
zajednički pothvat
poslužiti
za
usklađivanje
električni
parametrima
izvor
električni
energije
(napon,
frekvencija)
s
električni
parametri EM stroja i regulacija njegovih parametara
(brzina, napon i obrat rotacije
N.I. Usenkov. Električni
sky drive Slika 1.3. Blok dijagram automatiziranog
električni pogon
Izvor snage
Signal
zadataka
EM
SU
zajednički pothvat
BSU
PU
RM
EP informacijski kanal
Električni dio EP-a
N.I. Usenkov. Električni
sky drive
Mehanički dio EP-a Upravljački sustav je dizajniran za upravljanje
pretvarač snage i izgrađen je, u pravilu, na
čipovi ili mikroprocesor. Na ulazu u sustav
upravljanje
služio
signal
zadataka
i
signale
negativna povratna informacija od senzorske jedinice
uređaja.
Sustav
upravljanje,
u
usklađenost
s
algoritam ugrađen u njega, generira signale
upravljanje pretvaračem snage, upravljanje
električni stroj.
Najviše
savršen
električni pogon
je
automatizirano
električni pogon
podesiv
električni pogon
s
automatski
propis
varijable stanja.
N.I. Usenkov. Električni
sky drive Automatizirani električni pogon se dijeli na:
EP stabiliziran brzinom ili momentom;
Softverski kontrolirani EP koji se kreće
radni mehanizam u skladu s programom uključenim u signal
zadaci;
Follower EA, koji pomiče radni mehanizam
prema proizvoljno promjenjivom ulaznom signalu
Pozicijski
EP,
dizajniran
regulacija položaja radnog mehanizma
N.I. Usenkov. Električni
sky drive
za N.I. Usenkov. Električni
sky drive Električni pogon na bazi istosmjernih motora
Trenutno
korišteni
u
razne
industrije
industrija:
metalurgija,
inženjering,
kemijska, ugljena, obrada drveta itd.
Regulativa
kutni
ubrzati
motori
trajna
Trenutno
uzima
važno
mjesto
u
automatizirani električni pogon. Primjena sa
ova namjena tiristorskih pretvarača je
jedan od suvremenih načina stvaranja reguliranog
DC električni pogon.
N.I. Usenkov. Električni
sky drive Kontrolu brzine DPT-a s HB provode tri
načini:
1. Promjena napona na armaturi motora s konstantnom strujom u namotu
uzbuđenje;
2. Promjenom struje u uzbudnom namotu motora na konstantu
napon sidra;
3. Kombinirana promjena napona armature motora
uzbudni namot.
i struja u
Mijenja se napon armature motora ili struja u namotu polja
korištenjem kontroliranih ispravljača, od kojih je najveća primjena
dobio jednofazne i trofazne mosne ispravljače.
Prilikom upravljanja motorom kroz krug namota polja, kontrolirani
ispravljač je napravljen za manju snagu i ima bolje pokazatelje težine, veličine i cijene.
N.I. Usenkov. Električni
sky drive Međutim, zbog velike vremenske konstante
uzbudnih namota, električni pogon ima najgore
dinamičan
Svojstva
(je
manje
velike brzine) nego na krugu armature motora. Tako
put
izbor
lanci
upravljanje
odlučan
specifične zahtjeve za pogon.
Pri radu s proizvodnim mehanizmima
(npr. glavni i pomoćni mehanizmi
zupčanici u strojevima za obradu, kranski mehanizmi,
dizala) potrebno je promijeniti smjer vrtnje
motor
(shvatiti
obrnuto).
Promijeniti
smjerovi rotacije obično su popraćeni takvim
zahtjevi poput brzog (i u isto vrijeme glatko)
kočenje i glatko ubrzanje.
N.I. Usenkov. Električni
sky drive Može se postići preokret smjera vrtnje pogonskog motora
promjenom polariteta napona koji se dovodi na armaturu ili promjenom
smjer struje u uzbudnom namotu. U tu svrhu u sidrenom lancu odn
namoti uzbude ulaze u kontaktnu sklopku (reverser) ili
koriste se dva kontrolirana tiristorska pretvarača.
Strukturni dijagram reverzibilnog tiristorskog pretvarača s
kontaktni prekidač u krugu namota armature prikazan je na slici. NA
ovaj sklop, kao u većini pretvarača dizajniranih za
pogon, način ispravljanja izmjenjuje se s invertirajućim načinom rada.
Tako, na primjer, kada ubrzavate u start modu i stabilizirate ga
Uvjeti
podići
opterećenja
na
vratilo
motor
tiristor
pretvarač radi u načinu ispravljanja, opskrbljujući energiju
motor. Ako je potrebno, kočenje i naknadno zaustavljanje
dovod energije motora u njega iz mreže preko pretvarača
Stop,
N.I. Usenkov. Električni
sky drive prevođenje
motor u invertnom načinu rada.
DC stroj pod djelovanjem inercije
masa na svojoj osovini prelazi u generatorski mod,
vraćanje pohranjene energije kroz pretvarač
na AC mrežu (regenerativno kočenje).
Blok dijagram pretvarača unatrag
Mreža
380 V, 50 Hz
Usink
VS1
UZ1
VS6
SIFU
Uo.s
1
ID1
2
QS1
Uda
1
2
ID2
M1
LM1
N.I. Usenkov. Električni
sky drive
Uz.s N.I. Usenkov. Električni
sky drive
Tiristorski pretvarač-motorni sustav
Glavni tip pretvarača koji se koristi u reguliranimDC EP su poluvodički statički
pretvarači (tranzistor i tiristor). Oni predstavljaju
kontrolirani reverzni ili neokretni ispravljači,
prikupljeni na nuli ili mostu jednofazni ili trofazni
sheme. Tranzistori snage uglavnom se koriste za
pulsna regulacija napona u EP male snage.
Princip rada, svojstva i karakteristike TP - D sustava
Razmotrimo primjer kruga prikazanog na sl. 2.
N.I. Usenkov. Električni
sky drive à)
á)
~ U1
i1
T1
e2.1
VS1
Ud
+
M2
+
Ia1
iskaznica
Uo1
Uo
2
e2.2
LM
3
VS2
ja
0
L
1
Ia2
4
5
6
Uo2
Ñ È Ô Ó
UÑ
Slika
2
N.I. Usenkov.
Električni
sky drive
7
M Upravljani ispravljač (pretvarač) uključuje
odgovarajući transformator T, koji ima dva sekundarna namota,
dva tiristora VS1 i VS2, reaktor za zaglađivanje s
induktivitet L i pulsno-fazni sustav upravljanja
SIFU. Uzbudni namot OBM motora se napaja vlastitim snagama
izvor.
Ispravljač osigurava regulaciju napona uključen
motora mijenjanjem prosječne vrijednosti njegovog EMF EP. Ovo je
postiže se uz pomoć SIFU, koji se na signalu UU mijenja
kut upravljanja tiristora α (kut kašnjenja otvaranja
tiristori VS1 i VS2 u odnosu na trenutak kada je potencijal uključen
njihove anode postaju pozitivne u odnosu na
potencijal na katodi). Kada je α = 0, tj. tiristori VS1 i VS2
primati upravljačke impulse Uα od SIFU u određenom trenutku,
pretvarač vrši punovalno ispravljanje
a na armaturu motora se dovodi puni napon. Ako s
pomoću SIFU-a, dovod upravljačkih impulsa na tiristori VS1 i
VS2 se javlja s pomakom (kašnjenjem) za kut α ≠ 0, tada EMF
pretvarač smanjuje, a posljedično i smanjuje
prosječni napon doveden na motor.
N.I. Usenkov. Električni
sky drive Ovisnost prosječne vrijednosti EMF-a višefaznog pretvarača
iz kuta upravljanja tiristora a ima oblik:
(1)
ECP Emax m sin m cos ECP 0 cos
gdje je m broj faza;
E - amplituda vrijednost EMF pretvarača;
ESR0 - EMF pretvarača pri α = 0.
Kako bi se smanjio štetan učinak valovitosti struje na cilj armature
obično se uključuje reaktor za izravnavanje čija induktivnost L
odabire se ovisno o dopuštenoj razini valovitosti struje.
Jednadžbe za elektromehaničke i mehaničke karakteristike
motor:
(2)
(3)
ECP 0 cos k I RY RP k
ECP 0 koz
k M RÂ
RP
k2
gdje
- ekvivalentni otpor
RP xT m 2 RT RL
konverter;
xT, RT - reducira se na sekundarni namot
induktivna reaktancija propuštanja i aktivni otpor
namoti transformatora;
RL je aktivni otpor reaktora za zaglađivanje.
N.I. Usenkov. Električni
sky drive U zasjenjenom području motor radi u načinu rada
intermitentna struja, koja određuje zamjetnu promjenu (smanjenje)
karakteristike krutosti. Zbog jednosmjernog provođenja
karakteristike pretvarača nalaze se samo u prvom
(1...3 pri α = 0; 30, 60°) i četvrti (4...7 pri α = 90, 120, 150, 180°)
kvadrantima. Manji kontrolni kutovi odgovaraju većem SP i,
dakle veća brzina motora; pri α = π/2 EMF
UV EP = 0 i motor radi u načinu dinamičkog kočenja.
Na sl. Slika 3 prikazuje dijagram EA s trofaznim mostom
nepovratno UV.
N.I. Usenkov. Električni
sky drive ~ 380 Â; 50 Ãö
T1
UÑ
Uo
Ñ
È
Ô
Ó
U
VS1
+
VS6
VS1
VS4
VS3
VS6
VS5
VS2
Ud
L
iskaznica
M1
+
LM
-
UB
N.I. Usenkov.
Električni
Slika
3
sky drive
-Za performanse motora u sva četiri
kvadrantima se koriste reverzibilni kontrolirani ispravljači,
koji se sastoje od dva nereverzibilna ispravljača npr. sa
nulti izlaz sl. 4.
a)
~ 380 V; 50 Hz
b)
T1
2
UC
U
U
S
I
F
Na
VS1
+
VS6
VS1
VS4
VS3
VS6
VS5
VS2
L1
-
2
L
1 minuta
0
min
M
1 2
1 max
M1
UB
2 2
L2
+
maks
-
N.I. Usenkov.
Električni
Slika
4
sky drive Reverzibilno
pozvao
pretvarači,
dopuštajući
promijeniti polaritet istosmjernog napona i struje u opterećenju.
Reverzibilni SW koristi dva osnovna principa
upravljanje ventilskim setovima: spojeno i odvojeno.
Zajednička kontrola osigurava opskrbu iz sustava
pulsno-fazno upravljanje tiristorima upravljački impulsi
Uα istovremeno na tiristorima oba seta - VS1, VS3, VS5
(katodna skupina) i VS2, VS4, VS6 (anodna skupina). Istodobno, zbog
prisutnost kuta pomaka između kontrolnih impulsa dva skupa
tiristori blizu π, jedan od njih radi u ispravljaču
način rada i provodi struju, a drugi, koji radi u inverterskom modu, struju
ne provodi. Kako bi se osigurala takva kontrola između prosjeka
EMF vrijednosti ispravljača i pretvarača moraju postojati
omjer
, međutim, zbog razlike trenutnih vrijednosti
EMF između skupova tiristora teče tzv
struja uravnoteženja. Da biste ga ograničili u krugu prikazanom na sl.
4a, dani su prenaponski reaktori L1 i L2.
N.I. Usenkov. Električni
sky drive Sheme pretvarača ventila,
osigurava promjenu smjera
protok energije
U automatiziranim električnim pogonima
prilagoditi brzinu pogonskog motora.
potreban
Kod korištenja istosmjernih strojeva postoji
zadatak nije samo kontrolirati brzinu rotacije, (za
promjenom veličine napona napajanja), ali i
promjena smjera vrtnje (obrnuto). Za ovo
potrebno je promijeniti i polaritet napona
opterećenje, te smjer struje u opterećenju.
Ovaj problem se rješava posebnim
DC pretvarač bez primjene
kontaktna oprema,
takozvani revers
N.I. Usenkov. Električni
dc pretvarač
struja, koja se sastoji
sky drive koji se sastoji od dva seta ventila, od kojih svaki
omogućuje protok struje kroz opterećenje samo u jednom
smjer.
Sve postojeće sheme pretvarača reverznih ventila
mogu se podijeliti u dvije klase:
križne ("osam") sheme i
protuparalelni krugovi.
U križnim krugovima (slika a - nula i b - most)
transformator ima dvije skupine izoliranih namota ventila,
iz kojih se napajaju dva seta ventila.
U krugovima jedan uz drugi (slika c), samo jedan
skupina namota ventila transformatora.
Obrnuto
su:
pretvarači
najviše
trofazna nula;
dvostruki trofazni s izjednačenjem
reaktor i
N.I. Usenkov. Električni
sky drive
raširena Trofazni reverzni pretvarač
s nultim izlazom
A
T1
C
Usink
N
a
UZ1
B
b1
1
c1
a2
b
c2
2
Iur2
Lur1
ID1
Uda
Iur2
VS1…
VS3
US2
Lur2
ID2
M1
N.I. Usenkov. Električni
LM1
sky drive
VS4…
VS6
SIFU 1
SIFU 2
Usink
Uzs Za induktivne se koriste trofazni ispravljački krugovi
opterećenje za napajanje uzbudnih namota električnih strojeva,
šestofazni
za pogon sidrenih lanaca motora,
dvanaestfazni posebno snažni električni pogoni.
Rad reverznog pretvarača
Pretpostavimo da je u početnom trenutku vremena stroj
okreće se u smjeru kazaljke na satu brzinom od n o/min. Istovremeno, ona
razvijena povratna EMF Ejak i struja I protjecala je kroz sidreni krug
(slika
). Stroj je bio pokretan od prve
Komplet ventila pretvarača UZ1 koji radi u
način ispravljanja. Za smanjenje brzine vrtnje
stroja, potrebno je smanjiti napon napajanja koji mu se tada dovodi
postoji potreba za povećanjem kuta upravljanja tiristora
VS1,VS2,VS3 od UZ1 ispravljača.
N.I. Usenkov. Električni
sky drive Istodobno, zbog inercije motora, njegov povratni EMF Ejak ne može
naglo mijenja i ispada da je veći od napona Ud1 na
izlaz
konverter
(na
sidro
motor).
ventili
pretvarač UZ1 brzo se gasi i struja opterećenja se smanjuje
do nule. Ali na stezaljkama sidrenog lanca električnog stroja,
rotirajući po inerciji, čuva se povratni EMF Eyak, koji
omogućuje korisno korištenje kinetičke energije rotacije
pogon, pretvarajući ga u električni, i to u isto vrijeme brzo
usporiti električni automobil.
Da biste to učinili, morate pretvoriti prvi komplet ventila u
inverterski način rada, tj. povećati kut α1 > 90°. Ali prvo
Komplet pretvarača UZ1 ne može se koristiti u pretvaraču
način rada, jer je potrebno imati obrnuti polaritet na stroju
napon Ud1. Stoga, drugi
set ventila UZ2 (α2 > 90°), čiji je izlaz spojen na
opterećenje paralelno s izlazom prvog skupa UZ1. Automobil
radi u generatorskom modu, pa je njegova brzina vrtnje
Slapovi. Posljedično, back-EMF Eyak, koji je
napon napajanja N.I.
za Usenkova.
drugi Električni
UZ2 kit koji djeluje
inverterski način rada. sky drive n
Kočenje
Motor e
Overclocking
način rada
Motor
način rada
0
t
Obrnuto
ja
E
0
t
<90
US2
NA
I
>90
I
>90
<90
UZ1
NA
UZ1
<90
NA
Slika 1.2. Dijagram načina rada
DC električni stroj
N.I. Usenkov. Električni
sky drive Kada se električni stroj zaustavi (Ejak=0; n=0), možete
drugi set UZ2 ventila pretvoriti u ispravljač
način rada (α2<90°). При этом электрическая машина опять переходит
u rad motora i pokreće ga drugi set ventila
US2.
Smjer
rotacija
automobili
promjene
na
nasuprot (motor rikverc) i ona počinje ponovno
ubrzati (od n=0 do zadane brzine, na primjer, do
n=nnom u trećem kvadrantu pogonskih koordinata: n i I ili n
i M).
Ako je ponovno potrebno obrnuto, onda
kut α2 drugog seta ventila UZ2, njegovi ventili su zatvoreni.
Prvi set ventila UZ1 pretvara se u inverter
mod (α 1>90°), smjer struje armature Id je obrnut,
električni stroj radi u generatorskom režimu sve dok
potpuno zaustavljanje motora.
U budućnosti, sa smanjenjem kuta α1> 90°, prvi set
ventili UZ1 se prebacuje na ispravljački način rada i
motor se ubrzava do zadane brzine.
N.I. Usenkov. Električni
sky drive Regulirajuća karakteristika reverzibilnog
konverter
Uda
Ud0
Udα1
α1
Način rada
ispravljač
0
Udβ1
π
π/2
Način rada
pretvarač
α2
β1
-Ud0
Udβ
N.I. Usenkov. Električni
sky drive
α
β Ako su prosječne vrijednosti naprezanja na
na izlazu UZ1 i UZ2 dobivamo izraz
Udocosα1 = Udocosβ2.
Stoga je potrebno da je α1= β2. Budući da je u
mod invertera β =180°- α, tada uvjet jednakosti
prosječne vrijednosti napona u krugu za izjednačavanje
može se predstaviti kao α1+ α2 =180°, gdje su α1 i α2 kutovi
upravljanje tiristorima prvog i drugog seta
ventili, računajući od točke prirodnog
otključavanje tiristora.
N.I. Usenkov. Električni
sky drive Vanjske karakteristike reverzibilnog
konverter
Vanjske karakteristike ispravljača i pretvarača
skupovi su u ovom slučaju nastavak jednog
drugu i dati linearnu rezultirajuću vanjsku
karakteristike reverznog pretvarača
Uda
β1
α1
β1 > β
2
α2 > α
β3 > β
2
1
α3 > α
2
Način rada
pretvarač
Način rada
ispravljač
0
N.I. Usenkov. Električni
sky drive
iskaznica Zajednička kontrola ventila
kompleti
Ako se kontrolni impulsi primjenjuju istovremeno na
ventili oba seta UZ1 i UZ2, te regulacijski kutovi
tiristori ispunjavaju uvjet
α1 + α2 = π,
kontrolirati
ventil
dogovoren.
grupe
N.I. Usenkov. Električni
sky drive
pozvao Odvojena kontrola ventila
kompleti
Kako bi se dobio električni pogon koji radi u sva četiri
kvadranta polja: ω - I ili ω - M, potrebno je koristiti obrnuti
tiristorski pretvarač koji osigurava protok struje armature
motor u oba smjera.
Reverzni pretvarači sadrže dvije skupine tiristora,
spojeni nasuprot paralelno jedan s drugim.
U ovoj shemi, dva seta ventila UZ1 i UZ2, svaki sastavljen prema
trofazni mostni krug, spojen međusobno paralelno s
suprotnog polariteta na strani ispravljene struje.
Impulse za otključavanje primijeniti istovremeno na obje skupine tiristora
nije moguće jer će doći do kratkog spoja. Stoga, u ovoj shemi
može samo raditi
N.I. Usenkov. Električni
sky drive jedna grupa tiristora UZ1 ili UZ2; drugu grupu
tiristori moraju biti zatvoreni (impulsi otvaranja
uklonjen).
Dakle, obrnuti pretvarači s
odvojeno upravljanje - to su pretvarači, in
koji kontrolni impulsi dolaze samo do jednog
iz skupova ventila koji provode struju. impulsi
kontrola na drugi set ventila u ovom trenutku nije
se isporučuju i njegovi ventili su zatvoreni. Reaktor Lur u shemi
možda nedostaje. Vidi Gorby243s
Uz odvojenu kontrolu ventila,
samo ona skupina tiristora, koja je trenutno
mora provoditi struju u opterećenju. Odabir ove grupe
ovisi o smjeru kretanja aktuatora ("Naprijed" ili
"Natrag") i iz načina rada pogona: motor
način rada ili regenerativno kočenje.
N.I. Usenkov. Električni
sky drive Tablica 1 - Izbor kompleta ventila
EP način rada
Motor
Kočnica
Smjer
pokreti
"Naprijed"
UZ1
US2
"Leđa"
US2
UZ1
U EA kontrolnim sustavima odabir i uključivanje željene skupine
tiristori se proizvodi automatski pomoću logičke
sklopni uređaj LPU, čiji je princip konstrukcije
prikazano na slici.
N.I. Usenkov. Električni
sky drive Prihvaćamo smjer struje armature kada radimo "Naprijed".
motorni mod za pozitiv. Uz pozitivan signal
postavljanje brzine ωset, koja odgovara kretanju
"Naprijed" i
signal greške brzine, koji je također u motornom načinu rada
bit će (ωset- ω)≥0, signal koji dolazi u LPU iz strujnog regulatora,
imat će znak (+). U skladu s tim, zdravstvena ustanova će uključiti elektroniku
ključ QS1, koji opskrbljuje otključavajućim impulsima tiristor
grupa UZ1. Upravljački kut α1 postavlja sustav
automatska regulacija prema izlaznom signalu
strujni regulator RT. Oba SIFU-a (1) i (2) rade zajedno tako da
koliki je zbroj zbroja kutova
α1 + α2 = π .
(1)
Dakle, za tiristorsku skupinu koja radi u
ispravljački način, okidački impulsi se primjenjuju pod kutom α1 =
0…π/2. U isto vrijeme, SIFU2 generira impulse
N.I. Usenkov. Električni
sky drive kontrolni kut α2 = π - α1, tj. kontrolni kut,
relevantan
pretvarač
režim
raditi
pretvarač UZ2. Međutim, budući da je elektronički ključ
QS2 je otvoren, upravljački impulsi na tiristori grupe
UZ2 nisu primljeni.
UZ2 pretvarač je zatvoren, ali
pripremljen za rad u inverterskom modu.
Takav
načelo
dogovoren
upravljanje
setovi ventila, definirani s (1), dopušta
uskladiti mehaničke karakteristike pogona na
motor i načini kočenja, kao što je prikazano u
lik.
Na
potreba
kočenje
voziti
referentni signal brzine ωset se smanjuje. Greška do
brzina mijenja znak (ωass - ω)<0, и на входе ЛПУ знак
signal se mijenja iz (+) u (-), prema čemu
N.I. Usenkov. Električni
sky drive Kontakt QS1 se gasi, a kontakt QS2 se uključuje. Međutim
uključivanje kontakta QS2 se ne događa odmah, već s nekim
vremensko kašnjenje potrebno da struja armature do
smanjio na nulu i tiristori UZ1 su obnovili blokadu
Svojstva. Padom struje na nulu kontrolira strujni senzor DT i
nul-organ ALI (u drugim shemama, u tu svrhu,
senzori vodljivosti ventila).
Kada struja padne na nulu, nakon određenog kašnjenja
vrijeme, ključ QS2 je uključen i pretvarač počinje raditi
UZ2, već pripremljen za rad u inverterskom načinu rada. Pogonska jedinica
ulazi u način regenerativnog kočenja, ukupno vrijeme
preklopna tiristorska skupina je 5 - 10 ms, što je
prihvatljivo kako bi se osigurala visoka kvaliteta ES kontrole.
Kada radite u motornom načinu rada u smjeru "Natrag", znak
referenca brzine je negativna, a apsolutna vrijednost
N.I. Usenkov. Električni
sky drive pogreške brzine |ωset - ω | pozitivno, dakle
LPU ulaz prima negativan signal i uključuje se
ključ
QS2.
Djela
konverter
US2
u
način ispravljanja. Logička pravila rada
LPU su ilustrirani u tablici 2.
Koriste se i druge sheme zdravstvenih ustanova.
Mehaničke karakteristike pogona za vožnju unazad TP-D
s odvojenim upravljanjem prikazani su na slici.
S kontinuiranom strujom
opisani su jednadžbom (1).
sidra
motor
oni
U načinu diskontinuiranih struja u području malih
vrijednosti zakretnog momenta, linearnost karakteristika je narušena.
U modernim strujnim i brzinskim zatvorenim sustavima
regulacije, zahvaljujući korištenju adaptivnih
kontrolera, moguće je linearizirati mehanički
karakteristike EP iN.I.
priUsenkov.
mali električni
trenutne vrijednosti.
sky drive Tablica 2 - Logika rada zdravstvene ustanove
Znak
Znak
Znak
Uključen
Djela
Način rada
ωass
|ωguza- ω|
na ulazu
ključ
raditi
zdravstvenoj ustanovi
QS
Pretvoriti
Eh
+
+
+
QS1
UZ1
+
-
QS2
US2
-
+
-
QS2
US2
-
-
+
QS1
UZ1
N.I. Usenkov. Električni
sky drive
električni pogon
a
Motor
th
Kočnica
Motor
th
Kočnica Vanjska karakteristika ispravljača
Uda
Ud0
Ud1
0
iskaznica
I d1
Ja k.z
N.I. Usenkov. Električni
sky drive
7. Električni pogon i automatizacija industrijskih instalacija i tehnoloških kompleksa
Tehnička izvedbaN.I. Usenkov. Električni
sky drive N.I. Usenkov. Električni
sky drive N.I. Usenkov. Električni
sky drive Zadatak 1. Odrediti vrijednosti reduciranih momenata J i Ms at
dizanje tereta (slika 1.), ako je poznato: Jd = 3,2 kg m2; Jr.o.=3,6 kg m2;
prijenosni omjer mjenjača p=0,96; Učinkovitost izvršnog tijela
(bubanj) B=0,94; kutna brzina motora ω=112 rad/s; ubrzati
opterećenje dizanja v=0,2 m/s; masa tereta m=1000 kg.
Obrazloženje.
Smanjeni statički moment:
Mc
F p . o. str. o.
p B D
m g p.o.
p B D
1000 9,81 0,2
19,41 H m
0,96 0,94 112
Smanjeni moment inercije J:
J
J D J po
i p2
m(
2 3,2 3,6
0,2 2
1000
) 3,3 kg m2.
2
D
112
6,14
N.I. Usenkov. Električni
sky drive Jd, np, ip, str
M, d, Jd
D
PU
Mpo, po, jpo
RO (b) i shema 3. Upoznajte se
MatLab7/Simulink3.
knjižnica
major
blokova
u
program
4. Sastaviti blok model laboratorijske postavke za izvođenje
istražiti u skladu sa zadanom temom i dati kratak opis
korišteni funkcionalni uređaji i virtualno mjerenje
uređaji.
5. Istražite postavke virtualnog laboratorija i unesite početni
podatke u dijaloškim okvirima programa. Formulirajte plan
eksperiment.
6. Nakon dovršetka rada sastavite izvješće o strukturi:
Naziv djela i svrha djela;
Opis laboratorijskog stalka;
Analiza oscilograma eksperimentalnih ovisnosti;
Nalazi.
N.I. Usenkov. Električni
sky drive Rad broj N. Istraživanje elektromotornog pogona prema
struktura "ispravljač-pretvarač-sinkroni motor"
Blok model električnog pogona s asinkronim motorom
N.I. Usenkov. Električni
sky drive Rezultati simulacije
N.I. Usenkov. Električni
sky drive N.I. Usenkov. Električni
sky drive