Curs de cursuri de acționare electrică automată. Acționare electrică automată. Clasificarea dispozitivelor electronice PDS
ACTIONARE ELECTRICA AUTOMATIZATĂ
Curs de prelegeri pentru studenții specialității
„Mașini și unelte pentru prelucrarea metalelor”
CAPITOLUL 1ÎNTREBĂRI GENERALE ALE AEP. MECANICA DEA
1.1. Concepte de bază și definiții
1.1. Caracteristicile mecanice ale mașinilor de lucru și ED
1.2. Caracteristicile mecanice ale DPT
1.3. Caracteristicile mecanice ale tensiunii arteriale
1.4. Caracteristicile mecanice ale SD
CAPITOLUL 2 METODE DE CALCUL AL PUTERII ŞI SELECTAREA MOTOARELOR ELECTRICE
2.1. Forțe și momente care acționează în EP
2.2. Aducerea momentelor de rezistență și inerție la arborele motorului
2.3. Remarci generale . Motoare de incalzire si racire
2.4. Metoda pierderii medii . metode echivalente.
2.5. Seria de motoare electrice utilizate în mașini-unelte
CAPITOLUL 3 ELEMENTE DE PUTERE ȘI PĂRȚI DE REGLEMENTARE ALE SEP
Clasificarea dispozitivelor electronice PDS
3.1. Convertoare cu tiristoare
3.2. Convertoare cu tranzistori
3.3. Senzori tipici
3.4. Unități tipice de protecție EP
3.5. Regulatoare tipice
CAPITOLUL 4 BOT TIPIC AL MAȘINILOR DE DEBAT METAL
4.1. Principii pentru construirea SEP-urilor tipice
4.2. PDS DC cu o singură buclă
4.3. SPR DC EP cu control pe o singură zonă
4.4. SPR DC EP cu control în două zone
4.5. AC SEP cu ASI și AIT (scheme cu OS pentru viteză și curent)
4.6. Sisteme de stabilizare a parametrilor tehnologici la tăierea metalelor
CAPITOLUL 5 URMA SEP A MAȘINILOR DE DEBIT METAL
5.1. Structuri tipice ale servo ED-urilor și elementele acestora
5.2. Urmărirea EA cu reglarea slave a parametrilor
5.3. Urmărirea EP a alimentării mașinilor de frezat copiat
LITERATURĂ
1. Acționare electrică automată a mecanismelor tipice de producție și a complexelor tehnologice: Manual pentru universități / M.P. Belov, V.A. Novikov, L.N. Raţionament. - M.: Centrul de Editură „Academia”, 2004. - 576 p.
2. Ingineria acţionărilor electrice şi sistemelor de automatizare: manual. indemnizație pentru studenți. superior manual instituții / M.P. Belov, O.I. Zementov, A.E. Kozyaruk și alții; sub. ed. V.A. Novikova, L.M. Cernigov. - M.: Centrul de Editură „Academia”, 2006. - 368 p.
3. Kovchin S.A., Sabinin Yu.A. Teoria antrenării electrice: manual pentru licee. - Sankt Petersburg: Energoatomizdat, 2000. - 496 p.
4. Shestakov V.M., Dmitriev B.F., Repkin V.I. Dispozitive electronice ale sistemelor automate de control: Manual. - Sankt Petersburg: Ed. LGTU, 1991.
CAPITOLUL 1. ASPECTE GENERALE ALE AEP. MECANICA AEP.
1.1. Concepte de bază și definiții
Există diferite tipuri de unități, dar datorită proprietăților de stocare eficientă, ușurință de transmisie, însumare și divizibilitate, electricitatea este utilizată mai pe scară largă decât alte tipuri de energie. În prezent, cea mai utilizată unitate electrică automată (GOST R 50369-92).
Acționare electrică (EP) Un sistem electromecanic se numește sistem electromecanic conceput pentru a pune în mișcare corpurile de lucru ale mașinilor, a controla în mod intenționat aceste procese și constă dintr-o transmisie, motor electric, convertor, dispozitive de control și informare.
dispozitiv de transfer concepute pentru a transforma formele de mișcare și transfer de energie mecanică de la dispozitivul de propulsie la corpurile de lucru ale mașinii.
Dispozitiv de propulsie transformă energia electrică în energie mecanică și formează, împreună cu dispozitivul de transmisie, formele specificate de mișcare ale corpurilor de lucru.
dispozitiv de conversie servește la conectarea PDS-ului la o sursă de energie electrică (rețea industrială sau autonomă), pentru a converti o formă de energie electrică în alta (de exemplu, redresarea AC).
Dispozitive de control și informare concepute pentru a forma legile date ale controlului fluxului de energie și mișcării corpurilor de lucru ale mașinilor.
clasificare EP
1. După programare: a) principal (de exemplu, mișcarea principală);
b) auxiliare (de exemplu, furaje).
2. După tipul de curent motor consumat: a) curent continuu;
b) curent alternativ.
3. După tipul de întrerupătoare de putere: a) tiristor;
b) tranzistor;
c) microprocesor
4. După tipul de sistem de control automat (ACS):
a) sisteme analogice (continue) EP (EPS);
b) EPS digital (discret);
c) SEP digital-analogic;
d) SEP liniar sau neliniar;
e) PDS static sau astatic;
5. După funcțiile îndeplinite:
a) control grosier al vitezei (PDS deschis);
b) control precis al vitezei (SEP închis);
c) urmărirea semnalelor de intrare care schimbă arbitrar (sisteme de urmărire);
d) dezvoltarea software a sarcinilor (SEP cu control program);
e) reglarea interconectată a parametrilor (SSE multimotor și interconectate);
Funcțiile a)-e) sunt considerate de bază. Funcțiile suplimentare includ: alarmă (diagnosticare) și protecție EA.
Caracteristicile mecanice ale motoarelor asincrone (IM)
1) Caracteristicile mecanice ale AD trifazate
Motorul electric asincron are o înfășurare statică trifazată. Când i se aplică o tensiune trifazată cu o frecvență, se formează un câmp magnetic care se rotește cu o viteză unghiulară, unde este numărul 10
perechi de poli statori (determinați prin pozarea înfășurării).
Rotorul IM se execută cel mai adesea în scurtcircuit ("cușcă veveriță"). La mașinile de ridicare și transport se folosește un rotor de fază, în care înfășurarea rotorului este adusă la o bază fixă prin inele de contact și conectată la rezistențe suplimentare.
În prezent, AD este utilizat în mod implicit pentru a conduce majoritatea obiectelor.
La descrierea IM, parametrii electrici ai motorului au indici: 1 - stator; 2 - rotor.
Când R 1 \u003d 0, caracteristica mecanică este descrisă de formula
, unde este momentul critic; - alunecare.
1 - natural ();
1" - invers (două din cele trei faze sunt interschimbate);
4 - IM cu un rotor de fază , .
moduri de frânare
5 - franare dinamica: se alimenteaza infasurarea statorului cu curent continuu, apoi se va frana rotorul care se invarte;
6 - contracurent (invers): (două faze își schimbă locurile);
7 - recuperare, cuplu invers. Decelerația la zero necesită un invertor care reduce continuu.
Pornire IM: Pentru a limita curenții de pornire a IM de mare putere sau pentru a obține o pornire ușoară a unei unități asincrone, utilizați:
1) includerea rezistențelor active sau inductive în circuitul statorului, care sunt scoase la sfârșitul pornirii;
2) pornirea „frecvenței” prin convertor, schimbând fără probleme frecvența alimentării motorului;
3) începe cu un rotor de fază;
4) pornirea reactorului - includerea rezistențelor inductive în circuitul rotorului. La începutul pornirii, frecvența curentului în rotor este apropiată de frecvența rețelei, rezistența inductivă este mare și limitează curentul de pornire.
2) Caracteristicile mecanice ale IM bifazate
Sunt eliberate la o putere de 1 kW. Poate fi realizat cu rotor solid sau tubular. OV, OU - respectiv, înfășurările de excitare și control; Pentru a schimba fazele în circuitul OB, un condensator cu o capacitate de 1-2 microfarad este conectat în serie pentru fiecare 100 de wați.
Când o singură fază.
Notă: cu controlul frecvenței, caracteristicile vor deveni liniare și paralele între ele, cu controlul de fază - doar liniar.
Remarci generale
1) Sarcina este o alegere competentă a unui motor electric pentru un anumit mecanism (unitate), ținând cont de încălzirea admisă și suprasarcina în curent și cuplu.
Pierderile sunt împărțite în:
Constantele - mecanice si din otel - nu depind de curentul motorului;
Variabilele - în cupru - sunt o funcție de pătratul curentului motorului.
Relația dintre pierderi și eficiență:
, Unde R- putere pe arbore; P 1 - consumul de energie.
2) Încălzirea și răcirea ED în timpul funcționării pe termen lung.
- cantitatea de căldură degajată (generată) de motorul electric;
Capacitatea termică a motorului;
- disiparea căldurii.
La o temperatură ambientală constantă, temperatura motorului va crește conform legii 
, unde este constanta de timp de încălzire, s; , deg.
3) Moduri de funcționare a motorului
a) lung (S1)
b) pe termen scurt (S2)
c) repetate pe termen scurt (S3, S4)
ciclu de lucru 
, unde - ciclu de lucru;
PV% standardizat = 15, 25, 40, 60%
4) Clasele de izolație și temperaturile de funcționare admise ale motoarelor.
În conformitate cu standardele internaționale, se disting următoarele clase de izolație
Pentru motoarele de uz general se folosesc clasele de izolație B și F.
5) Versiunea climatică a mașinilor electrice
6) Grade de protecție a mașinilor electrice (GOST 14254-80 și GOST 17494-72)
Denumirea generală a tipului de protecție (Protecție internațională) este IP, unde
Prima cifră: gradul de protecție a personalului împotriva contactului cu părțile mobile ale echipamentului și împotriva pătrunderii corpurilor străine solide în carcasă;
A 2-a cifră: gradul de protecție împotriva pătrunderii apei în echipament.
| IP | Numărul 1 | Numarul 2 | |
| Protecție la atingere | Protecția obiectelor străine | Protecție împotriva pătrunderii apei | |
| Neprotejat | Neprotejat | Neprotejat | |
| Din atingerea unei suprafețe mari (cu mâna) | De la obiecte mai mari de 50 mm | Din picăturile de apă care cad vertical | |
| Din atingerea degetelor tale | De la obiecte mai mari de 12 mm | De la picături și stropiri care cad vertical la o înclinare de până la 15 0 pe perpendiculară | |
| Împotriva contactului cu obiecte sau fire cu un diametru mai mare de 2,5 mm *) | De la obiecte mai mari de 2,5 mm | De la picături și stropiri care cad vertical la o înclinare de până la 60 0 pe perpendiculară | |
| Împotriva contactului cu obiecte sau fire cu un diametru mai mare de 1 mm *) | De la obiecte solide mici (mai mult de 1 mm) | Din picături de apă din toate părțile | |
| Împotriva contactului cu orice tip de echipament auxiliar *) | Din depunerea prafului în interior | Din jeturile de apă din toate părțile | |
| De la atingere prin mijloace auxiliare de orice tip | Din orice praf | Din valuri de apă | |
| - | - | Protecție la scufundare în apă | |
| - | - | Protecție împotriva scufundării prelungite în apă |
*) Nu se aplică ventilatoarelor de mașini electrice
Protecția motorului standard IP 54. La cerere sunt disponibile grade de protecție mai înalte IP 55 și IP 65.
Unități care funcționează cu un număr mare de porniri
Acționări cu masă inerțială suplimentară (rotor inerțial)
Unități controlate de convertizor cu un domeniu de control peste 1:20
Unități controlate de convertizor care mențin cuplul nominal la viteză mică sau în poziția de oprire
Metode de calcul al puterii
Alegerea puterii motorului la o sarcină staționară se efectuează în funcție de condiție (cea mai apropiată mai mare din catalog). În acest caz, motorul a venit pentru încălzire.
Luați în considerare alegerea puterii motorului sub sarcină variabilă:
1. Metoda pierderii medii (metoda directă).
Metoda se bazează pe diagrama de încărcare. Luați în considerare metoda directă de a lua în considerare pierderile din motor
1) Puterea medie pe arborele motorului se calculează folosind formula
, 
Legea Joule-Lenz 
Pierderile motorului sunt proporționale cu puterea activă. Astfel, încălzirea motorului este determinată nu de , ci de . De aici se pune problema calculării pierderilor.
2) selectarea puterii motorului,
Unde k= 1,2...1,3 - factor de siguranță, ținând cont de proporționalitatea pierderilor la pătratul curentului;
3) Calculul pierderilor la diferite sarcini folosind curbe de catalog conform formulei 
4) se determină pierderile medii pe ciclu 
;
5) alegerea puterii motorului în funcție de condiție, unde 
- motorul a venit pentru incalzire;
6) Motorul selectat trebuie verificat pentru suprasarcină și condiții de pornire
DPT: 
, ;
IAD: 
, 
Metode echivalente
Aceste metode sunt indirecte, deoarece iau în considerare indirect pierderile din mașina electrică.
1) Metoda curentului echivalent.
Se calculează un oarecare curent echivalent, ale cărui pierderi sunt echivalente cu cele reale cu sarcină variabilă, deoarece
2) Metoda momentului echivalent 
la f-const
; - motorul sa incalzit.
3) Metoda puterii echivalente la Ф-const, -const
; - motorul sa incalzit.
Motorul selectat trebuie apoi verificat pentru suprasarcină și condiții de pornire.
Cea mai răspândită utilizare este pentru metoda curentului echivalent, cea mai restrânsă pentru metoda puterii echivalente. Metodele de curent și putere echivalente nu sunt aplicabile pentru controlul în două zone, deoarece conțin blocuri de produse în formule , 
. Mai precisă este metoda pierderii medii (metoda directă).
Notă: În modul intermitent, motorul este selectat din condiția .
;
Aici, metodele de cuplu și curent echivalent practic nu sunt utilizate. Dacă sarcina în diferite cicluri nu este aceeași, calculați PV mediu, ținând cont n cicluri.
Convertoare cu tiristoare
Avantaje: a) fiabilitate; b) greutate redusă; c) putere de control scăzută; d) viteza mare; e) randament ridicat (0,95-0,97)
Dezavantaje: a) nu rezista la suprasarcini; b) scăderea cosului la sarcini mici; c) generarea de oscilații armonice mai mari în rețea la comutarea supapelor (pentru a le combate, acestea pornesc TOP)
1. Scheme TP și metode de control:
1) Circuitul de acționare inversă zero
m=3 - faza convertorului. Avantaje: mai puține tiristoare. Este folosit la unități de putere redusă.
2) Circuit de punte pentru redresarea unei acționări inversoare (circuitul lui Larionov)
m=6; Avantaje: a) mai puține șocuri de netezire; b) o clasă mai mică de tiristoare; Se aplică în drive-uri de putere medie și mare.
2. Modalități de a controla TS invers:
a) separat, când grupurile de tiristoare sunt controlate pe rând.
Avantaje: 1) absența curentului de supratensiune și, prin urmare, necesitatea pornirii reactoarelor de supratensiune (UR);
Dezavantaje: 1) o zonă largă de curenți intermitenți; 2) neliniaritatea caracteristicilor mecanice la origine; 3) convertor de tensiune invers lent.
În același timp, controlul separat al TP este utilizat mai des.
b) coordonate, când ambele grupe de tiristoare sunt controlate în comun, conform condiţiei 
, și 
, 
;
Avantaje: 1) caracteristică liniară; 2) o zonă îngustă de curenți discontinui; 3) înapoi rapid.
Dezavantaje: 1) prezența curenților de supratensiune statici și dinamici. Pentru a le combate, sunt incluse reactoare de supratensiune (UR).
3. Descrierea matematică a TP
1) Sistem de control al convertorului tiristor (SUTP) sau sistem de control al fazei impulsurilor (SIFU)
a) cu o tensiune de referință stabilizată din dinte de ferăstrău 
. Nu conține armonici mai mari în tensiunea de referință, asigură o deschidere clară a tiristoarelor și este utilizat la transformatoarele de putere medie și mare.
b) cu tensiune de referinţă sinusoidală nestabilizată 
. Este utilizat în stațiile de transformare de putere redusă, cu o gamă largă de control al vitezei din stațiile de transformare.
c) dacă SUTP este digital, atunci unghiul de deschidere a tiristorului este , unde este codul numeric.
2) Partea de putere a TP.
Descris prin expresia 
, Unde 
- EMF TP rectificat maxim. În plus , TP are o întârziere , medie . Pentru m=6 
.
a) SUTP cu o tensiune de referință stabilizată în dinți de ferăstrău.
Dependență neliniară 
.
b) SUTP cu tensiune de referință sinusoidală nestabilizată.
; 
- dependenta liniara !
Din cifre se poate observa că fluctuațiile tensiunii de rețea de curent alternativ (linie punctată) afectează EMF de ieșire în cazul a) și nu afectează în cazul b).
3) Sarcina TP (motor). Formează natura curentului convertorului, care poate fi continuu, continuu la limită și intermitent.
Natura curentului afectează caracteristicile unității. În zona de curent continuu, caracteristicile sunt rigide, deoarece rezistența internă a convertorului este mică. Cu curent intermitent, rezistența interioară a TC crește semnificativ, ceea ce reduce rigiditatea caracteristicilor. , unde este rezistența de comutare. se formează în modul de curent continuu când fazele se suprapun. - rezistenta dinamica a tiristoarelor.
Zona de curent intermitent este extrem de nefavorabilă pentru reglare, deoarece rigiditatea caracteristicilor de antrenare scade și apare o dependență neliniară (vezi Fig.).
Senzori tipici
Luați în considerare senzorii sistemului universal intern de controlere bloc de design analogic (UBSR-AI).
1) Senzor de curent DT1-AI Utilizarea unui amplificator operațional (OU) vă permite să decuplați circuitele de putere și de control ale unității, ceea ce este necesar și din motive de siguranță. Câştig 
este selectat astfel încât curentul maxim măsurat să corespundă cu .
2) Senzor de tensiune DN1-AI. Câștigul este ales astfel încât tensiunea maximă măsurată să corespundă cu .
3) Senzor EMF
3) Senzori de viteza. Ca senzori de viteză se folosesc tahogeneratoare de precizie de curent continuu și alternativ.
4) Senzori de poziție
a) Rezolvant. Funcționează pe principiul unui transformator rotativ sinuso-cosinus (SCRT). Într-un transformator rotativ, rotorul este format dintr-o bobină (înfășurare), care, împreună cu înfășurarea statorului, formează un transformator. În principiu, resolverul este aranjat exact în același mod, cu singura diferență că statorul este făcut nu dintr-una, ci din două înfășurări situate la un unghi de 90 ° una față de cealaltă. Resolverul este utilizat pentru a determina poziția absolută a arborelui motorului într-o singură rotație. În plus, semnalul resolver determină valoarea vitezei și simulează un encoder incremental pentru controlul poziției. Rotorul resolver este atașat la arborele motorului. Pentru a putea transmite rotorului o tensiune purtătoare alternativă fără perii, pe stator și rotor sunt plasate înfășurări suplimentare. Din două tensiuni sinusoidale de ieșire și deplasate cu 90° (Fig. 7), este posibil să se determine unghiul rotorului, viteza și semnalul de poziție incremental (simularea codificatorului incremental).
b) Senzori fotoelectrici din seria PDF. Fără variație de temperatură și timp. 500-5000 imp/rev.
5) Senzori nepotriviți. Sunt utilizate în sistemele de urmărire.
a) Senzori potențiometrici de nepotrivire
b) Selsyns în modul transformator. Selsyn-ul are o înfășurare a statorului cu 2 faze și o înfășurare a rotorului cu 3 faze. Axa senzorului selsyn este pusă în mișcare de la dispozitivul principal, iar axa receptorului selsyn - de la executiv. Cu o diferență de unghiuri (adică, o eroare de urmărire), este generată o tensiune pe înfășurarea statorului. Selsyns funcționează cu unghiuri de eroare de până la 90 de grade, apoi apare semnalul „răsturnare” (vezi figura). Există și inductosyns - analogi liniari ai selsyns.
Regulatoare tipice
1) Statica este descrisă prin ecuații algebrice (AE), iar dinamica - prin diferențială DE. Pentru a facilita studiul dinamicii sistemelor electromecanice complexe folosind transformata Laplace 
trece de la domeniul t temporar la domeniul p al imaginilor, unde p (s) este operatorul de diferențiere (Laplace), . În acest caz, unitățile de control sunt înlocuite cu AU.
Funcția de transfer (TF) W(p) este raportul dintre imaginile Laplace ale variabilei de ieșire și intrarea (vezi cursul TAU).
2) Indicatori ai calității procesului de tranziție. Luați în considerare procesul tranzitoriu într-un sistem închis:
a) Eroare statică 
;
b) Ora procesului tranzitoriu - ora ultimei intrări a valorii reglate în zona 5%;
Acoperi trage 
;
3) Regulatoare tipice. Folosit în sisteme închise pentru a obține indicatorii de calitate solicitați. Cele mai utilizate sunt regulatoarele proporționale (P), proporționale-integrale (PI) și proporționale-integrale-derivate (PID). Alegerea tipului de controler este determinată de funcția de transfer a obiectului de control. Funcțiile de transfer ale autorităților de reglementare
; 
; 
| Implementarea circuitului analogic | Câştig |
 |  |
 ;
|  |
 ; ;
|  |
SEP cu o singură buclă
Mulți oameni cred în mod eronat că o acționare electrică este un motor electric care efectuează un fel de muncă. De fapt, acest lucru nu este în întregime adevărat. Sistemul de acționare electrică include nu numai un motor electric, ci și o cutie de viteze, un sistem de control pentru acesta, senzori de feedback, diverse relee etc. Acesta nu este un sistem electric, ci unul electromecanic. Poate fi reglabil (automat, automat sau neautomat) sau nereglabil (pompe de uz casnic etc.). Vom lua în considerare tipurile de dispozitive reglementate.
Acționare electrică neautomatizată
Când acest dispozitiv funcționează, toate acțiunile de reglare a oricăror coordonate sunt efectuate în modul manual. Adică pentru funcționarea acestui tip de dispozitiv este nevoie de un operator, o persoană care va monitoriza executarea corectă a proceselor. Un exemplu este o macara electrică, în care toate acțiunile sunt efectuate de operator.
Acționare electrică automată
Spre deosebire de unitățile neautomatizate, cele automate au semnale de feedback prin coordonate sau parametri (curent motor, viteză, poziție, cuplu). Mai jos este diagrama bloc:
Schema structurală a unei acționări electrice automate
ZA - echipament de protecție (întrerupătoare, siguranțe, etc.)
PEE - convertor de energie electrică (chastotnik, convertor tiristor)
DT - senzor de curent
DN - senzor de tensiune
SU PEE - sistem de control al convertorului
PU - panou de control
PM - mecanism de transmisie (cuplaj, cutie de viteze etc.)
RO - corp de lucru
ED - motor electric
Cu o astfel de structură de control, sistemul de control PEE controlează nu numai convertorul, ci întregul sistem simultan. Cu un astfel de control, senzorii de feedback asigură controlul asupra parametrilor și semnalează acest lucru operatorului. Acest sistem în modul automat poate efectua unele operații (pornire, oprire etc.), dar necesită totuși prezența unei persoane pentru a controla funcționarea acestui dispozitiv. De exemplu, lansarea unei linii de transport multiplu, unde nu toate transportoarele sunt pornite deodată, ci pe rând, unde se ia în considerare și ora de începere a fiecărei linii și condițiile de pornire. Tocmai așa se opresc.
După cum se poate observa din diagrama bloc, semnalele de feedback ajung la consola operatorului, care observă direct procesul tehnologic, iar o parte vine în sistemul de control al dispozitivului de conversie pentru a implementa protecțiile de bază și a rezolva unele modificări în semnalul de setare care vine. din panoul de control.
Acționare electrică automată
Prezența unei persoane nu este necesară pentru funcționarea acționării electrice în modul automat. În acest caz, totul se întâmplă automat. Mai jos este diagrama bloc:
Schema structurală a sistemului de control automat cu acționare electrică APCS - sistem automat de control al procesului
După cum putem vedea din diagrama bloc, toți senzorii de feedback vin la sistemul de control al procesului. Procesează semnalele de la senzori și oferă semnale de control altor subsisteme. Această structură de control este foarte convenabilă, deoarece nu necesită monitorizarea constantă a procesului de către operator și reduce influența factorului uman. De exemplu, palanele de mine modernizate care pot funcționa în mod automat, ghidate de senzori de feedback
În lumea modernă, sistemele automate de control al proceselor sunt introduse în mod activ nu numai pentru acționările electrice. Foarte rar există sisteme cu control manual al proceselor tehnologice, toate sunt fie automatizate, fie sisteme automate de control al proceselor sunt implementate integral pe aceste linii.
O unitate electrică modernă este o unitate structurală a unui convertor de energie electromecanic (motor), a unui convertor de putere și a unui dispozitiv de control. Acesta asigură conversia energiei electrice în energie mecanică în conformitate cu algoritmul instalației tehnologice. Domeniul de aplicare al acționării electrice în industrie, transport și viața de zi cu zi este în continuă extindere. În prezent, mai mult de 60% din toată energia electrică generată în lume este consumată de motoarele electrice. În consecință, eficiența tehnologiilor de economisire a energiei este determinată în mare măsură de eficiența acționării electrice. Dezvoltarea sistemelor de propulsie performante, compacte si economice este o prioritate in dezvoltarea tehnologiei moderne. Ultimul deceniu al secolului trecut a fost marcat de progrese semnificative în electronica de putere - producția industrială de tranzistoare bipolare cu poartă izolată (IGBT), module de putere bazate pe acestea (rack-uri și invertoare întregi), precum și module inteligente de putere (IPM) cu protecția încorporată a cheilor și interfețele au fost stăpânite pentru conectarea directă la sistemele de control cu microprocesor. Creșterea gradului de integrare în tehnologia microprocesoarelor și tranziția de la microprocesoare la microcontrolere cu un set încorporat de dispozitive periferice specializate au făcut tendința de înlocuire în masă a sistemelor de control analogice a unităților cu sisteme. control digital direct. Controlul digital direct înseamnă nu numai controlul direct de la microcontroler prin fiecare tastă a convertorului de putere (invertor și redresor controlat, dacă există), ci și posibilitatea introducerii directe a diferitelor semnale de feedback în microcontroler (indiferent de tipul de semnal: discret, analog sau impuls) urmat de procesare hardware și software în interiorul microcontrolerului. Astfel, sistemul de control digital direct este axat pe respingerea unui număr semnificativ de plăci de interfață suplimentare și pe crearea de controlere de control cu o singură placă. În limită, sistemul de control încorporat este proiectat ca un singur cip și, împreună cu convertorul de putere și motorul executiv, este integrat structural într-un întreg - un modul de mișcare mecatronic.
Luați în considerare structura generalizată a acționării electrice (Fig. 6.25). Este posibil să se evidențieze două canale care interacționează în el - puterea, care realizează transferul și conversia energiei de la electric la mecanic și informații.
În funcție de cerințele pentru acționarea electrică, ca convertor electromecanic se folosesc diverse mașini electrice: curent alternativ asincron și sincron, curent continuu colector și fără perii, treptat, reactiv cu supapă, inductor cu supapă etc.
Canalul de informare este conceput pentru a controla fluxul de energie, precum și pentru a colecta și procesa informații despre starea și funcționarea sistemului și pentru a diagnostica defecțiunile acestuia. Canalul de informații poate interacționa cu toate elementele canalului de putere, precum și cu operatorul, alte sisteme de acționare electrică și sistemul de control de nivel superior.
Orez. 6.25. Structura generalizată a acționării electrice
Pentru o lungă perioadă de timp, utilizarea în masă a unităților de viteză variabilă a fost constrânsă de doi factori:
valori admisibile relativ mici ale curenților, tensiunilor și frecvențelor de comutare ale dispozitivelor semiconductoare de putere;
limitarea complexității algoritmilor de control implementați sub formă analogică sau pe microcircuite digitale de grad mic și mediu de integrare.
Apariția tiristoarelor pentru curenți și tensiuni ridicate a rezolvat problema unui convertor static pentru o unitate electrică de curent continuu. Cu toate acestea, nevoia de închidere forțată a tiristoarelor de-a lungul circuitului de putere complică în mod semnificativ crearea de invertoare autonome pentru o unitate electrică AC controlată în frecvență. Apariția unor tranzistoare puternice cu efect de câmp complet controlate, desemnate în literatura străină drept MOSFET (Metal - Oxide - Tranzistor cu efect de câmp semiconductor) și tranzistoare bipolare cu poartă izolată IGBT (Tranzistor bipolar cu poartă izolată) a condus la dezvoltarea rapidă a tehnologiei convertoarelor. și extinderea constantă a domeniului de aplicare a acționărilor electrice asincrone cu convertoare de frecvență. Un alt factor care a condus la posibilitatea introducerii în masă a unei unități electrice controlate de frecvență a fost crearea de microcontrolere cu un singur cip cu putere de calcul suficientă.
O analiză a produselor producătorilor de top din lume de sisteme de acționare și materiale ale cercetării științifice publicate în acest domeniu ne permite să observăm următoarele tendințe pronunțate în dezvoltarea acționării electrice:
Ponderea sistemelor de acţionare cu motoare de curent continuu este în scădere constantă, iar ponderea sisteme de antrenare cu motoare curent alternativ. Acest lucru se datorează fiabilității scăzute a comutatorului mecanic și costului mai mare al motoarelor cu comutator de curent continuu în comparație cu motoarele de curent alternativ. Potrivit experților, la începutul secolului următor, ponderea unităților DC va fi redusă la 10% din numărul total de unități.
În prezent, aplicația predominantă este acţionări cu motoare asincrone cu colivie. Majoritatea acestor unități (aproximativ 80%) sunt nereglementate. Datorită reducerii puternice a costului convertoarelor statice de frecvență, cota unități electrice asincrone controlate de frecvență creste rapid.
O alternativă naturală la unitățile de colectare DC sunt unitățile cu supapă, adică comutată electronic motoare. ca executiv Mașini DC fără perii(BMPT), se folosesc predominant motoare sincrone cu excitație de la magneți permanenți sau cu excitație electromagnetică (pentru puteri mari). Acest tip de acționare este cel mai promițător pentru construcția de mașini-unelte și robotică, cu toate acestea, este cel mai scump. O anumită reducere a costurilor poate fi obținută prin utilizarea unui motor sincron cu reluctanță ca dispozitiv de acționare.
Drive-ul secolului următor, conform previziunilor majorității experților, va fi un drive bazat pe motor cu reluctanta comutat(VEDERE). Motoarele de acest tip sunt ușor de fabricat, fabricabile și ieftine. Au un rotor feromagnetic pasiv fără înfășurări sau magneți. În același timp, proprietățile ridicate ale consumatorilor ale unității pot fi asigurate numai prin utilizarea unui sistem puternic de control cu microprocesor în combinație cu electronica modernă de putere. Eforturile multor dezvoltatori din lume sunt concentrate în acest domeniu. Pentru aplicațiile tipice, motoarele cu inductor cu autoexcitare sunt promițătoare, iar pentru acționările de tracțiune, motoarele cu inductor cu excitație independentă din partea statorului sunt promițătoare. În acest din urmă caz, există posibilitatea controlului vitezei în două zone prin analogie cu unitățile de curent continuu convenționale.
6.2.1. Acționări electrice asincrone
cu control scalar
Metodele de control scalar asigurau atingerea caracteristicilor statice cerute si erau folosite in actionari electrice cu sarcina "liniuta". La intrarea acestor sisteme, de regulă, au fost pornite generatoare de intensitate, care limitau rata de creștere (scădere) a semnalului de intrare la o astfel de valoare la care procesele din sistem pot fi considerate constante, adică termenul ar putea fi neglijat în ecuație , la fel de .
Pe fig. 6.26 prezintă caracteristicile mecanice ale unui motor asincron cu colivie pentru toate cele patru legi de control pentru un model liniar care nu ia în considerare saturația circuitului magnetic. Trebuie repetat faptul că legile de control enumerate au fost utilizate pe scară largă și s-au dovedit bine în acționările electrice, unde viteza de control nu este necesară și nu există modificări bruște ale cuplului de sarcină.
Orez. 6.26. Caracteristicile mecanice ale AKZ
sub diferite legi de control
Cea mai simplă dintre aceste legi este prima: Această lege, atunci când se utilizează un invertor cu PWM sinusoidal, este implementată în aproape toate convertoarele cu semiconductori, care sunt produse de numeroase companii și sunt oferite pe piață. Comoditatea acestei legi constă în faptul că acționarea electrică poate funcționa fără feedback negativ al vitezei și are o rigiditate naturală a caracteristicilor mecanice într-un interval limitat de control al vitezei.
În acționările electrice cu control scalar, alte relații între frecvență și tensiune sunt, de asemenea, folosite pentru a regla sau stabiliza viteza. Alegerea acestui raport depinde de momentul de sarcină și este determinată din condițiile de menținere a capacității de suprasarcină:
Unde M max este cuplul maxim de scurtcircuit, Μ H - momentul de sarcină pe arborele mașinii.
Legea variației tensiunii și frecvenței care satisface cerința (6.15) conform ipotezei rs= 0, instalat
M.P. Kostenko. Această lege are forma
Unde U NOM,f NOM,Μ NOM - valorile nominale date în datele pașaportului mașinii.
Dacă legea modificării cuplului este cunoscută în prealabil, atunci se poate determina raportul necesar între tensiune și frecvență la ieșirea invertorului. Luați în considerare trei tipuri clasice de sarcini pe arborele mașinii:
MH= const, ; PH = M H wm = const, ; . (6,16)
Convertizoarele de pe piață sunt adesea proiectate pentru a fi reconfigurate pentru a se adapta tuturor celor trei legi. Circuitul de antrenare electrică care implementează legile considerate este prezentat în fig. 6.27. Convertorul funcțional (FC) implementează una dintre dependențele (6.16), determinată de natura sarcinii. Convertorul cu semiconductor (SC) include un invertor autonom și sistemul său de control, generatorul de intensitate (SI), după cum sa menționat deja, formează un semnal de intrare care crește lent. În acest caz, creșterea vitezei în unitate nu va fi însoțită de fluctuații intense ale cuplului și curentului, care sunt observate în timpul pornirii directe.
Orez. 6.27. Diagrama funcțională a unui asincron deschis
Pentru sarcini mai complexe se folosesc alte legi ale reglajului scalar, care sunt implementate folosind feedback. Aceste legi sunt discutate mai sus pe baza unei analize a funcționării unei mașini asincrone în stare staționară.
Luați în considerare o altă lege de control scalară, care este utilizată în construcția de acționări electrice cu invertoare de curent autonome - aceasta este legea ψ R= const.
Implementarea acestei dependențe în acționarea electrică este prezentată în schema funcțională (Fig. 6.28). Astfel de sisteme se numesc frecvență-curent.
Blocul PP din sistem poate fi implementat în două moduri. În primul caz (Fig. 6.28), acesta conține un redresor controlat, un filtru inductiv în serie și un invertor autonom. Trebuie subliniat faptul că filtrul inductiv conferă invertorului caracteristica unei surse de curent. O astfel de sursă de curent se numește parametrică.
Orez. 6.28. Diagrama funcțională a asincronului
acţionare electrică cu control scalar
6.2.2. Acționări electrice asincrone
cu control vectorial
Pe fig. 6.29 prezintă structura unui convertizor de curent alternativ cu control vectorial. Ca motor executiv poate fi folosit fie un motor sincron cu un rotor magnetoelectric activ, fie un motor sincron cu reluctanță. De asemenea, este posibil să se utilizeze această structură pentru a controla motoare trifazate cu reluctanță comutată cu alimentare bipolară, precum și motoare pas cu pas în modul motoarelor de curent continuu fără perii.
Ca convertor de putere este folosit un invertor bazat pe comutatoare IGBT sau module inteligente de putere. Driverele invertorului conectate direct la ieșiri generator PWM microcontroler care funcționează în modularea lățimii impulsului vector de bază(modulație vectorială PWM), care maximizează utilizarea tensiunii DC link și minimizează pierderile dinamice din invertor (mai detaliat).
Orez. 6.29. Schema structurală a unității
Controlul vectorului AC
Structura din fig. 6.29 presupune utilizarea unui codificator de impulsuri pentru poziția rotorului motorului. Semnalele de la senzor sunt introduse direct în controler și procesate în blocul de estimare a poziției, care poate fi implementat pe baza unui dispozitiv periferic special - cronometru cu modul de operare „quadratură”.. Codul poziției mecanice a rotorului este convertit programatic în codul poziției electrice a rotorului în interiorul diviziunii de poli a mașinii q. Pentru a implementa unitatea de estimare a vitezei, pot fi utilizate fie dispozitive periferice speciale ale microcontrolerului, al căror principiu de funcționare se bazează pe măsurarea intervalului de timp pentru ca motorul să elaboreze o anumită secțiune a traseului. (estimatoare de viteză), sau periferice de uz general, cum ar fi procesoare de evenimente sau manageri de evenimente. În acest din urmă caz, cronometrul care funcționează în modul „quadratură” este baza pentru unul dintre canalele de comparație. De îndată ce motorul a parcurs distanța specificată, va apărea o întrerupere a comparației. În rutina de service pentru această întrerupere, procesorul va determina intervalul de timp de la întreruperea anterioară și va calcula viteza curentă de unitate w. Este de dorit ca temporizatorul care funcționează în modul „quadratură” să permită inițializarea inițială în conformitate cu numărul de semne pe rotație al codificatorului de impulsuri și, de asemenea, să aibă un mod pentru corectarea automată a stării sale folosind codificatorul de referință. Estimatorul de viteză trebuie să funcționeze cu rezoluție reglabilă atât în ceea ce privește numărul de impulsuri pe perioadă de măsurare a vitezei (de la 1 la 255), cât și cu rezoluție reglabilă în timp (rezoluție maximă 50 - 100 ns cu un interval de reglare a rezoluției de 1:128) . Dacă sunt îndeplinite cerințele de mai sus pentru dispozitivele periferice ale microcontrolerului, atunci va fi posibilă măsurarea vitezei în intervalul de cel puțin 1:20000 cu o precizie nu mai slabă de 0,1%. Pentru a măsura variabile electrice, microcontrolerul trebuie să aibă ADC încorporat cu o rezoluție de cel puțin 10 - 12 biți și un timp de conversie de cel puțin 5 - 10 µs. De regulă, opt canale ADC sunt suficiente pentru a primi nu numai semnale de feedback de curent de fază, ci și semnale de feedback de tensiune și curent în legătura DC, precum și semnale de setare externă. Semnale analogice suplimentare sunt utilizate pentru a implementa protecția invertorului și a motorului. Funcționarea ADC va fi mai productivă dacă microcontrolerul permite scanarea automată și pornirea procesului de conversie. Acest lucru se face de obicei fie prin utilizarea unui dispozitiv periferic separat - procesor periferic de tranzacții, sau folosind Modul de pornire automată ADC de la un procesor de evenimente sau un generator de semnal PWM. Este de dorit ca cel puțin două semnale analogice să fie eșantionate simultan.
În blocul de modulație vectorială PWM, componentele vectorului de tensiune sunt mai întâi convertite în sistemul de coordonate polar (g, r) asociat cu axa longitudinală a rotorului, iar apoi, ținând cont de poziția curentă a rotorului q, sectorul de lucru , se determină unghiul intra-sectorial și componentele vectorilor de bază în sistem de coordonate absolut asociate statorului. Se formează tensiunile aplicate înfășurărilor motorului U a , U b , U c. Toate transformările de coordonate enumerate mai sus (transformări directe și inverse Park și Clark) trebuie efectuate în timp real. Este de dorit ca microcontrolerul utilizat pentru implementarea sistemului de control vectorial să aibă bibliotecă de funcții încorporată adaptat pentru controlul eficient al motorului, inclusiv funcțiile de transformare a coordonatelor. Timpul de implementare a fiecăreia dintre aceste funcții nu trebuie să depășească câteva microsecunde.
O caracteristică distinctivă a sistemului de control vectorial pentru motoarele asincrone este necesitatea de a utiliza o unitate de calcul suplimentară, care evaluează poziția unghiulară curentă a vectorului de flux al rotorului. Acest lucru se face pe baza unei soluții în timp real a unui sistem de ecuații diferențiale compilate în conformitate cu modelul matematic al motorului. Desigur, o astfel de operațiune necesită resurse de calcul suplimentare ale procesorului central.
6.2.3. Supapă și fără contact
Mașini de curent continuu
Mașinile cu curent continuu fără contact (BMPT) și mașinile cu supapă (VM) sunt un motor sincron într-un sistem închis (Fig. 6.30) implementat folosind un senzor de poziție a rotorului (RPS), un convertor de coordonate (PC) și un convertor de semiconductor de putere (PSC). ).
Diferența dintre BMPT și VM este doar în modul în care este generată tensiunea la ieșirea convertorului semiconductor de putere. În primul caz, pe înfășurările mașinii se formează o tensiune pulsată (curent). În al doilea caz, la ieșirea SPP se formează o tensiune (curent) sinusoidală sau cvasi-sinusoidală.
Trebuie remarcat faptul că BMPT-urile diferă de mașinile cu pas prin faptul că sunt incluse într-un sistem închis de generare a tensiunii. În ele, tensiunea se formează în funcție de poziția rotorului, iar aceasta este diferența lor fundamentală față de cele în trepte, în care poziția rotorului depinde de numărul de impulsuri de control.
Orez. 6.30. Diagrama funcțională a BMPT și VM
Motoarele cu histerezis și reluctanță se deosebesc în seria de mașini sincrone. Aceste mașini sunt rar utilizate în acționarea electrică.
Dintre toate tipurile considerate de mașini sincrone în sistemele controlate, mașinile cu supape sunt considerate cele mai promițătoare.
Într-un număr de aplicații, de exemplu, pentru acționări cu reluctanță comutată și motoare DC fără perii, este suficient să se mențină un anumit nivel de curent fix în înfășurarea motorului în timpul intervalului de comutare. Structura sistemului de control este considerabil simplificată. Particularitatea circuitului (Fig. 6.31) este că generatorul PWM asigură două funcții simultan: comutarea automată a fazelor motorului în funcție de semnalele senzorului de poziție și menținerea curentului la un anumit nivel prin reglarea tensiunii aplicate motorului. înfăşurări.
Prima funcție poate fi implementată automat dacă generatorul are încorporat unitate de control ieșire A care acceptă comenzi de la procesorul de evenimente. A doua funcție este tradițională și este implementată prin modificarea ciclului de lucru al semnalelor PWM de ieșire. Pentru a estima poziția rotorului motorului, poate fi utilizat fie un codificator cu element Hall, fie un encoder de impulsuri mai scump. În primul caz, semnalele de la senzorul de poziție sunt introduse în microcontroler la intrări module de captare a procesorului de evenimente.
Executarea fiecărei etape întregi de către motor este identificată de procesorul de evenimente și determină comutarea automată a tastelor invertorului. Întreruperea care apare de fiecare dată când o margine este capturată de la encoder este utilizată pentru a estima timpul dintre două comutări adiacente și, în plus, viteza unității. În cel de-al doilea caz, puteți obține informații mai precise despre poziția actuală a rotorului motorului și despre viteza acestuia, ceea ce poate fi necesar la acționările cu control inteligent al unghiului de comutare în funcție de viteză. Astfel, sistemele complete de control vectorial al drive-ului AC necesită pentru implementarea lor microcontrolere de înaltă performanță cu o gamă largă de periferice încorporate de mai sus care permit colaborarea și necesită resurse minime de la procesorul central pentru întreținerea acestuia.
Orez. 6.31. Schema bloc a sistemului de control
motor DC fără perii
6.3. semiconductor de putere
convertoare din sistem
acționare electrică automată
Convertoarele semiconductoare de putere din sistemele de automatizare îndeplinesc funcția de reglare a vitezei și a cuplului unui motor electric. Acestea sunt conectate între consumatorul de energie (de obicei un motor electric) și sursa principală de energie (Fig. 6.32). Conform principiului de funcționare, convertoarele de putere sunt împărțite în următoarele tipuri de bază:
redresoare controlate (HC), care convertesc o tensiune alternativă, de obicei sinusoidală, a unei surse de energie cu frecvență constantă (de obicei industrială
fși = 50 Hz sau fși \u003d 400 Hz) și cu o valoare efectivă constantă (de obicei Uși = 220 V sau Uși = 360 V), într-o tensiune de ieșire DC reglată ( U P =
var, f n = 0).
convertoare de lățime a impulsurilor (PWM), care convertesc tensiunea DC a sursei de alimentare
(Uși =
const, fși = 0) într-o tensiune continuă reglată constantă la ieșire ( U P =
var, f n = 0).
invertoare autonome (AI), care convertesc tensiunea de alimentare DC ( Uși = const, fși = 0) într-o tensiune alternativă la ieșire cu o valoare efectivă reglabilă și o frecvență reglabilă ( U n = var, f n = var).
convertoare directe de frecvență (NPC) transformă o tensiune alternativă, de obicei sinusoidală, de frecvență constantă ( fși = 400 Hz sau fși = 50 Hz) cc rms (de obicei 220 V) într-o tensiune de ieșire AC cu rms reglabil și frecvență reglabilă ( U P = var, f P = var).
Orez. 6.32. Modalități de bază de utilizare a convertoarelor de putere
Trebuie remarcat faptul că aici tensiunile constante ( f= 0) sunt caracterizate prin valori medii U i.sr., U n.sr și variabile ( f¹ 0) – valori efective ( Uși, U P).
Astfel, convertoarele de putere UV, SHIP pot fi folosite pentru a controla (tensiune, curent, putere) consumatorii de curent continuu. Mai mult, acestea din urmă pot fi nu numai motoare electrice, ci și consumatori cu o sarcină activă (rezistivă) (astfel de convertoare de putere sunt utilizate în sursele de alimentare reglate). Dacă sursa de alimentare este AC, atunci poate fi utilizat fie un HC, fie o combinație de redresor și PWM.
Pentru consumatorii de curent alternativ (care este cel mai adesea o mașină de curent alternativ), se folosește AI și, atunci când este alimentat de la o sursă de curent alternativ, un NFC sau o combinație de UV și AI, sau un redresor și AI.
6.3.1. Redresoare controlate
Sursa de energie pentru redresoarele controlate este rețeaua de curent alternativ. Principiul controlului este că, în semiciclul pozitiv al tensiunii de alimentare, cheia electronică (de obicei un tiristor) se deschide și furnizează tensiune consumatorului doar pentru o parte a acestui semiciclu. Tensiunea și curentul de la ieșirea redresorului controlat conțin componente constante și variabile. Prin modificarea momentului (fazei) deschiderii cheii electronice se modifica valoarea medie a tensiunii la intrarea consumatorului de energie. Redresoarele controlate sunt cel mai frecvent utilizate pentru a conduce un motor de curent continuu printr-un circuit de armătură.
Există un număr mare de scheme diferite de redresoare controlate. Conform principiului de funcționare și construcție, acestea pot fi împărțite în două grupe: semi-undă (circuite cu un fir neutru), în care se folosește doar o jumătate de undă din tensiunea rețelei și două jumătate de undă (punte). circuite), unde sunt utilizate ambele semi-unde ale tensiunii de rețea de curent alternativ.
Luați în considerare funcționarea celui mai simplu circuit tiristor cu undă completă cu o sarcină pur activă R n (Fig. 6.33).
La sursa de tensiune de rețea sinusoidală U iar cu amplitudine n prin puntea tiristorice
VS1 – VS4. tiristoare diagonale VS1, VS4și VS2, VS3 deschis în perechi, alternativ în momentul de timp determinat de unghiul de deschidere a.
În intervalul α < w t< La sarcină se aplică o tensiune de 180° U P =U m păcat w t.În fig. 6.35 curba tensiunii de sarcină este umbrită în întuneric.
Deoarece sarcina este activă (rezistivă), curba curentului urmează curba tensiunii. La vremea w t = 180° curentul scade la zero și perechea corespunzătoare de tiristoare diagonale se închide. Acest proces se repetă la fiecare jumătate de ciclu. Tiristoarele sunt controlate de impulsuri de scurtă durată, cu o margine anterioară destul de abruptă, ceea ce reduce pierderea de putere a tiristorului atunci când este pornit și, în consecință, încălzirea acestuia.
Metoda de control de fază considerată poate fi implementată folosind metode de defazare, dintre care una este o metodă de control vertical bazată pe compararea tensiunii de referință (de obicei dinți de ferăstrău) și a tensiunii constante a semnalului de control. Egalitatea valorilor instantanee ale acestor tensiuni determină faza a, în care circuitul generează un impuls, apoi amplificat și alimentat la electrodul de control al tiristorului. Modificarea fazei a a impulsului de control se realizează prin modificarea nivelului de tensiune al semnalului de control U ex. Schema de control funcțional este prezentată în fig. 6.34. Tensiunea de referință generată de generatorul de tensiune din dinți de ferăstrău al GPN și sincronizată cu tensiunea de rețea folosind dispozitivul de sincronizare SU este alimentată circuitului de comparație CC, care primește simultan tensiunea de intrare (semnal de control). Semnalul din circuitul de comparație este alimentat la modelul de impulsuri (FI), apoi la distribuitorul de impulsuri (RI), la amplificatoarele de putere (U), de unde este alimentat la electrodul de control sub forma unui puternic, abrupt. -puls controlat de margine și fază.
MINISTERUL EDUCAȚIEI ȘI ȘTIINȚEI
FEDERAȚIA RUSĂ
AGENȚIA FEDERALĂ PENTRU EDUCAȚIE
INSTITUȚIE DE ÎNVĂȚĂMÂNT DE STAT
ÎNVĂŢĂMÂNT PROFESIONAL SUPERIOR
UFIMSKY STATE ULEI
UNIVERSITATE TEHNICA
V.I.BABAKIN
Curs de prelegeri pe disciplina:
„Acționare electrică automată standard
mecanisme de producţie şi tehnologice
complexe.”
Partea 2.
Ufa 2007
1.AED cu motor asincron 4
1.1AEP cu IM cu control reostat 4
1.2AEP cu AKZD cu tensiune reglabilă furnizată la statorul AD 5
2. Starea actuală a DEA cu motoare de curent alternativ 7
2.1 Probleme de sinteză și control al DEA 7
3.Acționare electrică asincronă automată folosind sincron
Convertoare de frecvență pentru mașini electrice 9
4. Acționare electrică asincronă automată folosind asincron
Convertoare de frecvență pentru mașini electrice 11
5.Acționare electrică automată cu motor AC cu convertoare statice de frecvență (SFC) 11
5.1 Convertor de frecvență cu circuit DC 12
13
7. AEPT cu PE având redresor controlat în structură………………………… .14
8. Controlul vitezei în DEA cu FC cu UV………………………………………………… ...17
9. Începeți în AED cu FC cu SW………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………
10. Frânare în AED cu SW…………………………………………………………………..19
10.1.Putere de frânare inversă (RT)………………………………………………… ..19
10.2.Frânare dinamică………………………………………………………………… 19
10.3.Marşarier……………………………………………………………………………………………. ..20
11. Avantajele și dezavantajele DEA cu FC cu SW……………………………………………… .20
12. Acționare electrică automată folosind un invertor cu WIDE…………….20
13. Reglarea vitezei, frânarea la pornire în AED cu WID…………………………… ...21
13.1 Controlul vitezei în DEA cu WID…………………………………………………………… …21
13.2 Pornirea în DEA cu SHIRD………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………
13.3 Frânarea în AED cu SHIR………………………………………………………………… 22
14 Acționare electrică automată folosind un invertor PWM……………22
15 Principiul de funcționare al invertorului cu PWM………………………………………………………………………………..23
16 Scheme schematice ale invertorului cu PWM…………………………………………………………………24
17 FC cu PWM bazat pe tiristoare neblocabile……………………………………………....25
18 Element de bază ale convertizoarelor de frecvență moderne………………………………………….26
18.1 Filtre de putere……………………………………………………………………………………………27
18.2 Caracteristicile comutatoarelor moderne de putere puternice cu radiator cu două fețe
19 Scheme principale ale invertoarelor bazate pe tranzistoare IGBT……………...29
20 Controlul vitezei în AED cu FC cu PWM………………………………………………………….29
21 Începând în AED cu FC cu PWM………………………………………………………………………………..29
22 Frânarea în AED cu invertor PWM…………………………………………………… .29
23 Moduri de urgență în AED cu FC cu PWM……………………………………………………29
24 Influența lungimii cablului de montare asupra supratensiunii la bornele motorului……….30
25 Principii și fundamente ale controlului vectorial……………………………………………...34
26 Realizarea controlului vectorial…………………………………………………………………..36
27 Acționare electrică CA automată cu conversie directă
Paleta de frecvență (LFC)………………………………………………………………… ..38
28 Convertizor de curent alternativ automatizat în circuite în cascadă………….40
29 Acționări electrice automate cu cascade de motoare electrice…………………………………………………………………………………………… 42
30 Acționări electrice automate cu cascade de electromașini electromecanice………………………………………………………………………………………………………..43
31 Acționări electrice automate cu trepte de supape asincrone (AVK).44
32 Unități de curent alternativ automatizate cu mașini cu alimentare dublă
Niya……………………………………………………………………………………………. .45
33 Convertitori de curent alternativ automatizat cu mașini cu putere dublă în modul sincron……………………………………………………………………………… 46
34 Unități de curent alternativ automatizate cu mașini cu alimentare dublă
Niya în modul asincron………………………………………………………………………………..48
35 Acționări electrice CA automate cu un motor fără perii …50
36 Servo drive AC automate……… …….52
1. DEA cu motor asincron
1.1 DEA cu IM cu reglare reostatică.
Aceste scheme sunt utilizate pentru IM cu un rotor de fază.
Principiul de funcționare: Schimbând rezistența activă a circuitului rotorului, afectăm astfel alunecarea, schimbând în același timp viteza unghiulară. 
Unul dintre cei mai importanți indicatori ai calității reglementării este netezimea. În acest caz, depinde de numărul de trepte ale rezistenței suplimentare introduse în circuitul rotorului, care, la rândul său, este limitat de echipamentele de control standard care utilizează circuite releu-contactor. O creștere a numărului de etape va atrage după sine o creștere a numărului de relee și contacte, care, la rândul său, va duce la o scădere a vitezei și a fiabilității sistemului în ansamblu. În plus, astfel de acționări electrice au performanță energetică scăzută, eficiență scăzută în domeniul reglării profunde, cu o creștere semnificativă a rezistenței suplimentare, rigiditatea caracteristicii scade brusc, ceea ce va afecta stabilitatea acționării electrice.
Pentru a crește netezimea reglării, se utilizează reglarea parametrică a impulsului. Esența acestei metode constă în introducerea și eliminarea alternativă a rezistenței suplimentare în circuitul rotorului, în timp ce valoarea medie este egală cu:
unde t 1 - durata stării închise a cheii;
T 2 - durata stării deschise a cheii.
fig.2
ω se va schimba ușor în culoarul dintre două caracteristici de limită ε=1 și ε=0
Gama de control al vitezei într-un EA cu control reostat este limitată la:
Pierderi mari de putere (eficiență scăzută)
Stabilitate scăzută (D=1,5÷1).
Principiul de funcționare al unor astfel de acționări electrice este că atunci când tensiunea furnizată statorului scade proporțional cu pătratul tensiunii, cuplul electromagnetic scade și viteza de rotație ω scade.
Reglarea se realizează cu ajutorul regulatoarelor de tensiune incluse în circuitul statorului. Există două tipuri de reglementări:
impuls;
continuu.
Până de curând, metodele de control al impulsurilor erau utilizate în principal.
Cea mai simplă schemă de circuit a controlului impulsurilor: 
fig.3
În acest caz, frecvența închiderilor și deschiderilor este proporțională cu frecvența rețelei f
≤ 200 Hz. Când ciclul de lucru al impulsurilor de control se modifică, valoarea tensiunii efective se modifică: 
Când ε=1, motorul funcționează după o caracteristică mecanică naturală, în timp ce cheile K sunt în permanență închise. Pe măsură ce ε scade, viteza unghiulară scade. În acest caz, momentul critic M CR scade, ca urmare, o scădere a capacității de suprasarcină (rigiditatea) părții de lucru a caracteristicii mecanice. La valori mici ale ciclului de lucru, de ex. la viteze mici, unitatea este instabilă.
Dezavantaje:
Performanță energetică scăzută, care este asociată cu o creștere a tensiunii și vitezei, precum și cu procese electromagnetice tranzitorii cauzate de pornirea și oprirea înfășurărilor statorului motorului.
Astfel de acționări electrice pot funcționa numai într-un mod continuu, deoarece. nu asigurați pornirea și oprirea pe termen scurt a motorului.
KN se aprinde la intervalele stării oprite a tastelor KV, la ε=0 impulsuri controlând tastele KV. EA va funcționa în modul de frânare anti-comutator. Familia de caracteristici mecanice în astfel de EA va fi mai rigidă în partea de lucru (capacitatea de suprasarcină este mai mică).
Diferența dintre caracteristicile mecanice în reglarea tensiunii în impulsuri și alternarea fazelor în impulsuri (în partea de lucru, acționarea electrică funcționează mai stabil). La valori foarte mici ale ε, caracteristicile intră în regiunea frânării prin contra-cablare, ceea ce face posibilă oprirea rapidă a motorului. Astfel de acționări electrice sunt pentru moduri intermitente, dar aceste acționări electrice au performanțe energetice și mai scăzute, tk. impunerea modurilor de motor și frânare provoacă tranzitorii electromagnetice aproape continue, însoțite de pierderi mari de putere.
Dezavantaje:
Reducerea tensiunii de alimentare la putere constantă pe arborele motorului va duce la o scădere a tensiunii la bornele rotorului, o creștere a curentului rotorului, o scădere a factorului de putere al motorului și o scădere a eficienței.
Indicatori de calitate:
Performanță energetică scăzută;
Stabilitate scăzută de reglare:
Domeniul de reglare D=1,5÷1;
Netezimea este mare;
Direcție unică legătură „jos”;
În prezent, EP-urile cu reglare continuă a tensiunii sunt utilizate pe scară largă:
RN-AD;
TRN-AD.
Recent, astfel de motoare electrice au primit publicitate nerezonabil de largă. Se propune utilizarea lor pentru mecanisme care funcționează într-un mod repetat pe termen scurt. Reglarea lui ω în sistemul TRN-IM se realizează prin modificarea tensiunii la borna statorului prin modificarea unghiului de aprindere a tiristoarelor. Fig.5
^
Avantajele EP conform sistemului TRN-AD:
Din punct de vedere al costurilor inițiale, este cu 30-40% mai ieftin decât un EP cu convertizor de frecvență; costurile de întreținere sunt reduse cu 20-50%.
^ Dezavantajele EP conform sistemului TRN-AD: Domeniu de control scăzut D=2÷1.
Acest dezavantaj poate fi eliminat într-o oarecare măsură prin utilizarea AED cu EMF reglabil în înfășurarea statorului, de exemplu. nu reglarea tensiunii, ci EMF.
^ 2. Starea actuală a DEA cu motoare AC.
2.1 Probleme de sinteză și control al DEA.
obiect de control -
ED (convertor electromecanic);
SP (convertor electric de putere);
IP (transductor de măsurare).
1) ED(convertor electromecanic).
Cea mai largă clasă de motoare electrice utilizate într-o unitate electrică modernă AKZD în scopuri industriale generale. Aceste motoare sunt concepute pentru a fi utilizate în variatoare de viteză, pentru conectarea directă la o rețea industrială. Practic, schimbările în acest domeniu sunt în natura unor îmbunătățiri de design ale motorului electric. Modificări speciale ale AKZD sunt dezvoltate și produse în serie, destinate utilizării într-o unitate electrică controlată de frecvență (de către Siemens, AKZD a fost dezvoltat și produs în masă timp de cinci ani pentru utilizare la frecvențe joase și înalte de alimentare de 500-1000 Hz). ). În plus, există o creștere a producției de LED-uri cu excitație de la magneți permanenți (fără contact). Aceste motoare electrice au indicatori îmbunătățiți de greutate, dimensiune și preț și nu sunt inferioare în ceea ce privește indicatorii tehnici și energetici. Printre EM promițătoare se numără un motor inductor, care, potrivit dezvoltatorilor, are caracteristici tehnice și energetice mult mai bune și necesită un convertor de putere foarte simplu (costul unității electrice este mult mai mic). Un motor electric cu reluctanta sincrona are indicatori de greutate si dimensiune care se afla in intervalul dintre IM si SM si, in acelasi timp, eficienta energetica semnificativ mai mare la un cost mult mai mic.
2) SP(convertor electric de putere);
În domeniul SP într-o acționare electrică cu motoare de curent continuu, în prezent se folosesc în principal convertoare cu structură de redresor - AVI. Mai mult, dacă înainte de 2000 nu erau reglementate cerințele privind calitatea rectificării, atunci în prezent au apărut o serie de documente de reglementare care reglementează strict prezența dispozitivelor de redresare în structura societății mixte. Acestea sunt standardele IEEE-519, IEC555 - standarde de integrare; GOST 13109. Pentru a îmbunătăți indicatorii de calitate ai întreprinderilor mixte moderne, în special, pentru a îmbunătăți calitatea consumului de energie, și anume, pentru a crește factorul de putere, în prezent sunt utilizate redresoare pe întrerupătoare de putere complet controlate cu stabilizarea tensiunii de ieșire. Circuitele cu inductanță suplimentară, circuitele cu o cheie de intrare comutatoare sunt implementate folosind tehnologia inteligentă. Cu toate acestea, SP-urile cu redresoare necontrolate par a fi mai eficiente și mai ieftine. JV utilizează în prezent o bază modernă care utilizează dispozitive electronice moderne, cum ar fi tiristoare MGT sau IGST, precum și tranzistoare IGBT complet controlate. În plus, în prezent sunt în curs de dezvoltare tranzistori cu o rezoluție de tensiune de 6-10 kV.
În prezent, cel mai promițător mod de funcționare al SP este modul PWM de înaltă frecvență cu o frecvență de modulație de 20 kHz și control vectorial (influența prin componenta de formare a cuplului și a fluxului a curentului statorului). Acest mod este cel mai favorabil pentru motoarele cu o frecvență nominală de 500-1000 Hz. în acest caz, problema potrivirii frecvenței de modulație cu frecvența tensiunii care alimentează motorul se rezolvă mult mai ușor. În prezent, un tip promițător de joint venture este și NFC, care are o structură matriceală cu un sistem de control matriceal. Avantajul unor astfel de convertoare este absența elementelor reactive, adică. capacități și inductanțe în circuitul de putere, forma aproape sinusoidală a tensiunii și curentului de ieșire, precum și capacitatea de a lucra în modul cosφ de conducere.
3) IP(transductor de măsurare).
Mijloacele cunoscute în mod tradițional sunt utilizate în prezent ca contoare primare, care includ senzori de curent și tensiune disponibili comercial, senzori Hall, tahogeneratoare, senzori de deplasare și poziție de fotopuls și cod, revolvere electromagnetice, selsyns etc. Volumul de utilizare a unor astfel de senzori moderni precum laserul capacitiv este practic egal cu zero. Cel mai promițător tip de IP sunt contoarele indirecte, în care, pe baza unor parametri ușor de măsurat, precum rezistența activă și inductivă a motorului, viteza și poziția rotorului etc. Atunci când se utilizează astfel de sisteme de măsurare, nu este nevoie să se utilizeze un număr mare de senzori și în special un senzor de viteză de rotație. Astfel de sisteme de măsurare sunt numite fără senzori.
^
Sarcini de control al acționării electrice:
Cel mai frecvent tip de probleme de control este problema controlului direct al vitezei de rotație a EA. În plus, există unități controlate special care îndeplinesc sarcinile de reglare a cuplului electromagnetic, puterea, accelerația, reglarea poziției rotorului și reglarea oricărui parametru tehnologic. În plus, există sarcini de stabilizare, urmărire, poziționare, asigurare a invarianței (este de a asigura independența sau dependența slabă de perturbații necontrolate), asigurarea autonomiei (asigurarea independenței oricărui parametru al obiectului față de alți parametri).
Sinteza controlului ED se reduce la găsirea unui model ED suficient de condiționat, care în prezent în majoritatea cazurilor este un sistem de ecuații Kirchhoff conform celei de-a doua legi a Ele a circuitelor electromagnetice ale ED și SP. De obicei, aceste ecuații sunt scrise pentru o mașină echivalentă cu două faze, precum și pentru un sistem de ecuații lui Newton pentru circuitele mecanice ale unui EP.
Principala problemă la crearea unui model EP:
Contabilizarea saturației circuitului magnetic al motorului;
Contabilizarea legăturilor mecanice elastice;
Contabilitatea relațiilor neliniare.
AED-urile cu mașini electrice FC au un avantaj important: compatibilitatea cu sistemul de alimentare, adică. nu poluați rețeaua.
Există două tipuri de invertoare electrice:
IF sincron de electromașină (EMSPch);
Electromachine asincron FC (EMASCH).
DEA cu electromașină SFC.
Elementul principal al unui astfel de sistem este un generator sincron trifazat, adaptat în putere cu unitatea AD. În acest caz, tensiunea și frecvența de ieșire sunt determinate de viteza unghiulară a arborelui generatorului și de mărimea fluxului magnetic de excitație. Când viteza se schimbă, tensiunea de ieșire se va modifica. Dacă luăm tensiunea la bornele fazei înfășurării statorului, este evident că atunci când F=const cu o creștere a vitezei de rotație a arborelui, concomitent cu o creștere a frecvenței, va crește și valoarea efectivă a tensiunii de ieșire. În acest caz, doar o lege de control proporțional poate fi implementată.
fig.6
PC-ul include:
Legătura principală este un generator sincron trifazat (G2);
DPT NV (D2) ieșirea sistemului G-D este conectată prin intermediul unui arbore la SG;
Motor de antrenare auxiliar AKZ (D1) cu viteză nereglată.
Indicatori de calitate:
Eficiență scăzută, cosφ ridicat;
P set min = 400%
Avantajele AED cu ESCH:
Ușurința controalelor.
Dezavantajele AED cu ESCH:
Eficiență scăzută;
Capacitatea de a reglementa numai conform legii proporționale.
^
4. Acționare electrică asincronă automată folosind convertoare de frecvență a mașinii electrice asincrone.
Elementul principal al unui astfel de sistem este un generator asincron trifazat, adaptat în putere cu unitatea AD.
fig.7
Indicatori de calitate:
Reglare în două zone, lină, stabilă;
Eficiență scăzută, cosφ ridicat;
P gura min = 200-400%
Avantajele AED cu ESCH:
Fără impact negativ asupra rețelei;
Ușurința controalelor.
Dezavantajele AED cu ESCH:
Eficiență scăzută;
Prezența unui număr mare de piese rotative;
Indicatori nesatisfăcători de greutate și dimensiune;
Capacitatea de a reglementa orice lege.
Nevoia de autotransformatoare.
În prezent, SFC este cel mai utilizat și mai promițător tip de FC ca parte a unei acționări electrice automatizate cu un motor AC.
HRC este clasificat după următoarele criterii:
După structura conversiei energiei.
FH cu conversie directă.
SFC cu DC link.
După tipul de invertoare sunt împărțite în:
FC cu invertoare acționate de rețea.
FC cu invertor autonom
IF cu AIN
FC cu AIT
Invertor AI cu comutare alternativă (invertor de tensiune parțială)
Invertor AI cu comutare individuală (invertor controlat de tensiune)
^
5.1 Convertor de frecvență cu DC link
În prezent, acest tip de convertoare de frecvență este cel mai utilizat tip și, spre deosebire de NP+Ch, este furnizat ca element independent al acționării electrice.
fig.8
Unde U 1 este o tensiune alternativă trifazată cu amplitudine constantă.
P 1 - redresor controlat sau necontrolat, care este proiectat pentru a converti tensiunea sinusoidală de intrare într-o tensiune constantă (pulsată) de ieșire.
F - filtrul de curent sau tensiune este proiectat pentru a netezi ondularea de la ieșirea redresorului.
P 2 este un invertor autonom de curent sau tensiune, proiectat pentru a converti curentul sau tensiunea netezită în curent alternativ trifazat.
M - motor de curent alternativ trifazat cu rotor cu colivie.
În schema bloc propusă, blocul P1 poate funcționa atât în mod controlat, cât și în mod negestionat. În același timp, în primul caz, AI îndeplinește funcțiile de modificare doar a frecvenței de ieșire a convertorului, iar funcțiile de influențare a amplitudinii tensiunii de ieșire sunt îndeplinite de redresor. În al doilea caz, AI îndeplinește funcțiile de modificare a frecvenței de ieșire și a valorii efective a tensiunii de ieșire.
Opțiunea HC are un avantaj incontestabil, care constă într-o simplificare semnificativă a sistemului de control, în ciuda prezenței CU. În acest caz, întregul sistem este semnificativ mai ieftin.
În cazul versiunii LV, compatibilitatea întregului sistem cu rețeaua electrică este îmbunătățită semnificativ. Cu toate acestea, în acest caz, schema de control devine mult mai complicată și, în consecință, întregul sistem devine mult mai scump.
^
6. Invertoare autonome (AI).
În funcție de gradul de controlabilitate, IA se împart în:
AI cu comutare alternativă.
AI cu comutare individuală.
Să luăm în considerare principiul de funcționare al unui MT comutat alternativ folosind exemplul unui MT monofazat în care comutatoarele de alimentare sunt blocate folosind un condensator de comutare.
T 
1, T2 - tiristoare de lucru
Fie la momentul t = 0 T2 deschis, T1 închis; tensiunea de intrare este aplicată la Rn2, după o perioadă de timp egală cu perioada de comutare T2, se aplică un impuls de deblocare la T1. În acest caz, tensiunea de intrare este aplicată la Rn1, iar prin circuitul deschis T1, Rn1, Rn2, la T2 se aplică o tensiune inversă cu Sk, în urma căreia T2 este blocat etc. Perioada de comutare este durata deschiderii cheii.
În funcție de forma tensiunii de ieșire și a curentului, Ai este împărțit în: În AIT, forma tensiunii de ieșire depinde atât de secvența și durata comutatoarelor de putere, cât și de natura sarcinii și de forma ieșirii. curentul depinde numai de secvența și durata comutatoarelor de alimentare.
Pentru AIP, forma curentului de ieșire depinde atât de secvența și durata comutatoarelor de putere, cât și de natura sarcinii, iar forma tensiunii de ieșire depinde numai de secvența și durata comutării întrerupătoarelor de putere.
Diferența externă dintre AIT și AIP: AIT are un filtru L de intrare și un filtru L sau LC de intrare. În plus, dacă nu sunt utilizate întrerupătoare de alimentare complet controlate în circuitul invertorului, atunci există un condensator pentru fiecare fază a AIT, iar AIP are un condensator de comutare pentru fiecare comutator de alimentare.
Luați în considerare funcționarea unui AIT monofazat.
T1, T3 - întrerupătoare de alimentare ale grupului anod
T2, T4 - întrerupătoare de alimentare ale grupului catodic
C K - condensator de comutare
L este filtrul de intrare.
În primul moment, două întrerupătoare de alimentare transversale sunt în stare deschisă - primul din grupul anod, al doilea din grupul catodic. În momentul deblocării celorlalte două taste de pornire, primele două sunt blocate și așa mai departe. În acest caz, dacă cheile T3 și T2 sunt deschise, condensatorul este încărcat în direcția înainte, cu cheile T1 și T4 deschise, condensatorul este reîncărcat în sens opus.
fig.11
La momentul t = 0, un impuls de deblocare este aplicat la T1 și T4. condensatorul Sk în acest moment este preîncărcat, iar când T1 și T4 sunt deschise, este descărcat la T3 și T2 în direcția polarității negative, închizând astfel T3 și T2. în următoarea perioadă de timp egală cu perioada de comutare T1 și T4, curentul prin rezistența de sarcină va curge într-o direcție pozitivă. După o perioadă de timp, condensatorul este reîncărcat în direcția opusă. În acest moment, se aplică un impuls de deblocare la T3 și T2, condensatorul este descărcat în direcția polarității negative, blochează T1 și T4, curentul trece prin T4, Zn și T2 deschis și va avea o direcție negativă.
^
7. AEPT cu stare de urgență având în structură un redresor controlat.
În prezent, există o tendință de extindere a domeniului de aplicare a redresoarelor controlate în structura invertorului, în special, la acele acționări electrice care, din cauza condițiilor tehnologice, necesită frânări frecvente (adică, pentru o acționare electrică care funcționează în modul intermitent S5). Acest lucru se datorează faptului că SW are o proprietate atât de importantă precum conductivitatea bilaterală. Acest lucru face posibilă utilizarea unui astfel de tip de frânare eficient din punct de vedere energetic ca regenerativ. Dar proprietățile negative ale hidrocarburilor nu pot fi eliminate complet. În prezent, se folosesc convertoare care conțin două blocuri de intrare: primul este un redresor necontrolat implicat în funcționarea convertizorului în modul motor; al doilea este SW-ul implicat în funcționarea invertorului în modul de frânare.
Luați în considerare schema și principiul de funcționare a invertorului cu un tiristor SW și tiristor AIT, în care comutarea întrerupătoarelor de alimentare se realizează folosind condensatori de comutare.
-
fig.12
Blocul de intrare al convertorului este un SW construit conform unui circuit de redresare trifazat cu punte în șase timpi. Funcția principală a SW, pe lângă redresare, este reglarea valorii efective a tensiunii de ieșire a convertorului. Pentru a netezi ondularea curentului de ieșire al redresorului, se folosește un filtru L în serie.
AIT constă din șase întrerupătoare de alimentare, dintre care trei T1, T3, T5 au un anod comun și formează un grup de anod; celelalte trei T2, T4, T6 au un catod comun și formează un grup catod. Principiul de funcționare al AIT se bazează pe faptul că în primul moment există două întrerupătoare de putere transversale în stare deschisă: unul din grupul anod, al doilea din grupul catodic. Deblocarea tastelor de pornire se efectuează în momentul furnizării impulsurilor de comandă de la BUI (sistem de control multicanal). În acest caz, succesiunea de aplicare a impulsurilor fiecărei supape corespunde numărului lor de serie. Blocarea întrerupătoarelor de alimentare se efectuează atunci când oricare dintre cei trei condensatori este descărcat în direcția polarității negative și corespunde, de asemenea, ordinii de alternanță a numerelor întrerupătoarelor de alimentare.
La frecvența de ieșire f 2
= Convertorul de 50 Hz funcționează în următorul mod: decalajul dintre două impulsuri de control adiacente este 
, durata de deschidere a fiecărei chei va fi 120 0 . În acest caz, condensatoarele de blocare C1, C2, C3 trebuie să aibă o astfel de capacitate încât timpul egal cu 60 0 să mențină sarcina necesară blocării următoarei chei.
Vom demonstra funcționarea convertorului folosind diagrama:
Curentul de la ieșirea redresorului are o formă redresată ideală.
Direcția curenților în fazele cablului de montaj invertor-motor
de la P la D - pozitiv.
de la D la P - negativ.
fig.13 1. t = 0 Deschis T1, T6. Curentul circuitului trece prin comutatorul de alimentare T1 faza A a cablului și revine la faza C prin T6 deschis. În același timp, C3 este preîncărcat, în intervalul de timp 0-60 0 C1 este reîncărcat, iar C3 își păstrează încărcarea.
2. t = 60 0 La T2 se aplică un impuls de deblocare. În același timp, C3 este descărcat în T6 și îl blochează. În intervalul de timp 60 0 - 120 0 T1 și T2 sunt deschise. Curentul trece prin faza A către motor și prin faza B de la motor către convertor. . În această perioadă de timp, C2 este reîncărcat, C1 își păstrează încărcarea.
3. t = 120 0 La T3 se aplică un impuls de deblocare. În acest caz, C1 este descărcat în T1 și îl blochează. În intervalul de timp 120 0 - 180 0 T2 și T3 sunt deschise. Curentul trece prin faza B către motor și prin faza C de la motor către convertor. . În această perioadă de timp, C3 este reîncărcat, C2 își păstrează încărcarea.
4. t = 180 0 La T4 se aplică un impuls de deblocare. În acest caz, C2 este descărcat în T2 și îl blochează. În intervalul de timp 180 0 - 240 0 T3 și T4 sunt deschise. Curentul trece prin faza B către motor și prin faza A de la motor către convertor. . În această perioadă de timp, C1 este reîncărcat, C3 își păstrează încărcarea.
5. t = 240 0 La T5 se aplică un impuls de deblocare. În același timp, C3 este descărcat în T3 și îl blochează. În intervalul de timp 240 0 - 300 T4 și T5 sunt deschise. Curentul trece prin faza C către motor și prin faza A de la motor către convertor. . În această perioadă de timp, C2 se reîncărcă C1 își păstrează încărcarea.
6. t = 300 0 La T6 i se aplică un impuls de deblocare. În acest caz, C1 este descărcat în T4 și îl blochează. În intervalul de timp 300 0 - 360 T5 și T6 sunt deschise. Curentul trece prin faza C către motor și prin faza B de la motor către convertor. . În această perioadă de timp, C3 se reîncărcă C2 își păstrează încărcarea.
Pentru a crește frecvența de ieșire, este necesar să reducem intervalul dintre impulsurile de control; pentru aceasta, creștem unghiul de control β. În consecință, cu legea de control, valoarea efectivă a tensiunii de ieșire se va modifica, în special, cu o lege de control proporțională, cu o creștere a frecvenței, unghiul de control al redresorului α va scădea proporțional cu creșterea unghiului β.
Un dezavantaj semnificativ al circuitului considerat este necesitatea de a folosi condensatori de mare capacitate necesari pentru a mentine incarcarile in intervalul dintre doua comutari. A scăpa parțial de acest neajuns permite utilizarea AI cu diode de tăiere.
fig.14
Aici, diodele de întrerupere D1, D3, D5 și D2, D4, D6 sunt conectate în serie în circuitele catodice și anodice ale comutatoarelor de alimentare. Numărul lor este egal cu numărul de chei. Aceste diode împiedică descărcarea condensatoarelor în timpul perioadei de comutare a cheii și, datorită acestui fapt, îmbunătățesc semnificativ citirile invertorului.
^
8. Controlul vitezei în AED cu FC cu SW.
Într-un DEA cu convertor de frecvență și având un redresor controlat în structură, controlul vitezei ω se realizează într-o gamă largă, asigurând în același timp indicatori de calitate suficient de înaltă. Reglarea lui ω se efectuează acționând asupra AI cu ajutorul BUI și acționând simultan asupra SW cu ajutorul BWM în conformitate cu legea de reglementare. În acest caz, este posibilă reglarea în două zone. Cu toate acestea, pentru mecanismele cu M C =
const, și pentru mecanismele cu creștere liniară M Cu reglarea ascendentă este limitată la ceea ce este necesar pentru aceasta în același timp cu creșterea frecvenței relativ la f NOM, creste tensiunea. Ca urmare, poate apărea defectarea izolației. Reglarea în sus a lui ω este utilizată mult mai rar decât în intervalul descendent și în culoarele mici.
În cazul general, familia de caracteristici de control va arăta astfel:
fig.15
Indicatori de calitate ai reglementărilor:
Stabilitatea cu reglarea frecvenței este ridicată. caracteristicile piesei de lucru au aceeași rigiditate.
Netezimea este practic nelimitată.
Eficiență ridicată, totuși, cu o reglare profundă în jos de la frecvența fundamentală, ceea ce necesită o reducere semnificativă a unghiului de control α al redresorului și, în acest caz, factorul de putere al unității în ansamblu poate fi foarte scăzut.
Reglementarea se realizează în principal cu M C = const pe arborele motorului.
Direcția este cu două zone, se aplică în principal reglarea în jos.
Domeniul de control D=100÷1.
^
9. Începând în AED cu FC cu UV.
Pornirea începe la o tensiune redusă și la o frecvență minimă, ceea ce asigură, în consecință, nici un curent de pornire sau minimizarea curentului și, în același timp, cupluri de pornire ridicate. În acest caz, invertorul funcționează cu perioade lungi de comutare a comutatoarelor de alimentare, iar SW cu unghiul de control α = P/2. Eficiența energetică a pornirii într-un astfel de sistem este redusă datorită faptului că la începutul pornirii unitatea consumă o cantitate mare din componenta reactivă.
fig.16
P=Mω
N.I. Usenkov. Electric
sky drive N.I. Usenkov. Electric
sky drive N.I. Usenkov. Electric
sky drive N.I. Usenkov. Electric
sky drive
Introducere
1.1.Definiția conceptului „Electricunitate de antrenare"
acționare electrică
este un electromecanic controlat
sistem. Scopul său este de a converti energia electrică
în mecanic și invers și gestionați acest proces.
Unitatea electrică are două canale - putere și informații
(imagine
1.1).
De
primul
canal
transportat
decapotabil
energie, prin cel de-al doilea canal se realizează
managementul fluxului de energie, precum și colectarea și prelucrarea informațiilor despre
starea și funcționarea sistemului, diagnosticarea acestuia
defecte.
Canalul de putere este format din două părți
electrice şi
mecanice şi trebuie să conţină
legătură de legătură
convertor electromecanic.
N.I. Usenkov. Electric
sky drive
Figura 1.1. Structura generală a acționării electrice
sistem de control automatizat de nivel superiorCanale de conectare
IP
Reţea
EP
canal
acționare electrică
EMF
MP
Muncitor
organ
Partea electrica
Mecanic
Canalul de putere al acționării electrice
N.I. Usenkov. Electric
sky drive
Uzina de proces
Sistem
alimentare cu energie electrică
Informațional În partea electrică a canalului de putere al unității electrice
include convertoare electrice EP, de transmisie
energie electrică de la sursa de alimentare IP la
convertor electromecanic EMF și invers și
efectuând transformarea parametrilor electrici
energie.
Mecanic
parte
acționare electrică
compusă
din
corpul mobil al convertorului electromecanic,
angrenajele mecanice MP și corpul de lucru al instalației, în
în care se realizează util energia mecanică.
acționare electrică
interactioneaza
cu
sistem
sursa de alimentare (sau sursa de energie electrica),
instalaţie tehnologică şi prin informare
Convertor IP cu sistem informatic mai mult de
nivel inalt.
Electric
unitate de antrenare
folosit
în
economie.
larg
Răspândire
acționare electrică
N.I. Usenkov. Electric
condiţionat
Caracteristici
electric
energie:
sky drive Acționarea electrică este una dintre cele mai consumatoare de energie
consumatorii și convertizoarele de energie. El consumă
peste 60% din toată energia electrică produsă.
Electric
unitate de antrenare
larg
folosit
în
industrie, transport și utilități publice
economie.
Electric
unitate de antrenare
unu
din
cel mai
consumatori mari consumatoare de energie și convertoare de energie.
Teorie
reglementate
acționare electrică
primit
dezvoltare intensivă datorită
îmbunătățiri
tradiționale și crearea unei noi puteri controlate
dispozitive semiconductoare (diode, tranzistori și
tiristoare), circuite integrate, dezvoltare digitală
tehnologia informaţiei şi dezvoltarea diverselor
sisteme de control cu microprocesor.
Proprietate
teorie
în
zone
reglementate
acționare electrică
este o
unu
din
cel mai important
componentă a pregătirii profesionale a specialiştilor
N.I. Usenkov. Electric
direcția „Inginerie electrică,
energie și tehnologie
sky drive
1.2. Compoziția și funcțiile motorului electric
Funcţieelectric
convertor
EP
compusă
în
conversia energiei electrice furnizate de reteaua C si
caracterizat prin tensiunea Uc și curentul Ic al rețelei, în electric
aceeași energie necesară motorului și caracterizată prin cantități
U, eu.
Convertoarele sunt negestionate și gestionate. Sunt
poate avea unilaterale (redresoare) sau cu două fețe (cu
disponibilitate
Două
truse
supape)
conductivitate,
La
conducere unidirecțională a traductorului și invers (de la
sarcină) fluxul de energie utilizează o cheie suplimentară
element de pe tranzistor pentru „drenarea” energiei în modul de frânare
acționare electrică.
Convertor electromecanic EMI (motor), întotdeauna
prezent în unitate transformă electricitatea
energie (U, I) în energie mecanică (M,ω).
Traductor mecanic MP (transmisie): cutie de viteze, pereche
piuliță șurub, N.I.
blocuri,
Usenkov.crank
Mecanism manivelă electric
coordona
momentul M și turația ω a motorului cu
sky drive Figura 1.2. Canalul de energie al acționării electrice
P2
P1
Reţea
ΔPc
ΔPe
Noi, eu s
∆Pr
ΔPm
ΔPem
U, eu
Mm, ω m
M, v
EMF
EP
Δ Pro
MP
∆Pr
N.I. Usenkov. Electric
sky drive
RO cantități,
caracterizarea
decapotabil
energie:
tensiuni, curenți momente (forțe) viteze poziția arborelui în
spațiul se numesc coordonatele unității.
Funcția principală a actuatorului este de a controla
coordonatele, adică în direcția lor forțată
schimbare în conformitate cu cerințele tehnologice
proces.
Coordonatele trebuie gestionate în interiorul,
permis
structurilor
elemente
acționare electrică,
Cum
asigura fiabilitatea sistemului. Acestea sunt permise
limitele sunt de obicei asociate cu valorile nominale ale coordonatelor,
asigurând utilizarea optimă a echipamentului.
N.I. Usenkov. Electric
sky drive automatizate
acționare electrică
(AEP)
Acest
sistem electromecanic format din electrice
Mașină EM conectată prin transmisie mecanică
PU cu mecanism de lucru RM, convertor de putere SP,
Sistem de control SU, unitate senzor BSU,
care acționează ca senzori de feedback
principal
variabile
state
EP
(Opțiuni:
poziția arborelui mașinii de lucru, viteza unghiulară, momentul,
curentul motorului) și furnizarea de surse de alimentare
alimentarea cu energie a dispozitivelor electrice specificate.
Semiconductor
societate mixtă
servi
pentru
armonizare
electric
parametrii
sursă
electric
energie
(Voltaj,
frecvență)
cu
electric
parametrii mașinii EM și reglarea parametrilor acesteia
(viteza, tensiunea si inversarea rotatiei
N.I. Usenkov. Electric
sky drive Figura 1.3. Schema bloc a automatizate
acționare electrică
Sursă de putere
Semnal
sarcini
EM
SU
societate mixtă
BSU
PU
RM
Canal de informare EP
Parte electrică a EP
N.I. Usenkov. Electric
sky drive
Partea mecanică a EP Sistemul de control este conceput pentru a controla
convertor de putere și este construit, de regulă, pe
cipuri sau microprocesor. La intrarea sistemului
management
servit
semnal
sarcini
și
semnale
feedback negativ de la unitatea senzorului
dispozitive.
Sistem
management,
în
în conformitate
cu
algoritmul încorporat în acesta, generează semnale
controlul convertizorului de putere, controlul
mașină electrică.
Cel mai
perfect
acționare electrică
este o
automatizate
acționare electrică
reglabil
acționare electrică
cu
automat
regulament
variabile de stare.
N.I. Usenkov. Electric
sky drive Acționarea electrică automată este împărțită în:
EP stabilizat cu viteză sau cuplu;
EP controlat de software care se mișcă
mecanism de lucru în conformitate cu programul inclus în semnal
sarcini;
Follower EA, care mută mecanismul de lucru în
în funcție de schimbarea arbitrară a semnalului de intrare
Pozițional
EP,
proiectat
reglarea poziţiei mecanismului de lucru
N.I. Usenkov. Electric
sky drive
pentru N.I. Usenkov. Electric
sky drive Acționare electrică bazată pe motoare de curent continuu
actual
folosit
în
variat
industrii
industrie:
metalurgie,
Inginerie,
chimică, cărbune, prelucrarea lemnului etc.
Regulament
unghiular
viteză
motoare
permanent
actual
ia
important
loc
în
acționare electrică automată. Aplicație cu
acest scop al convertoarelor tiristoare este
una dintre modalitățile moderne de a crea un reglementat
Acționare electrică DC.
N.I. Usenkov. Electric
sky drive Controlul vitezei DPT cu HB este efectuat de trei
moduri:
1. Schimbarea tensiunii la armătura motorului cu un curent constant în înfășurare
excitare;
2. Prin modificarea curentului în înfăşurarea de excitaţie a motorului la o constantă
tensiune de ancorare;
3. Schimbarea tensiunii armăturii motorului combinat
înfăşurare de excitaţie.
si curent in
Se modifică tensiunea de armătură a motorului sau curentul din înfășurarea câmpului
folosind redresoare controlate, dintre care cea mai mare aplicație
au primit redresoare în punte monofazate și trifazate.
Când controlați motorul prin circuitul de înfășurare de câmp, controlat
redresorul este făcut pentru o putere mai mică și are indicatori mai buni de greutate, dimensiune și cost.
N.I. Usenkov. Electric
sky drive Cu toate acestea, datorită constantei mari de timp
înfășurările de excitație, acționarea electrică are cel mai rău
dinamic
proprietăți
(este un
Mai puțin
de mare viteză) decât pe circuitul armăturii motorului. Asa de
modul în care
alegere
lanţuri
management
determinat
cerințe specifice de unitate.
Când lucrați cu mecanisme de producție
(de exemplu, mecanisme principale și auxiliare
angrenaje în mașini de prelucrare, mecanisme de macara,
ascensoare) este necesară schimbarea sensului de rotație
motor
(realizez
verso).
Schimbare
direcţiile de rotaţie sunt de obicei însoţite de asemenea
cerințe precum rapidă (și în același timp netedă)
frânare și accelerare lină.
N.I. Usenkov. Electric
sky drive Se poate realiza inversarea sensului de rotație a motorului de antrenare
prin modificarea polarităţii tensiunii furnizate armăturii sau prin schimbarea
direcția curentului în înfășurarea de excitație. În acest scop, în lanțul de ancorare sau
înfășurările de excitație intră într-un comutator de contact (inversor) sau
se folosesc două convertoare cu tiristoare controlate.
Schema structurală a unui convertor tiristor reversibil cu
comutatorul de contact din circuitul de înfășurare a armăturii este prezentat în figură. LA
acest circuit, ca în majoritatea convertoarelor proiectate pentru
conduce, modul de rectificare alternează cu modul de inversare.
Deci, de exemplu, atunci când accelerați în modul de pornire și îl stabilizați
conditii
a ridica
încărcături
pe
arborele
motor
tiristor
convertizorul funcționează în regim de redresare, furnizând energie
motor. Dacă este necesar, frânare și oprire ulterioară
alimentarea cu energie a motorului de la rețea prin convertor
Stop,
N.I. Usenkov. Electric
sky drive traducere
motor în modul invers.
Mașină de curent continuu sub acțiunea inerțială
masa de pe arborele său intră în modul generator,
returnând energia stocată prin convertor
la rețeaua de curent alternativ (frânare regenerativă).
Diagrama bloc al convertizorului invers
Reţea
380 V, 50 Hz
Usync
VS1
UZ1
VS6
SIFU
Uо.с
1
ID1
2
QS1
Uda
1
2
ID2
M1
LM1
N.I. Usenkov. Electric
sky drive
Uz.s N.I. Usenkov. Electric
sky drive
Sistem convertor-motor tiristor
Principalul tip de convertoare utilizate în reglementateDC EP-urile sunt semiconductoare statice
convertoare (tranzistor și tiristor). Ei reprezintă
redresoare controlate cu inversare sau fără inversare,
colectate pe zero sau punte monofazată sau trifazată
scheme. Tranzistoarele de putere sunt utilizate în principal pentru
reglarea tensiunii de impuls în EP de putere mică.
Principiul de funcționare, proprietăți și caracteristici ale sistemului TP - D
Luați în considerare exemplul circuitului prezentat în Fig. 2.
N.I. Usenkov. Electric
sky drive à)
á)
~ U1
i1
T1
e2.1
VS1
Ud
+
M2
+
Ia1
ID
Uo1
Uo
2
e2.2
LM
3
VS2
eu
0
L
1
Ia2
4
5
6
Uo2
Ñ È Ô Ó
UÑ
Imagine
2
N.I. Usenkov.
Electric
sky drive
7
M Redresor controlat (convertor) include
transformator de potrivire T, având două înfășurări secundare,
două tiristoare VS1 și VS2, reactor de netezire cu
inductanța L și un sistem de control fază-impuls
SIFU. Înfășurarea de excitație a motorului OBM este alimentată de la sine
sursă.
Redresorul asigură reglarea tensiunii
motor prin modificarea valorii medii a EMF EP. Aceasta este
se realizează cu ajutorul SIFU care, la semnalul UU, se modifică
Unghiul de control al tiristorului α (unghiul de întârziere la deschidere
tiristoarele VS1 și VS2 în raport cu momentul în care potențialul este pornit
anozii lor devin pozitivi comparativ cu
potenţial la catod). Când α = 0, i.e. tiristoare VS1 și VS2
primește impulsuri de control Uα de la SIFU la un moment specificat,
convertizorul efectuează rectificarea cu undă completă
iar la armătura motorului se aplică tensiune completă. Dacă cu
folosind SIFU, furnizarea de impulsuri de control la tiristoarele VS1 și
VS2 apare cu o deplasare (întârziere) cu un unghi α ≠ 0, apoi EMF
convertorul scade și, în consecință, scade
tensiunea medie furnizată motorului.
N.I. Usenkov. Electric
sky drive Dependența valorii medii a EMF a unui convertor multifazic
din unghiul de control a tiristorului a are forma:
(1)
ECP Emax m sin m cos ECP 0 cos
unde m este numărul de faze;
E - valoarea amplitudinii EMF a convertorului;
ESR0 - convertor EMF la α = 0.
Pentru a reduce efectul dăunător al ondulației curentului asupra țintei armăturii
de obicei este pornit un reactor de netezire, a cărui inductanță L
este selectat în funcție de nivelul de ondulare admisibil al curentului.
Ecuații pentru caracteristicile electromecanice și mecanice
motor:
(2)
(3)
ECP 0 cos k I RY RP k
ECP 0 cos
k M RЯ
RP
k2
Unde
- rezistenta echivalenta
RP xT m 2 RT RL
convertor;
xT, RT - respectiv redus la înfășurarea secundară
reactanța inductivă de scurgere și rezistența activă
înfășurări ale transformatorului;
RL este rezistența activă a reactorului de netezire.
N.I. Usenkov. Electric
sky drive În zona umbrită, motorul funcționează în modul
curent intermitent, care determină o schimbare (scădere) vizibilă
caracteristici de rigiditate. Datorită conducerii într-un singur sens
caracteristicile traductorului sunt situate numai în primul
(1...3 la α = 0; 30, 60°) și al patrulea (4...7 la α = 90, 120, 150, 180°)
cadranele. Unghiurile de control mai mici corespund unui SP mai mare și,
prin urmare turație mai mare a motorului; la α = π/2 EMF
UV EP = 0 și motorul funcționează în modul de frânare dinamică.
Pe fig. 3 prezintă o diagramă a unui EA cu o punte trifazată
UV ireversibil.
N.I. Usenkov. Electric
sky drive ~ 380 Â; 50 ö
T1
UÑ
Uo
Ñ
È
Ô
Ó
U
VS1
+
VS6
VS1
VS4
VS3
VS6
VS5
VS2
Ud
L
ID
M1
+
LM
-
UB
N.I. Usenkov.
Electric
Imagine
3
sky drive
-Pentru performanța motorului în toate cele patru
cadranele sunt utilizate redresoare reversibile controlate,
care constau din doua redresoare ireversibile, de exemplu cu
ieșire zero fig. 4.
A)
~ 380 V; 50 Hz
b)
T1
2
UC
U
U
Cu
Și
F
La
VS1
+
VS6
VS1
VS4
VS3
VS6
VS5
VS2
L1
-
2
L
1 min
0
min
M
1 2
1 max
M1
UB
2 2
L2
+
max
-
N.I. Usenkov.
Electric
Imagine
4
sky drive Reversibil
numit
convertoare,
permițând
modificați polaritatea tensiunii DC și a curentului din sarcină.
SW reversibil folosește două principii de bază
control seturi de supape: comun și separat.
Controlul comun asigură alimentarea din sistem
controlul fază-impuls al tiristoarelor controlează impulsurile
Uα simultan pe tiristoarele ambelor seturi - VS1, VS3, VS5
(grup catodic) și VS2, VS4, VS6 (grup anod). În același timp, datorită
prezența unui unghi de deplasare între impulsurile de control a două seturi
tiristoare apropiate de π, unul dintre ele funcționează într-un redresor
modul și conduce curentul, iar celălalt, lucrând în modul invertor, curentul
nu conduce. Pentru a asigura un astfel de control între medie
Trebuie să existe valori EMF ale redresorului și invertorului
raport
, însă, datorită diferenţei de valori instantanee
EMF între seturi de tiristoare curge așa-numita
curent de echilibrare. Pentru a o limita în circuitul prezentat în Fig.
4a, sunt prevăzute reactoarele de supratensiune L1 şi L2.
N.I. Usenkov. Electric
sky drive Scheme de convertoare de supape,
oferind schimbarea direcției
flux de energie
În acționările electrice automate
reglați viteza motorului de antrenare.
necesar
Când folosiți mașini DC, există
sarcina nu este doar de a controla viteza de rotație, (pentru
prin modificarea mărimii tensiunii de alimentare), dar şi
schimbarea sensului de rotație (invers). Pentru asta
trebuie să schimbați atât polaritatea tensiunii
sarcină și direcția curentului în sarcină.
Această problemă se rezolvă cu o specială
Convertor DC fără aplicație
echipamente de contact,
așa-numitul revers
N.I. Usenkov. Electric
convertor DC
curent, constând
sky drive constând din două seturi de supape, fiecare dintre ele
permite curentului să circule prin sarcină doar într-unul
direcţie.
Toate schemele existente de convertoare cu supape inversoare
poate fi împărțit în două clase:
scheme încrucișate („opt”) și
circuite contra-paralele.
În circuitele transversale (figura a - zero și b - punte)
transformatorul are două grupuri de înfășurări de supape izolate,
din care se alimentează două seturi de supape.
În circuitele back-to-back (figura c), doar unul
grup de înfășurări de supape ale transformatorului.
În sens invers
sunteți:
convertoare
cel mai
zero trifazat;
dublu trifazat cu egalizare
reactor şi
N.I. Usenkov. Electric
sky drive
răspândită Convertor inversor trifazat
cu ieșire zero
A
T1
C
Usync
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. Electric
LM1
sky drive
VS4…
VS6
SIFU 1
SIFU 2
Usync
Uzs Circuitele redresoare trifazate sunt utilizate pentru inductiv
sarcină pentru alimentarea înfășurărilor de excitație ale mașinilor electrice,
în șase faze
pentru a alimenta lanțurile de ancorare ale motorului,
acționări electrice cu douăsprezece faze deosebit de puternice.
Funcționarea convertorului inversor
Să presupunem că la momentul inițial de timp mașina
rotit în sensul acelor de ceasornic cu o viteză de n rpm. În același timp, ea
dezvoltat back-EMF Ejak și curentul I a trecut prin circuitul de ancorare
(imagine
). Mașina a fost alimentată de la prima
kit supapă convertor UZ1 care funcționează în
modul de rectificare. Pentru a reduce viteza de rotație
mașină, este necesar să se reducă tensiunea de alimentare furnizată acesteia, apoi
este necesar să se mărească unghiul de control al tiristorului
VS1,VS2,VS3 al redresorului UZ1.
N.I. Usenkov. Electric
sky drive În același timp, din cauza inerției motorului, Ejak-ul EMF din spate nu poate
se modifică brusc și se dovedește a fi mai mare decât tensiunea Ud1 activată
ieșire
convertor
(pe
ancoră
motor).
supape
convertorul UZ1 se oprește rapid și curentul de sarcină este redus
până la zero. Dar pe clemele lanțului de ancorare al mașinii electrice,
rotindu-se prin inertie, se pastreaza back-EMF Eyak, care
permite utilizarea utilă a energiei cinetice a rotației
conduce, transformându-l în electric și, în același timp, rapid
încetinește mașina electrică.
Pentru a face acest lucru, trebuie să convertiți primul kit de supapă în
modul invertor, adică măriți unghiul α1 > 90°. Dar mai intai
kitul convertor UZ1 nu poate fi utilizat în invertor
modul, deoarece este necesar să existe polaritate inversă pe mașină
tensiunea Ud1. Prin urmare, al doilea
set de supape UZ2 (α2 > 90°), a cărui ieșire este conectată la
sarcină paralelă cu ieșirea primului set UZ1. Mașina
funcționează în modul generator, deci viteza sa de rotație
cade. În consecință, back-EMF Eyak, care este
tensiune de alimentare N.I.
pentru Usenkov.
al doilea electric
Kit UZ2 care funcționează în
modul invertor. sky drive n
Frânare
Motor e
Overclockare
modul
Motor
modul
0
t
Verso
eu
E
0
t
<90
US2
LA
Și
>90
Și
>90
<90
UZ1
LA
UZ1
<90
LA
Fig 1.2. Diagrama modului de funcționare
Mașină electrică DC
N.I. Usenkov. Electric
sky drive Când mașina electrică se oprește (Ejak=0; n=0), poți
convertiți al doilea set de supape UZ2 într-un redresor
modul (α2<90°). При этом электрическая машина опять переходит
în modul motor și este alimentat de un al doilea set de supape
US2.
Direcţie
rotație
mașini
schimbări
pe
opus (motor marşarier) şi ea porneşte din nou
accelerați (de la n=0 la o viteză dată, de exemplu, la
n=nnom în al treilea cadran al coordonatelor de antrenare: n și I sau n
si m).
Dacă este necesară din nou o inversare, atunci
unghiul α2 al celui de-al doilea set de supape UZ2, supapele sale sunt închise.
Primul set de supape UZ1 este transformat în invertor
mod (α 1>90°), direcția curentului de armătură Id este inversată,
maşina electrică funcţionează în regim de generator până când
oprirea completă a motorului.
În viitor, cu o scădere a unghiului α1> 90°, primul set
supapele UZ1 este comutată în modul redresor și
motorul este accelerat până la turația setată.
N.I. Usenkov. Electric
sky drive Caracteristica de reglare a reversibilului
convertor
Uda
Ud0
Udα1
α1
Modul
redresor
0
Udβ1
π
π/2
Modul
invertor
α2
β1
-Ud0
Udβ
N.I. Usenkov. Electric
sky drive
α
β Dacă valorile medii ale tensiunilor pe
ieșirea UZ1 și UZ2 obținem expresia
Udocosα1 = Udocosβ2.
Prin urmare, este necesar ca α1= β2. De la ora
modul invertor β =180°- α, apoi condiția de egalitate
valori medii ale tensiunii în circuitul de egalizare
poate fi reprezentat ca α1+ α2 =180°, unde α1 și α2 sunt unghiuri
controlul tiristoarelor din primul și al doilea set
valve, socotite din punct de vedere natural
deblocarea tiristoarelor.
N.I. Usenkov. Electric
sky drive Caracteristicile externe ale reversibilului
convertor
Caracteristicile externe ale redresorului și invertorului
seturile în acest caz sunt o continuare a unuia
altul și da un exterior liniar rezultat
caracteristicile convertizorului inversor
Uda
β1
α1
β1 > β
2
α2 > α
β3 > β
2
1
α3 > α
2
Modul
invertor
Modul
redresor
0
N.I. Usenkov. Electric
sky drive
ID Controlul comun al supapei
truse
Dacă impulsurile de control sunt aplicate simultan la
supapele ambelor seturi UZ1 și UZ2 și unghiurile de control
tiristoarele îndeplinesc condiția
α1 + α2 = π,
Control
supapă
de acord.
grupuri
N.I. Usenkov. Electric
sky drive
numit Control separat al supapei
truse
Pentru a obține o unitate electrică care funcționează în toate patru
cadranele câmpului: ω - I sau ω - M, este necesar să se folosească un revers
convertor tiristor care asigură fluxul de curent al armăturii
motor în ambele sensuri.
Convertizoarele inversoare conțin două grupuri de tiristoare,
conectate în paralel opus între ele.
În această schemă, două seturi de supape UZ1 și UZ2, fiecare asamblat conform
circuit de punte trifazat, conectat în paralel între ele cu
polaritate opusă pe partea curentului redresat.
Aplicați impulsuri de deblocare simultan ambelor grupuri de tiristoare
nu este posibil, deoarece va avea loc un scurtcircuit. Prin urmare, în această schemă
poate funcționa doar
N.I. Usenkov. Electric
sky drive un grup de tiristoare UZ1 sau UZ2; alt grup
tiristoarele trebuie să fie închise (impulsuri de deschidere
îndepărtat).
Astfel, convertizoare inversă cu
control separat - acestea sunt convertoare, în
care impulsuri de control ajung doar la unul
din seturi de supape care conduc curentul. impulsuri
controlul la al doilea set de supape în acest moment nu este
sunt furnizate și supapele sale sunt închise. Reactorul Lur în schemă
poate lipsi. Vezi Gorby243s
Cu control separat al supapelor,
doar acel grup de tiristoare, care este în prezent
trebuie să conducă curentul în sarcină. Selectarea acestui grup
depinde de direcția de mișcare a actuatorului („Înainte” sau
„Înapoi”) și din modul de funcționare al variatorului: motor
modul sau frânarea regenerativă.
N.I. Usenkov. Electric
sky drive Tabelul 1 - Selecția setului de supape
Mod de operare EP
Motor
Frână
Direcţie
miscarile
"Redirecţiona"
UZ1
US2
"Înapoi"
US2
UZ1
În sistemele de control EA, selectarea și includerea grupului dorit
tiristoarele sunt produse automat prin intermediul unui logic
dispozitiv de comutare al LPU, al cărui principiu de construcție
prezentat în figură.
N.I. Usenkov. Electric
sky drive Acceptăm direcția curentului de armătură atunci când lucrăm „Înainte” în
modul motor pentru pozitiv. Cu un semnal pozitiv
setarea vitezei ωset, corespunzătoare mișcării
„Înainte” și
semnal de eroare de viteză, care este, de asemenea, în modul motor
va fi (ωset-ω)≥0, semnalul care vine la LPU de la regulatorul de curent,
va avea semnul (+). În conformitate cu aceasta, unitatea sanitară va porni electronicul
tasta QS1, care furnizează impulsuri de deblocare tiristorului
grupa UZ1. Unghiul de control α1 este setat de sistem
reglare automată în funcție de semnalul de ieșire
regulator de curent RT. Ambele SIFU (1) și (2) lucrează în comun astfel încât
care este suma sumei unghiurilor
α1 + α2 = π .
(1)
Astfel, pentru un grup de tiristoare care operează în
modul de redresare, impulsurile de declanșare sunt aplicate cu un unghi α1 =
0…π/2. În același timp, SIFU2 generează impulsuri
N.I. Usenkov. Electric
sky drive unghi de control α2 = π - α1, adică unghi de control,
relevante
invertor
regim
muncă
convertor UZ2. Cu toate acestea, din moment ce cheia electronică
QS2 este deschis, controlează impulsurile către tiristoarele grupului
UZ2 nu sunt primite.
Convertorul UZ2 este închis, dar
pregătit pentru funcționare în modul invertor.
Astfel de
principiu
de acord
management
trusele de supape, definite de (1), permit
potriviți caracteristicile mecanice ale unității
modurile motor și frânare, așa cum se arată în
figura.
La
nevoie
frânare
conduce
semnalul de referință de viteză ωset scade. Eroare de
semnul schimbărilor de viteză (ωass - ω)<0, и на входе ЛПУ знак
semnalul se schimbă de la (+) la (-), conform căruia
N.I. Usenkov. Electric
sky drive Contactul QS1 se oprește și contactul QS2 se pornește. in orice caz
pornirea contactului QS2 nu are loc imediat, ci cu unele
întârzierea necesară pentru curentul de armătură să
a scăzut la zero și tiristoarele UZ1 au restabilit blocarea
proprietăți. Scăderea curentului la zero este controlată de senzorul de curent DT și
DAR cu organ nul (în alte scheme, în acest scop,
senzori de conductivitate ale supapei).
Când curentul scade la zero, după o anumită întârziere
timp, tasta QS2 este pornită și convertorul începe să funcționeze
UZ2, deja pregătit pentru funcționare în modul invertor. Unitatea de antrenare
intră în modul de frânare regenerativă, timp total
comutarea grupurilor de tiristoare este de 5 - 10 ms, adică
acceptabil pentru a asigura o calitate înaltă a controlului ES.
Când lucrați în modul motor în direcția „Înapoi”, semnul
referința de viteză este negativă și valoarea absolută
N.I. Usenkov. Electric
sky drive erori de viteză |ωset - ω | pozitiv, deci
intrarea LPU primește un semnal negativ și pornește
cheie
QS2.
Lucrări
convertor
US2
în
modul de rectificare. Reguli logice de lucru
LPU sunt ilustrate în tabelul 2.
Sunt utilizate și alte scheme de unități de îngrijire a sănătății.
Caracteristicile mecanice ale mecanismului de marșarier TP-D
cu control separat sunt prezentate în figură.
Cu curent continuu
sunt descrise prin ecuația (1).
ancore
motor
ei
În modul curenţilor discontinui în regiunea micilor
valorile cuplului, liniaritatea caracteristicilor este încălcată.
În sistemele moderne de curent și viteză închise
reglare, datorită utilizării adaptive
controlere, este posibilă liniarizarea mecanică
caracteristicile EP iN.I.
priUsenkov.
electrice mici
valori de moment.
sky drive Tabelul 2 - Logica de lucru a unității medicale
Semn
Semn
Semn
Pornit
Lucrări
Modul
ω fund
|ωcur- ω|
la intrare
cheie
muncă
unitate de îngrijire a sănătății
QS
convertit
eh
+
+
+
QS1
UZ1
+
-
QS2
US2
-
+
-
QS2
US2
-
-
+
QS1
UZ1
N.I. Usenkov. Electric
sky drive
acționare electrică
A
Motor
th
Frână
Motor
th
Frână Caracteristica exterioară a redresorului
Uda
Ud0
Ud1
0
ID
eu d1
eu k.z
N.I. Usenkov. Electric
sky drive
7. Acționarea electrică și automatizarea instalațiilor industriale și a complexelor tehnologice
Implementare tehnicaN.I. Usenkov. Electric
sky drive N.I. Usenkov. Electric
sky drive N.I. Usenkov. Electric
sky drive Sarcina 1. Determinați valorile momentelor reduse J și Ms la
ridicarea sarcinii (Figura 1), dacă se cunoaște: Jd = 3,2 kg m2; Jr.o.=3,6 kg m2;
raportul de transmisie al cutiei de viteze p=0,96; Eficiența organului executiv
(tambur) B=0,94; viteza unghiulara a motorului ω=112 rad/s; viteză
sarcina de ridicare v=0,2 m/s; masa încărcăturii m=1000 kg.
Explicaţie.
Moment static redus:
Mc
F p . o. p . o.
p B D
m g p.o.
p B D
1000 9,81 0,2
19,41 Hm
0,96 0,94 112
Moment de inerție redus J:
J
J D J po
eu p2
m(
2 3,2 3,6
0,2 2
1000
) 3,3 kg m2.
2
D
112
6,14
N.I. Usenkov. Electric
sky drive Jd, np, ip, p
M, d, Jd
D
PU
Mpo, po, jpo
RO (b), și schema 3. Familiarizați-vă cu
MatLab7/Simulink3.
bibliotecă
major
blocuri
în
program
4. Alcătuiți un model bloc al unei configurații de laborator pentru realizarea
cercetează în conformitate cu tema dată și dă o scurtă descriere
dispozitive funcționale utilizate și măsurători virtuale
aparate.
5. Explorați configurația laboratorului virtual și introduceți inițiala
datele din casetele de dialog ale programului. Formulați un plan
experiment.
6. După finalizarea lucrării, întocmește un raport asupra structurii:
Titlul lucrării și scopul lucrării;
Descrierea standului de laborator;
Analiza oscilogramelor de dependențe experimentale;
Constatări.
N.I. Usenkov. Electric
sky drive Lucrare Nr. N. Cercetare a actionarii electrice conform
structura „Redresoare-convertor-motor sincron”
Model bloc al unui antrenament electric cu motor asincron
N.I. Usenkov. Electric
sky drive Rezultatele simularii
N.I. Usenkov. Electric
sky drive N.I. Usenkov. Electric
sky drive