Sažetak predavanja iz discipline „Automatizirani električni pogon. Asinkroni električni pogon promjenjive frekvencije - kolegij predavanja Automatizirani električni pogon kolegij predavanja
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
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.
Predavanja iz discipline "Automatizirani električni pogon" Literatura 1. Chilikin M.G., Sandler A.S. Opći tečaj električnog pogona (EP).-6. izd. -M.: Energoizdat, - 576 str. 2. Moskalenko V.V. Električni pogon - M .: Majstorstvo; Viša škola, -368 str. 3. Moskalenko V.V. Električni pogon: Udžbenik za elektrotehniku. specijalista. -M.: Više. škola, - 430 str. 4. Priručnik za automatizirani električni pogon / Ed. V.A. Eliseeva, A.V. Šijanski.-M.: Energoatomizdat, 1983. – 616 str. 5. Moskalenko V.V. Automatizirani električni pogon: Udžbenik za sveučilišta.- M.: Energoatomizdat, str. 6. Klyuchev V.I. Teorija električnog pogona. - M.: Energoatomizdat, str. 7. GOST R-92. Električni pogoni. Uvjeti i definicije. Gosstandart Rusije. 8. Priručnik inženjera elektrotehnike s.-x. proizvodnja / Tutorial.-M.: Informagrotech, str. 9. Upute za izvođenje laboratorijskog rada na osnovama elektromotornog pogona za studente Agronomskog fakulteta za elektrifikaciju. / Stavropol, SSAU, "AGRUS", - 45 str. 10. Savchenko P.I. Radionica o elektropogonu u poljoprivredi. – M.: Kolos, str. Preporučene stranice na Internetu: Predavanja iz discipline "Automatizirani električni pogon" Literatura 1. Chilikin M.G., Sandler A.S. Opći tečaj električnog pogona (EP).-6. izd. -M.: Energoizdat, - 576 str. 2. Moskalenko V.V. Električni pogon - M .: Majstorstvo; Viša škola, -368 str. 3. Moskalenko V.V. Električni pogon: Udžbenik za elektrotehniku. specijalista. -M.: Više. škola, - 430 str. 4. Priručnik za automatizirani električni pogon / Ed. V.A. Eliseeva, A.V. Šijanski.-M.: Energoatomizdat, 1983. – 616 str. 5. Moskalenko V.V. Automatizirani električni pogon: Udžbenik za sveučilišta.- M.: Energoatomizdat, str. 6. Klyuchev V.I. Teorija električnog pogona. - M.: Energoatomizdat, str. 7. GOST R-92. Električni pogoni. Uvjeti i definicije. Gosstandart Rusije. 8. Priručnik inženjera elektrotehnike s.-x. proizvodnja / Tutorial.-M.: Informagrotech, str. 9. Upute za izvođenje laboratorijskog rada na osnovama elektromotornog pogona za studente Agronomskog fakulteta za elektrifikaciju. / Stavropol, SSAU, "AGRUS", - 45 str. 10. Savchenko P.I. Radionica o elektropogonu u poljoprivredi. – M.: Kolos, str. Preporučene stranice na internetu:
Izvor električne energije (IEE) Upravljački uređaj (CU) Pretvorni uređaj (PRB) Elektromotorni uređaj (EM) M Prijenosni uređaj (TRD) Potrošač mehaničke energije (PME) U,I,f d F d, V d M m ( F m), ω m (V m) zadaci Slika 3 - Strukturni dijagram AED-a
3 Učinkovitost AED-a Kao i za svaki elektromehanički uređaj, važan pokazatelj je učinkovitost AED = PRB · ED · PRD pri nazivnom opterećenju od 60-95%.
4 Prednosti AED-a 1) niska razina buke tijekom rada; 2) nepostojanje onečišćenja okoliša; 3) širok raspon snaga i kutnih brzina rotacije; 4) dostupnost regulacije kutne brzine rotacije i, sukladno tome, performanse procesne jedinice; 5) relativna jednostavnost automatizacije, instalacije, rada u usporedbi s toplinskim motorima, na primjer, s unutarnjim izgaranjem.
Harkovska nacionalna akademija za gradsko gospodarstvo
BILJEŠKE S PREDAVANJA
po disciplini
"Automatski električni pogon"
(za studente 4. godine redovnog i izvanrednog obrazovanja na specijalnosti 6.090603 - "Električni sustavi napajanja")
Harkov - HNAGH - 2007
Sažetak predavanja iz discipline "Automatizirani električni pogon" (za studente 4. godine svih oblika obrazovanja specijalnosti 6.090603 - "Sustavi električnog napajanja"). Auth. Garyazh V.N., Fateev V.N. - Harkov: KhNAGH, 2007. - 104 str.
SADRŽAJ
| Opće karakteristike bilješke s predavanja |
||
| Sadržajni modul 1. Automatizirani električni pogon - osnova za razvoj proizvodnih snaga Ukrajine. . . . . . . . . . . . | ||
| Predavanje 1 | ||
| 1.1. | Razvoj elektromotornog pogona kao grane znanosti i tehnologije. . . . . . | 6 |
| 1.2. | Principi izgradnje upravljačkih sustava Automatizirani električni pogon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Predavanje 2 | ||
| 1.3. | Klasifikacija AEP sustava upravljanja. . . . . . . . . . . . . . . . . . | 13 |
| Sadržajni modul 2. Mehanika elektromotornog pogona . . . . . . . . . . | 18 |
|
| Predavanje 3 | ||
| 2.1. | Donošenje momenata i sila otpora, momenata inercije. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Predavanje 4 | ||
| 2.2. | Jednadžba gibanja električnog pogona. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 21 |
| Predavanje 5 | ||
| 2.3. | Mehaničke karakteristike istosmjernog motora neovisne uzbude. motorni način rada. . . . . . . . . . . | |
| Predavanje 6 | ||
| 2.4. | Mehaničke karakteristike istosmjernog motora neovisne uzbude. Način električnog kočenja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Predavanje 7 | ||
| 2.5. | Mehaničke karakteristike serijski pobuđenog istosmjernog motora. motorni način rada. . . . . . | |
| Predavanje 8 | ||
| 2.6. | Mehaničke karakteristike serijski pobuđenog istosmjernog motora. Način električnog kočenja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Predavanje 9 | ||
| 2.7. | Mehaničke karakteristike asinkronih motora. motorni način rada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Predavanje 10 | ||
| 2.8. | Mehaničke karakteristike asinkronih motora. Način električnog kočenja. . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . | |
| Predavanje 11 | ||
| 2.9. | Mehaničke i električne karakteristike sinkronih motora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Sadržajni modul 3. tipične jedinice sklopova automatskog upravljanja motorom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | ||
| Predavanje 12 | ||
| 3.1. | Principi automatskog upravljanja pokretanjem i kočenjem motora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Predavanje 13 | ||
| 3.2. | Tipični čvorovi automatskih upravljačkih krugova za pokretanje DPT-a. | 77 |
| Predavanje 14 | ||
| 3.3. | Tipični čvorovi krugova za automatsko upravljanje DPT kočenjem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Predavanje 15 | ||
| 3.4. | Tipični čvorovi automatskih upravljačkih krugova za pokretanje izmjeničnih motora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Predavanje 16 | ||
| 3.5. | Tipični čvorovi krugova za automatsko upravljanje kočenjem motora na izmjeničnu struju. . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Predavanje 17 | ||
| 3.6. | Jedinice električne zaštite motora i upravljačkih krugova. . . | 98 |
OPĆE KARAKTERISTIKE SAŽETKA PREDAVANJA
Automatizirani električni pogon je glavni potrošač električne energije. U industrijski razvijenim zemljama više od 65% proizvedene električne energije pretvara se električnim pogonom u mehaničku energiju. Stoga razvoj i unapređenje elektromotornog pogona, koji je temelj omjera energije i težine rada, doprinosi rastu produktivnosti i učinkovitosti proizvodnje. Poznavanje svojstava i mogućnosti elektromotornog pogona omogućuje inženjeru elektrotehnike da osigura racionalno korištenje elektropogona, uzimajući u obzir zahtjeve kako tehnoloških strojeva tako i sustava napajanja. Predmet „Automatizirani električni pogon“ izučava se u sedmom semestru četvrte godine studija. Nastavnim planom i programom specijalnosti "Elektrotehnički sustavi potrošnje električne energije" za njega su dodijeljena četiri boda. Ispunjeni su sa šest sadržajnih modula koji se izučavaju tijekom predavanja i praktične nastave, prilikom izvođenja laboratorijskih radova te računskog i grafičkog zadatka.
U ovom sažetku predavanja prikazana je građa za proučavanje prva tri sadržajna modula predmeta „Automatizirani električni pogon“. U prvom sadržajnom modulu automatizirani električni pogon smatra se osnovom za razvoj proizvodnih snaga Ukrajine. U drugom se proučavaju mehaničke karakteristike motora, pokazujući mogućnosti motora tijekom rada, kako u motornom tako i u načinu električnog kočenja. U trećem modulu proučavaju se tipične komponente sklopova automatskog upravljanja motorom. Na temelju svojstava motora proučavanih u drugom modulu, tipične jedinice omogućuju automatsko paljenje, kočenje i reverziju motora u funkcijama vremena, brzine i struje uz izravnu ili neizravnu kontrolu tih veličina. Strukturno, tipični čvorovi su kombinirani u obliku kontrolnih stanica. Udio kontrolnih stanica u ukupnom broju električnih pogona koji se koriste u Ukrajini prelazi 80%.
Predavanje 1
1.1. Razvoj elektromotornog pogona kao grane znanosti i tehnologije
Čovjek je od davnina nastojao da teški fizički rad, koji je bio izvor mehaničke energije (ME), zamijeni radom mehanizama i strojeva. Za to je u prometu i poljoprivrednim poslovima, u mlinovima i sustavima za navodnjavanje koristio mišićnu snagu životinja, energiju vjetra i vode, a kasnije i kemijsku energiju goriva. Tako se pojavio pogon - uređaj koji se sastoji od tri bitno različita dijela: motora (D), mehaničkog prijenosnog uređaja (MPU) i tehnološkog stroja (TM).
Svrha motora: pretvaranje raznih vrsta energije u mehaničku energiju. MPU je dizajniran za prijenos ME s motora na TM. Ne utječe na količinu odaslanog ME (bez uzimanja u obzir gubitaka), ali može mijenjati svoje parametre i, radi usklađivanja vrsta kretanja, izvodi se u obliku remena, lanca, zupčanika ili drugog mehaničkog prijenosa.
U tehnološkom stroju ME se koristi za promjenu svojstava, stanja, oblika ili položaja materijala ili proizvoda koji se obrađuje.
U modernim pogonima kao izvor ME koriste se različiti elektromotori (EM). Oni pretvaraju električnu energiju (EE) u mehaničku energiju i stoga se pogon naziva električni pogon (EA). Njegov funkcionalni dijagram prikazan je na sl. 1.1. Uz imenovane elemente, njegov sastav uključuje i kontrolirani pretvarač (P), uz pomoć kojeg se EE iz mreže napaja u ED.
Promjenom upravljačkog signala pretvarača U na, možete promijeniti količinu EE koja dolazi iz mreže u ED. Kao rezultat toga, količina ME koju proizvodi motor i prima HM će se promijeniti. To će pak dovesti do promjene u tehnološkom procesu čiju učinkovitost karakterizira kontrolirana vrijednost y(t).
Prioritet u stvaranju električnog pogona pripada ruskim znanstvenicima
B.S. Jacobi i E.H. Lenz, koji je 1834. izumio istosmjerni motor, a 1838. ga je koristio za pogon čamaca. Međutim, nesavršenost motora i neekonomičan izvor električne energije (galvanska baterija) nisu omogućili da ovaj električni pogon nađe praktičnu primjenu.
Sredinom 19. stoljeća ED s istosmjernim motorom za tiskarske i tkalačke strojeve pokušavaju koristiti znanstvenici iz Francuske i Italije. Međutim, DC sustav nije dao zadovoljavajuće rješenje. Do 1890. godine samo 5% ukupne snage pogonskog motora činili su električni motori.
Široka upotreba električnog pogona povezana je s izumom trofaznog sustava izmjenične struje i trofaznog asinkronog motora ruskog inženjera Dolivo-Dobrovolskog 1889-1891. Jednostavnost trofaznog sustava, mogućnost centralizirane proizvodnje električne energije, pogodnost njezine distribucije doveli su do činjenice da su do 1927. godine već 75% ukupne snage pogonskih motora bili elektromotori.
Trenutno se u vodećim industrijama omjer instalirane snage električnih pogona prema ukupnoj instaliranoj snazi pogona s motorima svih vrsta (termički, hidraulični, pneumatski) približava 100%. To je određeno činjenicom da se elektromotori proizvode za različite kapacitete (od stotinki vata do nekoliko desetaka tisuća kilovata) i brzine vrtnje (od djelića okretaja osovine u minuti do nekoliko stotina tisuća okretaja u minuti); EP djeluje u okruženju agresivnih tekućina i plinova pri niskim i visokim temperaturama; zbog upravljivosti pretvarača, EP lako regulira tijek tehnološkog procesa, osiguravajući različite parametre kretanja radnih tijela TM-a; ima visoku učinkovitost, pouzdan je u radu i ne zagađuje okoliš.
Trenutno ukupni instalirani kapacitet električnih generatora u Ukrajini premašuje 50 milijuna kW. Također su stvorene električne mreže za distribuciju takve snage na svim naponskim razinama.
Međutim, zbog pada, prije svega, industrijske proizvodnje, stvarna potrošnja električne energije u Ukrajini osigurava se na račun polovice naznačenog kapaciteta. Tako značajna rezerva energije pouzdana je osnova za razvoj proizvodnih snaga Ukrajine, povezana s uvođenjem novih tehnologija za uštedu energije, proizvodnjom modernih visokotehnoloških proizvoda, daljnjim razvojem automatizacije i mehanizacije proizvodnje. Rješenje svih, bez iznimke, navedenih zadataka osigurava se korištenjem različitih elektropogonskih sustava, povećanjem potrošnje električne energije elektropogonom koja se u postojećoj strukturi potrošnje već približava 70%.
1.2. Principi sustava upravljanja zgradama za automatizirane električne pogone
Posebnost modernog električnog pogona je da sadrži upravljački signal pretvarača U na formira se posebnim automatskim kontrolnim uređajem (AUD) bez izravnog sudjelovanja osobe. Takvo upravljanje naziva se automatskim, a električni pogon automatiziranim (AED).
Upravljački sustav AED-a, kao i svaki drugi sustav automatskog upravljanja, može se smatrati sustavom koji prima i obrađuje informacije.
Prvi kanal generira informaciju o potrebnoj vrijednosti kontrolirane varijable q(t)(utjecaj na postavljanje).
U drugom kanalu se uz pomoć senzora može dobiti informacija o stvarnoj vrijednosti kontrolirane varijable. y(t) ili druge vrijednosti koje karakteriziraju EP.
Treći kanal može dati informacije o ometajućim utjecajima na upravljački sustav f i (t) kao signal x i (t).
Ovisno o broju korištenih informacijskih kanala, postoje tri principa za izgradnju upravljačkih sustava za automatizirani električni pogon:
1) princip otvorene kontrole;
2) princip zatvorene kontrole;
3) princip kombiniranog upravljanja.
Razmotrimo funkcionalne dijagrame upravljačkih sustava AED-a.
AED upravljački sustav, izgrađen na principu otvorene kontrole, naziva se otvorenim sustavom. Koristi samo jedan kanal informacija - o traženoj vrijednosti kontrolirane varijable q(t). Funkcionalni dijagram takvog upravljačkog sustava prikazan je na slici 1.2.
Kao iu prethodnom slučaju, čvor za zbrajanje na ACU ulazu prima informacije o q(t). Strelica koja pokazuje q(t), usmjeren je na nezasjenjeni sektor čvora za zbrajanje. To znači da signal za podešavanje ulazi u čvor zbrajanja sa znakom “+”.
Uređaj za automatsko upravljanje generira signal za upravljanje pretvaračem U y, koristeći samo podatke o vrijednosti pokretačke sile q(t), koji se na ulaz ACU-a dovodi iz zapovjednog tijela (CO). Kao rezultat činjenice da je svaki element funkcionalnog dijagrama pod utjecajem perturbirajućih utjecaja f i (t), količina mehaničke energije dovedena tehnološkom stroju, a time i hod
Riža. 1.2 - Funkcionalni dijagram otvorenog upravljačkog sustava za AED
tehnološke operacije će se promijeniti. Kao rezultat, stvarna vrijednost kontrolirane varijable y(t) može se značajno razlikovati od tražene vrijednosti q(t). Razlika između željene i stvarne vrijednosti kontrolirane varijable u stacionarnom stanju (kada je kontrolirana varijabla y(t) ne mijenja se s vremenom) naziva se upravljačka greška Δx(t)=q(t)–y(t).
Otvoreni AED sustavi se koriste u slučaju da pojava kontrolne greške ne dovodi do značajnih gubitaka u tehnologiji (smanjenje produktivnosti TM, smanjenje kvalitete proizvoda itd.)
Inače, kada pojava regulacijske greške značajno smanjuje učinkovitost tehnološkog procesa, za izgradnju AED upravljačkog sustava koristi se princip zatvorenog upravljanja. Takav se sustav naziva zatvorenim sustavom.
Koristi dva kanala informacija: do informacija o traženoj vrijednosti kontrolirane varijable q(t) dodaje se informacija o stvarnoj vrijednosti kontrolirane varijable y(t). Funkcionalni dijagram takvog upravljačkog sustava prikazan je na slici 1.3.
Informacija o stvarnoj vrijednosti kontrolirane varijable y(t) se dovodi u čvor za zbrajanje pomoću glavne povratne informacije (GOS). Kaže se da GOS "zatvara" upravljački sustav spajajući njegov izlaz na ulaz.
Strelica koja pokazuje y(t), usmjeren je na zasjenjeni sektor čvora zbrajanja, t.j. GOS signal ulazi u čvor zbrajanja sa predznakom “-” i stoga se GOS naziva negativnom povratnom spregom.
Riža. 1.3 - Funkcionalni dijagram zatvorenog upravljačkog sustava AED-a.
U čvoru zbrajanja kao rezultat algebarskog (uzimajući u obzir predznak) zbrajanja signala q(t) i y(t) određuje se veličina i predznak kontrolne greške Δx(t)= +q(t) – y(t). Signal greške se dovodi na ulaz ACU. Zahvaljujući tome, ACU, generiranjem upravljačkog signala za pretvarač P na temelju informacija o stvarno postojećem omjeru zadane vrijednosti i stvarne vrijednosti kontrolirane varijable, osigurava dovod takve količine EE u ED. , te ME tehnološkom stroju, da se upravljačka pogreška može svesti na prihvatljivu vrijednost ili svesti na nulu.
Osim GOS-a, u upravljačkom sustavu mogu postojati različite povratne informacije unutar GOS-a (FOS). Oni kontroliraju međuparametre sustava, što poboljšava kvalitetu procesa upravljanja. Sustav koji sadrži samo GOS naziva se jednopetlja, a koji ima, osim GOS, i VOS, naziva se višepetlja.
U sustavu izgrađenom prema kombiniranom principu kombiniraju se dvije strukture - zatvorena i otvorena. Zatvorenom sustavu, koji je glavni, preko trećeg informacijskog kanala dodaje se otvorena struktura x 1 (t) o glavnom uznemirujućem učinku f 1 (t). Funkcionalni dijagram sustava prikazan je na slici 1.4.
Glavni je perturbirajući učinak, koji ima najveću komponentu u veličini kontrolne pogreške.
Riža. 1.4 - Funkcionalni dijagram kombiniranog AED upravljačkog sustava
Na sl. 1.4 za glavni, uzima se uznemirujući učinak f 1 (t). Njime upravljaju međuelement (PE) i informacije o njemu x 1 (t) uveden u čvor za zbrajanje. Zbog toga ACU uvodi komponentu u upravljački signal pretvarača, koja kompenzira utjecaj f 1 (t) na tehnološki proces i smanjuje količinu kontrolne greške. Utjecaj ostalih uznemirujućih utjecaja na grešku eliminira glavni zatvoreni sustav.
Razmatrani primjeri omogućuju nam definiranje pojma "automatizirani električni pogon".
Automatizirani električni pogon je elektromehanički sustav u kojem se, prvo, provodi pretvorba električne energije u mehaničku energiju. Kroz tu energiju pokreću se radna tijela tehnološkog stroja. I, drugo, kontrolira se proces pretvorbe energije kako bi se osigurali potrebni stacionarni i prijelazni načini rada TM.
Predavanje 2
1.3. Klasifikacija AEP sustava upravljanja
Klasifikacija AED upravljačkih sustava može se provesti prema mnogim kriterijima: prema vrsti struje motora, sustavi se dijele na izmjeničnu i istosmjernu struju. Prema vrsti informacijskih i upravljačkih signala - na kontinuirane i diskretne sustave. Ovisno o prirodi jednadžbi koje opisuju procese upravljanja - na linearne i nelinearne sustave. Često se dijele prema vrsti pretvarača ili glavne opreme: sustav - DC generator - motor (G-D); sustav - tiristorski pretvarač - motor (TP-D); sustav - tiristorski frekventni pretvarač - motor (TPCh-D) itd.
Međutim, najraširenija je klasifikacija AED upravljačkih sustava prema funkcijama koje obavljaju u tehnološkim procesima. Postoji pet takvih funkcija.
1. Sustavi za upravljanje procesima pokretanja, kočenja, vožnje unatrag. Među njima se pak mogu razlikovati tri skupine sustava.
Sustavi prve skupine su otvoreni. Koriste se u električnim pogonima s asinkronim motorima s kaveznim rotorom. Pretvarač se sastoji od uređaja za prebacivanje snage (SPU) koji povezuje motor izravno na mrežu. Sva upravljačka oprema - relejno djelovanje (kontaktno ili beskontaktno).
Upravljački sustavi druge skupine također su otvoreni. Koriste se u električnim pogonima s istosmjernim motorima i asinkronim motorima s faznim rotorom, imaju složeniju strukturu STC-a, koji omogućuju stepenasto prebacivanje otpornika ili drugih elemenata u strujnim krugovima motora. Omogućuju automatsku kontrolu pokretanja i zaustavljanja, što ograničava struju i moment motora. Ručnim upravljanjem SPU-om moguće je kontrolirati brzinu u malom rasponu.
Sustavi treće skupine namijenjeni su za provedbu optimalnih procesa pokretanja, kočenja, vožnje unatrag. Pod optimalnim se u ovom slučaju podrazumijevaju prolazni procesi koji se odvijaju u minimalnom vremenu. To se osigurava održavanjem vrijednosti zakretnog momenta motora na razini dopuštene vrijednosti tijekom procesa pokretanja i kočenja.
Takvi se sustavi koriste u električnim pogonima s povremenim radom, kada je vrijeme stabilnog stanja kratko ili potpuno odsutno. Stoga pojava kontrolne pogreške neće dovesti do gubitaka u tehnologiji, a sustav možda neće imati GOS.
Zatvorena upravljačka petlja u takvom sustavu nastaje negativnom povratnom spregom o momentu (struji) motora. Na slici 1.4 prikazan je kao BOS. U tom slučaju, moment motora postaje kontrolirana varijabla. Stoga ACU generira upravljački signal P na način da se tijekom procesa pokretanja i kočenja zakretni moment održava na potrebnoj razini ili se mijenja u vremenu prema traženom zakonu.
2. Sustavi za održavanje stalne zadane vrijednosti kontrolirane varijable (stabilizacijski sustavi). Podesive vrijednosti su one koje karakteriziraju kretanje radnog tijela TM-a i osovine motora - brzina, ubrzanje, moment, snaga itd.
Sustavi za stabilizaciju građeni su na zatvorenom principu i mogu imati funkcionalni dijagram prikazan na slici 1.4. U takvom sustavu, signal za vožnju q(t)=konst. Stoga, smanjenje kontrolirane varijable y(t), uzrokovano pojavom perturbirajućeg efekta f 1 (t), dovest će do povećanja signala upravljačke pogreške na ACU ulazu. Uređaj za automatsko upravljanje generira upravljački signal pretvarača ovisno o zakonu upravljanja koji se u njemu primjenjuje (tip regulatora). Uz proporcionalni zakon upravljanja, kao regulator (P - regulator) koristi se proporcionalna (pojačavajuća) veza s pojačanjem većim od jedinice. Stoga, s povećanjem signala, pogreška na ulazu P - regulatora će se povećati i upravljački signal pretvarača. Kao rezultat toga, količina EE i ME će se povećati, što će dovesti do povećanja y(t) i smanjenje kontrolne greške. Međutim, to se ne može u potpunosti kompenzirati, jer će u tom slučaju signali na ulazu i izlazu P-regulatora biti jednaki nuli, EE neće biti doveden u motor i tehnološki proces će se zaustaviti.
Stabilizacijski sustav u kojem se upravljačka pogreška ne smanjuje na nulu, već se samo smanjuje na prihvatljivu vrijednost, naziva se statički.
Uz proporcionalno – integralni zakon upravljanja, regulator se sastoji od dvije paralelno povezane karike – proporcionalne i integralne (P-I – regulator). Signal greške dolazi istovremeno na ulaz obje veze. Proporcionalni dio regulatora, kao iu prethodnom slučaju, pojačat će signal greške. Sastavni dio regulatora zbrajat će signal greške, t.j. njegov izlaz će se povećavati sve dok postoji signal greške na ulazu regulatora. Budući da je izlazni signal regulatora (upravljački signal pretvarača) zbroj izlaznih signala proporcionalnog i integralnog dijela, sve dok na ulazu regulatora postoji signal greške, njegov će izlazni signal rasti. Kao rezultat toga, količina EE i ME u sustavu će se povećati, a kontrolna pogreška će se smanjiti. Kada signal greške na ulazu regulatora postane jednak nuli, signal na izlazu regulatora bit će veći od nule, zbog činjenice da sastavni dio regulatora, nakon što signal nestane na svom ulazu, pamti ukupnu vrijednost izlazni signal. EE će biti isporučen u motor i tehnološki proces će se nastaviti.
Stabilizacijski sustav u kojem je upravljačka pogreška svedena na nulu naziva se astatski.
Uz proporcionalni - integralni - diferencijalni zakon upravljanja, paralelno s P, I. - veze uključuju diferencirajuću vezu (P - I - D - regulator).
Izlazni signal diferencijalnog dijela izravno je proporcionalan brzini promjene signala upravljačke pogreške. Zbrajajući signale P, I dijelova regulatora, dodatno povećava upravljački signal pretvarača i količinu EE koja se dovodi u motor. To pomaže u smanjenju pogreške dinamičkog upravljanja, tj. razlika između željene i stvarne vrijednosti kontrolirane varijable tijekom prijelaza u sustavu.
Sustavi za stabilizaciju koriste se u slučajevima kada je potrebno precizno održavati bilo koji parametar procesa, kao i kod regulacije broja okretaja motora u širokom rasponu.
Za formiranje procesa pokretanja i kočenja, stabilizacijski sustav može imati internu povratnu informaciju o momentu motora (BOS na sl. 1.4).
Otvoreni kontrolni kanal za glavni ometajući učinak smanjuje upravljačku pogrešku u statičkim sustavima.
3. Sustavi za praćenje. Kao i stabilizacijski sustavi, izgrađeni su na zatvorenom principu. Međutim, signal za vožnju q(t) mijenjaju se prema slučajnom zakonu i stvarnoj vrijednosti kontrolirane varijable y(t) treba ponoviti (pratiti) ovaj zakon.
Koriste se u tehnološkim strojevima koji zahtijevaju da kada se ulazna osovina zakrene pod bilo kojim kutom, izlazna osovina "prati" ulaz i rotira se za isti kut.
Kad se položaji osovina poklope q(t) = y(t) a kontrolna greška je nula. Prilikom promjene položaja ulaznog vratila q(t) ≠ y(t). Signal pogreške pojavljuje se na ACU ulazu, pretvarač opskrbljuje EE motoru i izlazna osovina će se okretati dok ne zauzme ulazni položaj.
4. Sustavi upravljanja programom. Koriste se u tehnološkim strojevima s više električnih pogona. Ovi pogoni mogu biti ugrađeni u konfiguracijama otvorene i zatvorene petlje. Zajednički im je uređaj koji mijenja zadanu vrijednost regulirane vrijednosti svakog električnog pogona prema unaprijed određenom programu. Pritom se motori pojedinih radnih tijela automatski pokreću, rade određenim brzinama ili unatrag, a pokretna radna tijela tehnološkog stroja ne interferiraju jedno s drugim.
5. Prilagodljivi sustavi. Koriste se u slučajevima kada sustav izgrađen po zatvorenom principu, kao posljedica nepredviđenih promjena remetljivih utjecaja, nije u stanju obavljati svoju funkciju, na primjer stabilizaciju kontrolirane varijable.
Kako bi se osigurala prilagodba (prilagodljivost) zatvorenog sustava, u njegov se sastav uvodi dodatni krug, čija je osnova računalni uređaj. Kontrolira količinu q(t), y(t), uznemirujući utjecaji f i (t), analizira rad stabilizacijskog sustava i utvrđuje promjene parametara ili strukture ACU potrebne za prilagodbu.
Predavanje 3
2.1. Smanjenje momenata i sila otpora, momenata tromosti i inercijskih masa
Mehanički dio električnog pogona uključuje rotirajući dio motora, mehanički prijenosni uređaj i radno tijelo tehnološkog stroja.
Rotirajući dio motora (armatura ili rotor) služi kao izvor mehaničke energije.
Uz pomoć MPU-a, rotacijsko gibanje motora se pretvara u translacijsko kretanje radnog tijela TM-a, ili promjenom omjera brzina ulaznog i izlaznog vratila MPU-a, brzina vrtnje motor i radno tijelo su usklađeni. Kao MPU mogu se koristiti cilindrični i pužni zupčanici, planetarni zupčanici, par vijak-matica, radilica, letvica, remen i lančani zupčanici.
Radno tijelo TM je potrošač mehaničke energije koju pretvara u koristan rad. Među radnim tijelima spadaju vreteno tokarilice ili stroja za bušenje, pokretni dio transportera, žlica bagera, kabina dizala, brodski propeler itd.
Elementi mehaničkog dijela EP međusobno su povezani i tvore kinematički lanac čiji svaki element ima svoju brzinu kretanja, karakterizira ga moment tromosti ili inercijska masa, kao i skup momenata odn. sile koje na njega djeluju. Mehaničko gibanje bilo kojeg od elemenata određeno je Newtonovim drugim zakonom. Za element koji se rotira oko fiksne osi, jednadžba gibanja je:
Gdje 
je vektorski zbroj momenata koji djeluju na element;
J je moment tromosti elementa;
je kutno ubrzanje rotirajućeg elementa.
Za translatorno pokretni element, jednadžba gibanja ima oblik:
,
Gdje 
je vektorski zbroj sila koje djeluju na element;
m je inercijska masa elementa;
– linearno ubrzanje translacijskog elementa.
Koristeći ove jednadžbe, može se uzeti u obzir interakcija bilo kojeg elementa s ostatkom kinematičkog lanca. Zgodno je to učiniti dovođenjem momenata i sila, kao i momenata tromosti i inercijskih masa. Kao rezultat ove operacije (redukcije), stvarna kinematička shema zamjenjuje se proračunskom, energetski ekvivalentnom shemom, čija je osnova element čije se gibanje razmatra. U pravilu, ovaj element je osovina motora M. To vam omogućuje da najpotpunije istražite prirodu kretanja električnog pogona i njegov način rada. Poznavajući parametre kinematičke sheme, moguće je odrediti vrstu kretanja radnog tijela tehnološkog stroja.
Smanjenje momenata otpora s jedne osi rotacije na drugu temelji se na ravnoteži snaga u sustavu.
Tijekom tehnološkog rada radno tijelo se vrti oko svoje osi velikom brzinom ω m i stvarajući trenutak otpora M cm, troši struju R m =M cm ω m. Gubici snage u MPU-u se uzimaju u obzir dijeljenjem vrijednosti R m na učinkovitost prijenos η P. Ovu snagu osigurava motor koji se vrti velikom brzinom ω i razvojni trenutak M s, jednak momentu otpora smanjenom na os rotacije osovine motora M cm. Na temelju jednakosti snaga dobivamo:
.
Zatim izraz za određivanje reduciranog momenta otpora M s izgleda kao:
,
Gdje 
- prijenosni omjer MPU.
Dovođenje sila otpora vrši se na sličan način. Ako je translacijska brzina radnog tijela TM jednaka υ m a tijekom tehnološke operacije stvara se sila otpora F cm, zatim uzimajući u obzir učinkovitost Jednadžba ravnoteže snage MPU-a izgledat će ovako:
.
Smanjeni moment otpora M s bit će jednako:
,
Gdje 
je polumjer redukcije MPU-a.
Svaki od rotirajućih elemenata kinematičke sheme karakterizira moment inercije J і . Dovođenje momenata inercije na jednu os rotacije temelji se na činjenici da ukupna kinetička energija pokretnih dijelova pogona, upućenih na jednu os, ostaje nepromijenjena. U prisutnosti rotirajućih dijelova s momentima inercije J d , J 1 , J 2 , …J n i kutne brzine ω, ω 1 , ω 2 , … ω n moguće je njihovo dinamičko djelovanje zamijeniti djelovanjem jednog elementa koji ima moment inercije J i rotirajući brzinom ω .
U ovom slučaju možemo napisati jednadžbu ravnoteže kinetičke energije:
.
Ukupni moment inercije smanjen na osovinu motora bit će jednak:
,
Gdje J d- moment tromosti rotora (armature) M;
J 1 , J 2 , …J n su momenti tromosti preostalih elemenata kinematičke sheme.
Dovođenje inercijskih masa m, translacijsko kretanje, također se provodi na temelju jednakosti kinetičke energije:
,
Dakle, moment inercije smanjen na osovinu motora bit će jednak:
.
Kao rezultat operacija redukcije, stvarna kinematička shema zamjenjuje se izračunatom, energetski ekvivalentnom shemom. To je tijelo koje rotira oko fiksne osi. Ova os je os rotacije osovine motora. Na njega djeluju moment motora M i smanjeni otporni moment M s. Tijelo se rotira brzinom motora ω a ima smanjen moment tromosti J.
U teoriji električnog pogona, takva shema dizajna naziva se mehanički sustav s jednom masom. Odgovara mehaničkom dijelu AED-a s apsolutno krutim elementima i bez praznina.
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.