Тиристорное управление двигателем переменного тока: Техносфера — Основы силовой электроники

Содержание

Тиристорный привод — Энциклопедия по машиностроению XXL

Экономию электроэнергии обеспечивает также применение высокопроизводительных роторных комплексов для разработки грунта вместо маломощных экскаваторов на горно-обогатительных комбинатах, уплотнение газовых трактов агломерационных фабрик, увеличение объема и производительности доменных печей, повышение садки мартеновских печей, модернизация основного и вспомогательного оборудования прокатных п трубных станов. Значительная экономия электроэнергии обеспечивается за счет энергетических мероприятий реконструкции и модернизации электрических машин и трансформаторов и рационализации схем, электроснабжения, замены вращающихся и ртутных преобразователей полупроводниковыми п внедрение тиристорного привода, рационализации освещения цехов, карьеров и шахт, совершенствования производства энергоносителей и др.  [c.52]
Применение тиристорных усилителей мощности и малоинерционных двигателей постоянного тока увеличивает быстродействие электрического привода на порядок и более.
Перспективным является использование в тиристорных приводах высокомоментных двигателей постоянного тока, что позволяет обойтись без редуктора.  [c.119]

Тиристорные усилители мощности обычно выполняются трехфазными. Принципиальная схема тиристорного привода подач показана на рис. 5.16.  [c.121]

Блок тиристорного привода плавно регулирует угловую скорость двигателя с кратностью 1 100, что позволяет менять скорость движения активного захвата машины от 1 до 100 мм/мин.  [c.40]

Машина РМУ-0,005-1 предназначена для массовых испытаний проволоки и металлической ленты иа растяжение с малыми нагрузками. Тиристорный привод плавно регулирует угловую скорость двигателя с кратностью 1 100, что позволяет изменять скорость движения активного захвата машины от 1 до 100 мм/мин.  

[c.49]

Система управления машиной в связи с переходом от электровакуумных ламп к полупроводниковым приборам претерпела большие изменения. Механизм статического нагружения оснащен тиристорным приводом, позволяющим проводить испытания при статической составляющей, изменяющейся с частотой 3,2 мин Усилитель мощности, питающий электромагнитный возбудитель колебаний, транзисторный. Машина снабжена системой управления, позволяющей программировать статическую и динамическую составляющие нагрузки на образец.  

[c.122]

Нагрузку Р на испытуемые образцы обеспечивает пневматическая система, а скорость вращения в ша и регулируется плавно с помощью тиристорного привода в диапазоне 100 1. Контрольная регистрирующая аппаратура размещена в отдельном пульте управления.  [c.187]

Нагрузку Р на испытуемые образцы обеспечивает пневматическая система, частота вращения вала п регулируется с помощью тиристорного привода в диапазоне 100 1. Контрольная регистрирующая аппаратура размещена в отдельном пульте управления. На машине можно испытывать полимерные материалы, металлы, сплавы, порошковые и композиционные материалы.

Предел измерения нагрузки Р = 4000 Н, частота вращения шпинделя п = 3000 об/мин, потребляемая мощность не более 15 кВт.  [c.312]

Для вращения сборочного барабана применен бесступенчатый регулируемый тиристорный привод.  [c.97]

Характеристики тиристорного привода  [c.187]

Например, для тиристорного привода К ф i v = О, Кь = = 1, а = О, /Со = О, Го = 1, /Се == 1. То = О, /Сг и Га — передаточный коэффициент и постоянная времени тиристорного пре-  

[c.125]


С помощью универсальной программы были проанализированы переходные функции вариантов приводов для перемещения руки промышленного робота. Робот в РТК предназначен для загрузки-выгрузки деталей типа тел вращения на токарных станках с ЧПУ. Время позиционирования детали принималось равным сумме удвоенного времени переходного процесса и времени движения детали с постоянной скоростью. На рис. 84, а приведены переходные функции, соответствующие линейному (кривая I) и роторному (кривая 2) электрогидравлическим шаговым приводам кривая 3 характеризует переходной процесс силового шагового привода.
На рис. 84, б показаны кривые, описывающие переходные процессы линейного (кривая 4) и роторного (кривая 5) электрогидравлических следящих приводов с гидроусилителем типа сопло-заслонка кривая 6 — переходная функция следящего тиристорного привода.  [c.130]

Все краны серии КБ имеют электрический многомоторный привод переменного тока, рассчитанный на питание от трехфазной сети переменного тока напряжением 220/380 В. На кране КБ-104 привод осуществляется как от двигателя автомобиля так и от внешней сети. Для расширения диапазона регулирования скоростей в кране КБк-250 применен постоянный ток с питанием от системы генератор — двигатель (Г — Д), а в кране КБ-674 — тиристорный привод.  

[c.24]

Для регулирования тиристорного привода принята двухканальная система регулирования с автоматическим поддержанием уравнительного тока и двумя выходами (по одному для каждой тиристорной группы).  [c.187]

На ряде кранов (КБ-674) применен электропривод с тиристорным преобразователем, который по своим характеристикам близок к приводу г—д. Структурная схема привода показана на рис. 100. Тиристорный привод обеспечивает пуск двигателя в функции тока с ограничением величины пускового момента, регулирование скорости путем изменения подводимого к якорю двигателя напряжения и путем изменения тока возбуждения, реверс и торможение двигателя.  

[c.159]

Вследствие указанных причин, приводящих к изменению подачи на оборот изделия на примере гидрокопировального полуавтомата 1722, снабженного гидросистемой подачи, была разработана система управления подачей. Привод главного движения станка представлял собой двигатель постоянного тока, посредством чего скорость могла изменяться бесступенчато в диапазоне от нескольких оборотов в минуту до 1500 об/мин. Управление осуществлялось с помощью ЭМУ, а также тиристорного привода. Продольная подача гидрокопировального суппорта на станке изменяется поворотом золотника на гидропанели. Необходимость иметь на станке бесступенчатые приводы подачи и скорости обусловлена необходимостью автоматического управления процессом формообразования поверхностей деталей для оптимизации процесса обработки по соответствующему критерию (см.

гл. 6). Для определения подачи на оборот изделия с целью управления ею требуется измерять частоту вращения шпинделя или приводного двигателя, а также величину продольной подачи гидрокопировального суппорта, после чего разделить второе значение на первое. Для измерения частоты вращения приводного двигателя постоянного тока использовали специально смонтированный или встроенный в привод тахогенератор.  
[c.292]

В качестве исполнительных механизмов использовались двигатели постоянного тока, работающие от ЭМУ и тиристорного привода, причем последний показал наилучшие результаты с точки зрения качества управления. Указанные приводы использовались для изменения частоты вращения шпинделя станка при управлении термо-э. д. с. за счет изменения скорости. Для регулирования  [c.307]

Для наиболее полного использования технологических возможностей данной системы СПИД, а также для выполнения условий по соответствующим ограничениям (например, мощности привода главного движения) станок оборудован САУ, в данном случае, мощностью применяемого тиристорного привода (на прис.

6.10 блок-схема показана сплошными линиями). Информация поступает от датчика 12 мощности в сравнивающее устройство 13, где происходит сравнение с заданным значением соответствующего регулируемого параметра, устанавливаемым задатчиком 14. Результирующий сигнал усиливается в усилителе 15, а затем через исполнительные механизмы 6 я 11 осуществляется воздействие на параметры режима резания, как это было показано выше.  [c.421]


В настоящее время исследовано несколько вариантов многомерных САУ, позволяющих оптимизировать процесс обработки деталей. Один из вариантов САУ, реализованный на базе гидрокопировального полуавтомата 1722, заключается в следующем. В процессе обработки каждой детали любого типоразмера управление точностью осуществляется за счет изменения размера статической настройки. Одновременно управление скоростью износа режущего инструмента осуществляется изменением частоты вращения привода главного движения в режиме связанных приводов главного движения и.
подачи (вследствие необходимости работать на максимально допустимой подаче на оборот детали, например, из условия обеспечения требуемой шероховатости поверхности). При ограничении по мощности тиристорного привода автоматически изменяется характер управления приводы главного движения и подачи разъединяются, повышается частота вращения шпинделя для разгрузки привода и одновременно уменьшается подача для этой же цели, а также для поддержания предписанного значения термо-э. д. с. При отсутствии ограничения (например,  
[c.625]

При включении одного из, тиристоров начинает вращаться исполнительный двигатель ДЗ (рис. 8.63), управляющий тиристорным приводом и двигателем главного движения (шпинделем). Требуемое значение термо-э. д. с. устанавливается потенциометром Я2Ъ и контролируется прибором П5 (см. рис. 8.60). При необходимости коррекции уставки по термо-э. д. с. согласно  [c.628]

Если мощность резания превысит установленное предельное значение, контакт реле РП5-4 будет находиться в правом положении, включится тиристор Т5 и двигатель ДЗ б ет способствовать увеличению чисел оборотов двигателя ДС. таким образом, одновременное увеличение скорости вращения шпинделя и уменьшение подачи способствует разгрузке тиристорного привода и, вместе с этим, в определенной степени стабилизации предписанного значения термо-э. д. с. Если мощность резания меньше установленного предельного значения, восстанавливается прежний режим работы многомерной системы управления. Требуемое (допускаемое) значение мощности устанавливается потенциометром / 27 и контролируется прибором П8. Действительное (текущее) значение мощности контролируется прибором П7 (микроамперметр постоянного тока).  [c.631]

Кран оснащен тиристорным приводом основных механизмов. Токоподвод к тележке выполнен кабельным.  [c.152]

Эта схема может быть выполнена например, на базе тиристорного привода, позволяющего не только обеспечить экономичность и точность работы, но и устранить такой крупный дефект типовых схем управления, как их инерционность. Важно также и то что большое число включений, характеризующее работу механизмов подач, по-видимому, неизбежно при современном состоянии и в перспективе.[c.65]

Необходимые осевые подачи целесообразно осуществлять периодическими кратковременными включениями механизма. Этому условию соответствует бесконтактный тиристорный привод. Использование тиристорного привода облегчает регулировку скорости, исключает инерционность схемы управления и может рассматриваться как радикальное средство повышения ее надежности.  [c.68]

В качестве двигателей чаще всего применяют односкоростные асинхронные электродвигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором. Обладая жесткой характеристикой, они обеспечивают постоянство мощности во всем диапазоне скоростей и незначительное изменение частоты вращения вала под нагрузкой. Реже применяют двух- и трехскоростные электродвигатели, а в приводах тяжелых и некоторых средних станков — электродвигатели постоянного тока. В последние годы получают распространение тиристорные приводы постоянного тока, имеющие малые размеры, большую надежность и низкую стоимость. Начинают применять шаговые двигатели, быстродействие которых достигает 18 000 Гц. При осуществлении вспомогательных движений нередко используют электромагниты (соленоиды). Широкое распространение в металлорежущих станках получил гидравлический привод.  [c.17]

Тянущая подача представляет собой сварную станину, на которой расположены регулируемые клиновые направляющие, в которых от тиристорного привода, состоящего из двигателя постоянного тока, редуктора и барабана, перемещается тележка с зажимным устройством для захвата профиля. Передача движения с барабана на тележку осуществляется тросом. Скорость перемещения тележки регулируется бесступенчато.  [c.136]

Указатель-корректор шкалы, фиксирующей величину перемещения активного захвата, связан с маятником силоизмерителя, что позволяет путем автоматического вычитания хода пассивного захвата фиксировать расстояние, пройденное только активным захватом, т. е. деформацию образца. Машина РТ-250М-2 предназначена для испытания на растяжение образцов из различных тканей. Машина комплектуется захватами одного типа, для текстильных материалов. Тиристорный привод регулирует угловую скорость двигателя с кратностью  [c.40]

На лицевой стороне шкафа установлен измерительный прибор (см. рис. 9) с отсчетными устройствами крутящего момента, угла закручивания, числа оборотов. Он снабжен рабочей и контрольной стрелками. Рабочая стрелка приводится во вращ,ение от электродвигателя, получающего сигнал от блока управления моментоизмерителя и указывает нагрузку, прикладываемую к образцу. На одной оси с рабочей стрелкой установлен шкив, который с помощью гибкого тросика перемещает перо самопишущего прибора. Барабан лентопротяжного механизма через редуктор масштабов приводится во вращение от привода. Угол закручивания и число оборотов образца в процессе испытания измеряются с помощью специального фотодатчика, сигнал с которого передается на электромагнитный счетчик, который проградуирован в градусах угла закручивания. Система возбуиадения машины снабжена тиристорным приводом,  [c. 144]


РисЛ7. Широкополосная сирена t форкамера 2 — корпус сирены 3 ротор 4 — электродвигатель 5 — тиристорный привод мотора 6 — датчик обратной связи 7 — шкивы провода 4 — обтекатель 9 — рупор 10 — задвижки 11 — дроссель 12 — ресивер  [c.452]

Технологический переход, определение 81 Тиристорный привод 97 Треугольная шина 25 Трехвалковый каландр 3-500-1250 44 Трехсекторный сборочный барабан 195, 196 Тянульная станция 48  [c.262]

В оборудовании с ЦПУ используют также наиболее простые модели тиристорного привода (ПКВТ, ЭТО).  [c.183]

Для замкнутых систем ЧПУ серийно выпускают тиристорные приводы с импульсно-фазовым управлением ЭТЗС1 Г, ПТЗР и с широтно-импульсным управлением ЭТШР (табл. 3). Эти приводы отличаются широким диапазоном регулирования (отношение максимальной скорости к минимальней равно соответственно 1000, 2000 и 6000) а  [c.185]

Во фрезерном станке МА-655 (ЭНИМС) применена система УМС2Ф — модификация системы ЧПУ с учетом специфических требований к фрезерным станкам с тиристорным приводом. В качестве следящей системы ЧПУ используется импульсно-фазовая система с датчиком перемещения вращающегося трансформатора. Система УМС2Ф обеспечивает ЧПУ трехкоординатного фрезерного станка с одновременным управлением по любым из двух координат, рассчитывает эквидистантный контур, учитывая радиус фрезы, а также выполняет линейную и круговую интерполяцию. В системе предусмотрен блок коррекции, который повышает точность обработки и производит по той же программе черновое и чистовое фрезерование, а также позволяет применять немерную фрезу.  [c.475]

Источниками энергетических и кинематических возмущений являются промышленная сеть и сварочное оборудование источники питания, аппаратура управления, приводы подачи электрода, перемещений и др. Технологические возмущения связаны с несовершенством технологий подготовки заготовок, их сборки и сварки. Совершенствование конструкций сварочного оборудования, применение тиристорных приводов, микропроцессорной техники для управления сварочным циклом позволяют частично или полностью устранить многие из энергетических и кинематических возмущений. Наиболее трудно устранимыми являются технологические возмущения, поскольку усложнение технологической оснастки и технологии заготовки, сборки и сварки изделий во многих случаях оказьшается экономически неопрадцанным. Например, невозможно полностью устранить флуктуации положения  [c.14]

Скользящие токоподводы выполнены по типу вал-втулка. Привод вращения сварочных роликов состоит из тиристорного привода ЭУУ2-1-3027Е и червячного редуктора. Редуктор связан с приводным электродвигателем шаговой электромагнитной муфтой, обеспечивающей необходимые разъединение и соединение их валов при работе машины. В приводе вращения предусмотрены два диапазона скоростей непрерывного вращения роликов  [c.181]

На результаты испытаний технологических свойств СОЖ большое влияние оказывает правильный выбор элементов режима резания, главным образом скорости резания. Основные серии испытаний проводили на скорости резания, обеспечивающей при работе на товарных СОЖ среднюю стойкость инструментов, соответствующую минимальной себестоимости выполнения операции обработки резанием. Кроме того, для построения зависимостей стойкости инструментов от скорости резания и получения более обоснованного заключения испытания проводили при изменении скорости резания в 1,2—1,4 раза как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Подачи и глубины резания соответствовали уровню режима резания получистовых операций. На всех металлорежущих станках для установления и поддержания на одном уровне необходимых скоростей резания были смонтированы взамен асинхронных двигателей комплектные тиристорные приводы постоянного тока типа ПКВТ или ПТЗР, а также устройства для измерения частоты вращения шпинделя на базе электронного частотомера типа 43-32. Это обеспечило постоянство скорости резания с ошибкой не более 0,5%.  [c.91]

В случае управления скоростью износа режущего инструмента за счет изменения скорости вращения шпинделя с целью поддержания максимально допустимой подачи на оборот изделия используется система управления, автоматически связывающая приводы главного движения и подачи в режиме до наступления ограничения по мощности применяемого тиристорного привода. Скорость продольной подачи гидрокопировального суппорта измеряется с помощью тахогенератора ТТ, через специальный механизм преобразования поступательного движения во вращательное. Одновременно с помощью тахогенератора ТГ , установленного на роторе двигателя главного движения, снимается информация о частоте вращения шпинделя. Сигнал, снимаемый с тахогенератора ТГ , усиливается транзистором и поступает на одну из рбмоток поляризованного реле РП5-2. На вторую обмотку этого же реле подается (через делитель напряжения, образованного резисторами Р26 и Я12) сигнал с тахогенератора В зави-  [c.629]

С целью выполнения условия по ограничению (по мощности применяемого тиристорного привода) используется САУ, регулирующими параметрами которой являются подача и скорость главного движения. Информация о мощности двигателя главного движения ДСснимается с обмотки его дополнительных полюсов ДП и через выпрямительный мост Д7 поступает на одну из обмоток поляризованного реле РП5-4. С делителя напряжения (резистор / 27) на вторую обмотку поляризованного реле поступает сигнал, характеризующий допускаемую мощность привода.[c.630]

Приводы механизмов передвижения стеллажных кранов-щтабелеров с большой высотой подъема должны обеспечивать разгон и электрическое торможение с ускорениями, не превышающими 0,25 м/с . Для этого часто используют тиристорные приводы, допускающие большой диапазон регулирования скоростей, благодаря чему при достаточно больших скоростях (до 160 м/мин) установочные скорости находятся в пределах 6—10 м/мин, а при автоматическом управлении 4—6 м/мин.  [c.126]

Приводной ролик вращается от электродвигателя через редуктор и систему шестерен, снижающих число оборотов. Для изменения числа оборотов приводного ролика (скорости шовной сварки) применяют электродвигатель постоянного тока с соответствующей системой регулирования (электромащинный и- тиристорные приводы) или асинхронный двигатель с магнитной муфтой скольжения, которая обеспечивает регулирование скорости сварки в диапазоне до 1 10, имеет небольшие габаритные размеры и надежна в эксплуатации.[c.50]


Схема тиристорного управления электроприводом шпиля

Схемы электроприводов, построенные по системе генератор — двигатель, обладают хорошими регулировочными характеристиками. Однако для обеспечения работы исполнительных электродвигателей приходится устанавливать приводной двигатель, генератор и возбудитель. Построечная стоимость схемы электропривода растет, обслуживание усложняется.

На рис. 1, а показана тиристорная схема электропривода шпиля, на рис. 1, б — таблица замыканий контактов пульта управления ПУ. Трехфазное питание переменного тока автоматическим выключателем АВ подается на управляемый выпрямительный мост, состоящий из неуправляемых силовых вентилей B1, В2, ВЗ и управляемых вентилей — тиристоров T1, Т2, Т3. Релаксационный генератор (генератор периодических импульсов несинусоидальной формы) управляет степенью открытия тиристоров T1, Т2, Т3, изменяя величину напряжения постоянного тока, подведенного к компаундному электродвигателю.

Рис. 1. Схема тиристорного управления электроприводом шпиля


Рукоятка пульта управления связана с контактами пульта ПУ1—ПУ5 и бесконтактным сельсином управления БС. Управление релаксационным генератором осуществляется через магнитный усилитель МУ и трансформатор питания ТрП.

Работа схемы «Вперед»

В первом положении пульта управления замыкаются контакты ПУ1, ПУ2: включается цепь питания сельсина БС, срабатывает контактор тормоза Т, его контакт КТ подает питание на магнитный тормоз МТ. Контакторы направления В и Н еще не сработали, на якорь электродвигателя М напряжение не подается, и он замкнут на резистор Rт. Через трансформатор Тр и выпрямитель В7 получает питание независимая обмотка электродвигателя НОВ.

Следовательно, в первом положении пульта управления электродвигатель в ход сам не пойдет, но его якорь может вращаться под действием внешних сил. Якорь будет пересекать магнитный поток обмотки НОВ, и в нем возникнет электродвижущая сила. В контуре М—R потечет тормозной ток. Происходит работа в тормозном режиме.

Стоит внешним силам прекратить раскручивание якоря электродвигателя, и он остановится. Бесконтактный сельсин БС находится в исходном положении, поэтому в обмотке управления ОУ тока нет (это не имеет никакого значения, так как двигатель М не подключен к выпрямительному мосту).

В следующих положениях рукоятки ПУ замыкается контакт ПУ4. Срабатывает контактор направления В, включая двигатель в цепь питания и отключая его от тормозного резистора Rт. Ротор сельсина БС поворачивается незначительно, поэтому ток в обмотке управления ОУ очень мал. Начиная с третьего положения рукоятки ПУ, контакты ПУ1—ПУ5 не переключаются, а все больше поворачивается ротор сельсина БС, работающего в трансформаторном режиме. Происходит постоянное увеличение тока в обмотке ОУ.

В каждой фазе питания С, В, А синусоиды напряжений смещены относительно друг друга на 120°, это можно сказать и относительно напряжений, подведенных к тиристорам Т3, Т2, Т1. Значит, управление тиристорами нужно осуществлять со сдвигом на 120°. Напряжения на первичных обмотках АТр, ВТр, СТр трансформатора питания ТрП тоже смещены на 120° относительно друг друга. Значит, каждый колебательный контур релаксационного генератора будет работать со смещением на 120 эл. град.

Работа колебательного контура одной фазы

Достаточно рассмотреть работу колебательного контура одной фазы. На низких скоростях ротор сельсина БС повернут на малый угол, по обмотке управления ОУ течет небольшой ток и железо магнитного усилителя МУ не насыщено. В этом случае индуктивное сопротивление рабочих обмоток ОРС, ОРВ, ОРА высокое. На этих обмотках повышенное падение напряжения, а на первичных обмотках АТр, ВТр, СТр трансформатора ТрП напряжение небольшое. Конденсатор С1, получающий питание от вторичной обмотки трансформатора ТрП, заряжается медленно. Напряжение с конденсатора через В4 и резистор R1 подводится положительным полюсом на управляющий электрод У вспомогательного тиристора Т4. Этот тиристор откроется только тогда, когда на его электроде У напряжение достигнет 15—20 В.

Так как напряжение трансформатора ТрП невысокое, то относительно напряжения фазы А (оно подведено к тиристору Т1) конденсатор будет заряжаться долго. Наконец, с отставанием на угол α (рис. 2) на электроде У появляется напряжение 15—20 В. Открывается тиристор Т4 (см. рис. 1), и конденсатор через В4, Т4 и первичную обмотку импульсного трансформатора ИТр1 разряжается. На электрод У1 тиристора Т1 поступает импульс напряжения управления Uy. С этого момента тиристор Т1 открыт. Выпрямляется часть синусоиды напряжения положительного полупериода (на рис. 2 заштрихована).

Рис. 2. Принцип открытия тиристоров напряжением управления при низких (а) и высоких (б) частотах вращения


Присутствие сигнала управления на электроде У1 после открытия тиристора не обязательно — он будет открыт до тех пор, пока через тиристор протекает ток. Однако положительный полупериод заканчивается, тиристор закрывается. В следующий положительный полупериод для открытия тиристора Т1 релаксационный генератор выработает новый импульс управления Uy. На низких скоростях открытие тиристоров происходит с большим углом зажигания а, т. е. открытие позднее. Величина выпрямленного среднего напряжения Uc невелика.

На высоких скоростях угол поворота БС большой, сельсин подает большое напряжение на обмотку ОУ, железо магнитного усилителя МУ насыщено, следовательно, сопротивление рабочих обмоток низкое. На обмотках ОРС, ОРВ, ОРА маленькое падение напряжения, а на трансформатор ТрП поступает повышенное напряжение. Конденсатор С1 заряжается быстро; открытие вспомогательного тиристора Т4, разряд конденсатора через ИТр1, подача импульса на электрод У1 и открытие тиристора будут ранними (под углом α1). Пропускается почти вся положительная полуволна напряжения. Выпрямленное напряжение Ucl высокое, электродвигатель работает с большой частотой вращения.

Схема симметрична, и работа «Назад» происходит аналогично. Теперь включаются контакты Н, изменяя полярность подведенного напряжения к якорю двигателя.

При недопустимых перегрузках или коротких замыканиях в силовой цепи срабатывает защита установочного автомата АВ и привод отключается.

При некоторых допустимых перегрузках в цепи работает защита, выполненная шунтом Ш, стабилитроном СТ и обмоткой ОЗ усилителя.

Падение напряжения на шунте Ш пропорционально току нагрузки; в нормальных условиях это напряжение недостаточно для пробоя стабилитрона СТ и по обмотке защиты ОЗ ток не проходит. При перегрузках падение напряжения на шунте Ш становится достаточным для пробоя СТ, по обмотке ОЗ течет ток, размагничивающий усилитель, сопротивление его рабочих обмоток растет, на них большое падение напряжения, а на трансформаторе ТрП напряжение понижается.

Заряд конденсаторов C1, С2, С3 происходит медленно, что соответствует позднему открытию тиристоров T1, Т2, Т3. Двигатель получает низкое напряжение, его ток и частота вращения уменьшаются. Так достигается разгрузка.

При уменьшении напряжения на шунте Ш до величины, ниже, пробойной, стабилитрон СТ снова запирается, переходя в нормальное состояние.

Рассмотренная схема по широте и плавности регулирования равнозначна схеме генератор—двигатель, но здесь нет трехмашинного агрегата, его заменяет блок статических выпрямителей. Такая схема имеет более низкую построечную стоимость, менее громоздка и не требует систематического ухода.

Новый взгляд на экскаваторный электропривод

В.В.Сафошин, генеральный директор ОАО «Рудоавтоматика»
А.Я.Микитченко, чл.-кор. АЭН РФ, д. т. н., проф., директор по научной работе ОАО «Рудоавтоматика»
С.Г.Гладких, начальник отдела стандартизации и качества ОАО «Рудоавтоматика»

Предприятие «Рудоавтоматика» было создано в 1976 г. для пуска, наладки и обслуживания электрооборудования и промышленной автоматики на трех крупнейших ГОКах Курской магнитной аномалии – Михайловском, Лебединском и Стойленском. В 1992 г. была разработана новая стратегия развития предприятия, ориентированная на производство созданных совместно с Московским энергетическим институтом (МЭИ) низковольтных комплектных устройств (НКУ) для управления электроприводами карьерных и шагающих экскаваторов. Продукция предприятия, зарекомендовавшая себя вполне конкурентоспособной, пользуется спросом как в России (НКУ закупают 11 предприятий), так и за рубежом (Украина, Казахстан, Вьетнам, Монголия). Ориентировочная стоимость НКУ – 70 тыс. долл. США.

Вся продукция ОАО «Рудоавтоматика» сертифицирована в системе обязательной или добровольной сертификации. В 2004 г. действующая на предприятии система менеджмента качества была сертифицирована на соответствие международному стандарту ISO 9001.

В 2003 г. ОАО «Рудоавтоматика» выиграло тендер на поставку НКУ для экскаваторов ЭКГ-10Р, производимых ОАО «Ижорские заводы». В том же году предприятие стало дипломантом премии губернатора Курской области. В 2004 г. НКУ ЭГ-08-У2 выдвинуто на конкурс «Сто лучших товаров России».

Разработанные НКУ управления электроприводами экскаваторов выполнены по системе «тиристорный возбудитель – генератор – двигатель» (ТВ–Г–Д). Система оптимальна по быстродействию; напряжение генератора повторяет сигнал задания.

Тиристорные и транзисторные возбудители, заменившие в экскаваторном электроприводе магнитные усилители, имеют перед ними преимущества в части быстродействия, по массо-габаритным показателям и материалоемкости, но уступают по надежности. Для повышения надежности возбудителей этого типа использован принцип «запасного колеса». В нашем случае колесо – это моноблок, имеющий во всех габаритах серии одинаковую схемотехнику и идентичные характеристики. В нем отсутствуют подстроечные элементы. Моноблок регулирует напряжение, обеспечивает рекуперацию энергии в тормозных режимах, позволяет наращивать мощность путем параллельного или последовательного соединения с аналогичными блоками.  В общем случае он предназначен для работы в НКУ управления электроприводами не только экскаваторов, но и буровых станков, подъемно-транспортных машин, причем не только в качестве возбудителя генератора в системе ТВ–Г–Д, но и в системах тиристорный преобразователь-двигатель (ТП–Д), непосредственный преобразователь частоты – асинхронный двигатель (НПЧ–АД). В каждом моноблоке имеются встроенный двухступенчатый зависимый задатчик интенсивности переходных процессов, защита от коротких замыканий, перегрузок, обрыва фазы, АПВ и система диагностики неисправного состояния. Заменять неисправный моноблок резервным по сигналу датчика неисправного состояния может даже неквалифицированный персонал. После замены работоспособность экскаватора восстанавливается за 10–15 мин. Один запасной моноблок обеспечивает необходимое и достаточное резервирование надежности всех главных электроприводов экскаватора и даже нескольких экскаваторов. Ремонт и обслуживание неисправных моноблоков осуществляется квалифицированным персоналом в стационарных условиях ремонтного предприятия или завода-изготовителя. Для упрощения ремонта и обслуживания моноблоков в них используется одинаковая элементная база российского или зарубежного производства (по желанию заказчика).

Оптимальная система ТВ–Г–Д для главных приводов экскаваторов разработана на основе преобразователей ПТЭМ-1Р. Однако преобразователи этой серии имели целый ряд недостатков. Поэтому ученые МЭИ в тесном сотрудничестве со специалистами ОАО «Рудоавтоматика» разработали новую серию преобразователей второго поколения. Преобразователь ПТЭМ-2Р предназначен для тех же целей, что и ПТЭМ-1Р, а также используется в качестве регулятора напряжения в системе ТРН–АД (тиристорный регулятор напряжения – асинхронный двигатель), звеньев постоянного тока в асинхронном вентильном каскаде (АВК) и в частотных преобразователях по системе АИТ–АД (автономный инвертор тока – асинхронный двигатель). При разработке ПТЭМ-2Р сохранили лучшие, проверенные практикой, конструктивные решения и узлы преобразователя ПТЭМ-1Р (например, функциональную схему самодиагностики и защиты преобразователя). В этой серии разработано типоисполнение на IJBT-транзисторах.

В серию вошли четыре типоразмера. Модули предназначались для работы в составе непосредственных преобразователей частоты, поэтому для качественного формирования токов создали непрерывные импульсы управления, а для увеличения надежности число электронных элементов модуля сократили до 400. При использовании силовых модулей была упрощена конструкция силовой части, а новые датчики тока и напряжения на основе эффекта Холла обеспечили надежную потенциальную развязку силовых цепей и цепей управления. Существенно изменили схему датчика тока в тиристорах путем введения высоковольтной потенциальной развязки с помощью транзисторных оптронов. СИФУ принята многоканальной, диапазон углов управления симметричный – от α min = 30° до α mах = 150°.

ОАО «Рудоавтоматика» серийно выпускаются два габарита модульных преобразователей ПТЭМ-2Р: мощностью 15 кВт (ток нагрузки 64 А), на тиристорных модулях; мощностью 30 кВт (ток нагрузки 130 А), на таблеточных тиристорах Т320, со схемотехникой ПТЭМ-2Р и с силовой частью второго габарита ПТЭМ-1Р. Первый модуль используется в НКУ экскаваторов ЭКГ-10; ЭКГ-12,5; ЭКГ-15; ЭШ-10/70; ЭШ-15/90, второй – в НКУ ЭКГ-8 и ЭШ-6/45. В целом НКУ оснащено более 100 экскаваторов. Примерно на 20 машинах различных типов проведена частичная модернизация. 15 экскаваторов, оснащенных моноблоками ПТЭМ-1Р в качестве возбудителей электрических машин в системе Г–Д, работают на Михайловском, Стойленском, Качканарском ГОКах и в Оренбургасбесте. Более 85 машин, оснащенных преобразователями ПТЭМ-2Р, работают на Михайловском, Лебединском, Оленегорском, Полтавском и Соколовско-Сарбайском ГОКах, в Оренбургасбесте и других предприятиях. В Междуречье местными службами на базе НКУ производства ОАО «Рудоавтоматика» были самостоятельно собраны системы управления для драглайнов ЭШ-10/70 и ЭШ-15/90. Одна машина ЭКГ-8 в тропическом исполнении работает во Вьетнаме. Подготовлена машина для работы в Монголии.

По данным Лебединского ГОКа, наработка на отказ ПТЭМ-2Р по сравнению с ПТЭМ-1Р возросла в 1.5 раза и составила 15640 ч, значительно превысив наработку у НКУ других производителей: примерно в 5 раз больше, чем у Ш3801 (3514 ч) и в 10 раз – чем у Б3801 (1522 ч). Результаты исследований показали, что НКУ, построенные на базе модулей ПТЭМ, полностью исключают простои экскаваторов благодаря своевременной замене неисправных блоков резервными. По требованию заказчика системы ОАО «Рудоавтоматика» устанавливаются на экскаваторы либо сразу на заводе, либо поставляются и устанавливаются отдельно на месте эксплуатации.

В ОАО «Рудоавтоматика» продолжаются разработки транзисторного преобразователя ПТЭМ-2РИ, хотя использование транзисторов в экскаваторном электроприводе постоянного тока, по мнению специалистов компании, не является определяющим. Их высокое быстродействие может решить лишь две важных задачи: способствовать быстрому восстановлению инвертора в якорной цепи при опрокидывании, если это якорный преобразователь, и получать значительные форсировки в цепях возбуждения двигателей для гашения поля в тех же аварийных ситуациях в якорной цепи, если это возбудитель. Во всех остальных случаях прекрасно работают тиристорные преобразователи.

С точки зрения динамики экскаваторных электроприводов, особенно в режимах тяжелых стопорений, система Г–Д (генератор–двигатель) с полупроводниковым возбуждением практически исчерпывает свои потенциальные возможности. Совершенно естественным становится вопрос о замене инерционного генератора с малым коэффициентом усиления и безынерционного полупроводникового возбудителя с высоким коэффициентом усиления одним быстродействующим элементом с высоким коэффициентом усиления, линейным в широком диапазоне изменения управляющего сигнала.

Мировые тенденции в области увеличения производительности экскаваторов и снижения динамических нагрузок на механическое оборудование на протяжении уже 40 лет акцентированы на повышение быстродействия силового преобразователя электропривода. Для двигателей постоянного тока – это система ТП–Д (тиристорный преобразователь – двигатель) с соответствующим фильтрокомпенсирующим устройством (ФКУ), а для переменного тока – ПЧ–АД (полупроводниковый преобразователь частоты – асинхронный двигатель). В ОАО «Рудоавтоматика» разработки в указанном направлении ведутся совместно с Московским энергетическим институтом (техническим университетом) и Оренбургским государственным университетом.

ОАО «Рудоавтоматика» в инициативном порядке разрабатывает НКУ экскаватора ЭКГ-5 на базе системы ТП–Д. Для безопасного инвертирования расчетное максимальное значение напряжения преобразователя должно значительно превышать максимальное значение напряжения холостого хода двигателя. Электронная защита, убирающая импульсы управления (как в ПТЭМе), в инверторном режиме непригодна, нужны только автоматы. Поэтому в якорной цепи установлен автомат с уставкой выше стопорного значения. Для предотвращения перенапряжений параллельно контактам автомата включен резистор, ограничивающий аварийный ток на уровне стопорного. Желание обойтись без дополнительных реакторов в якорной цепи плюс необходимость завышения напряжения определили концепцию построения силовой схемы – это 12-пульсная двухмостовая (с последовательным соединением мостов) реверсивная схема с синфазным управлением и трехобмоточным трансформатором. Такая силовая схема и такое управление одновременно позволяют свести к минимуму влияние преобразователя на сеть по высшим гармоникам (в спектре сетевого тока отсутствуют гармоники ниже одиннадцатой). Труднее всего было разместить оборудование на платформе ЭКГ-5. Поэтому отказались от реакторов на переменном токе. Исходя из ограничения ударных токов, для всех приводов выбрали одинаковые тиристоры, благодаря чему получили попутные положительные эффекты: унифицированные модули для построения шкафов и возможность работы части приводов (напора и поворота) с естественным охлаждением.

Унифицированный модуль размерами 920(400(1800 мм содержит мостовой реверсивный преобразователь и обеспечивает работу привода напора. Доступ к модулю для обслуживания – односторонний. Шкафы приводов подъема и поворота однотипные, образуются парой модулей, пристыкованных задними стенками. В результате обеспечивается двухсторонний доступ для обслуживания шкафов. Между шкафами образуется внутренняя шахта для обдува, но вентилятор устанавливается только на шкаф подъема.

Автоматы питания обеспечивают последний уровень защиты от ударных токов короткого замыкания (к. з.) в случае недостаточной электронной защиты и автоматической защиты в якорной цепи.

В настоящий момент для экскаваторного электропривода актуален переход на переменный ток. В ОАО «Рудоавтоматика» исследуют рациональные пути решения этого вопроса. Основная проблема здесь в том, что российской промышленностью не выпускаются серийно двигатели переменного тока в экскаваторном исполнении с встроенными датчиками скольжения для регулируемого электропривода. Что касается преобразователей (например, частотных), то в них недостатка нет. В связи с этим предложено выполнять двухфазную асинхронную явнополюсную машину (двигатель Тесла) непосредственно на магнитопроводе «родной» машины постоянного тока. Корпус, якорь, магнитопровод, присоединительные размеры, вал, система вентиляции остаются прежними. Поскольку на четырех полюсах машины постоянного тока можно выполнить только двухполюсную двухфазную машину переменного тока, частота питания статора для получения «родной» частоты вращения требуется небольшая – всего 12–15 Гц. Потери в стали при такой частоте на порядок меньше, чем при 50 Гц. При необходимости корпус выполняется шихтованным. Обмотку якоря можно закоротить по коллектору или заменить стержнями, закороченными с торцов кольцами. Коллектор и дополнительные полюса не нужны, поэтому при производстве машин в заводских условиях для увеличения момента активные части якоря и полюсов можно удлинить, а башмаки полюсов расширить. При этом катушки полюсов выполняют из проводников большего сечения и включают попарно согласно на противоположных полюсах – последовательно или параллельно, что позволяет ступенчато регулировать напряжение и ток статорных обмоток при согласовании с преобразователем. Необходим также встроенный датчик скольжения или потока.

В таком двигателе каждая фаза может получать питание в системе НПЧ–АД от упомянутого выше модуля, имеющего мостовую реверсивную схему. При напряжении питания модуля 380 В его максимальное выходное выпрямленное напряжение равно 445 В (преобразователь зарегулирован с обеих сторон на 30°), а действующее значение – 315 В. Таким образом, при последовательном включении катушек на полюсах двигателя можно рекомендовать их исполнение 315 В/фазу. При параллельном включении напряжение, подаваемое на фазу, следует уменьшить вполовину, а преобразователь фазы может быть выполнен по реверсивной нулевой схеме.

При таком подходе нет большой разницы в том, по какой системе выполнять электропривод: по системе постоянного тока ТП–Д или по системе переменного тока НПЧ–АД. Однако с переходом на систему переменного тока уменьшится вероятность опрокидывания инвертора и многократно облегчится процесс его восстановления, снизятся ударные тормозные моменты при опрокидывании, исчезнет необходимость установки защитных автоматов и тормозных резисторов в цепях питания двигателей и сама вероятность возникновения «кругового огня» по коллектору, возрастут предельные значения моментов электроприводов. Для питания всех преобразователей достаточно одного двухобмоточного трансформатора.

На платформе экскаватора ЭКГ-5 обе системы размещаются одинаково. Трансформатор и два шкафа преобразователей подъема и поворота-хода располагаются у задней стенки – на месте машинного агрегата, а модуль напора и возбудители двигателей – в штатном шкафу электротехнического оборудования позади кабины машиниста.

В системе НПЧ–АД статорные обмотки двигателей подъема и хода выполнены на напряжение 315 В и питаются от двух реверсивных мостовых модулей, которые являются составляющими как шкафа подъема, так и шкафа поворота/хода. Два двигателя вращения имеют параллельное соединение катушек на напряжение 160 В и подключаются пофазно-последовательно к шкафу поворота/хода на шестипульсное напряжение 315 В. Двигатели поворота или хода подключаются к шкафу преобразователя с помощью двух двуполюсных контакторов. Двигатель напора имеет параллельное соединение статорных катушек на напряжение 160 В и получает питание от модуля напора, содержащего два реверсивных нулевых преобразователя на трехпульсное напряжение 160 В. Токовые нагрузки на преобразователи по отношению к системе постоянного тока несколько снижаются.

В схемах с тиристорными преобразователями и постоянного, и переменного тока необходимо компенсировать реактивную мощность сети. Анализируя зависимость суммарной реактивной мощности, потребляемой за цикл экскавации электроприводами экскаватора ЭКГ-5, выполненными по системе НПЧ–АД и ТП–Д, можно предположить, что высокие средневзвешенные цикловые энергетические показатели получаются при нерегулируемом ФКУ. Специалисты ОАО «Рудоавтоматика» предлагают раздробить его примерно пропорционально мощностям отдельных электроприводов и встроить в соответствующие шкафы этих электроприводов.

Для привода переменного тока наибольший интерес представляет создание преобразователя на транзисторах IGBT. Здесь быстродействие преобразователя (постоянная времени меньше 0.001 с) весьма уместно и для формирования токов и для защиты. Разработки в этой области ведутся специалистами Рудоавтоматики в двух направлениях. Первое направление – создание преобразователя постоянного тока типа ПТЭМ, а на его основе с помощью соответствующей обратной связи и релейного регулятора – регулируемого источника тока (РИТ), который устанавливается в каждую фазу двигателя переменного тока. Это позволит создать систему НПЧ–АД мощностью от нескольких единиц до нескольких сотен киловатт и диапазоном регулирования частоты от 0 до 100 Гц, с одноступенчатым преобразованием энергии и энергопотреблением как в системе НВ–АИН (ШИМ) – АД («неуправляемый выпрямитель – автономный инвертор напряжения – асинхронный двигатель»), но с рекуперацией энергии. Второе направление – создание двухмодульного преобразователя с звеном постоянного напряжения по типу НВ–АИН (ШИМ) – АД, но с рекуперацией энергии звеном постоянного напряжения в сеть и с релейным (а не ШИМ) регулированием токов в автономном инверторе. Такой преобразователь компануется из двух абсолютно идентичных модулей ПТМ-1 (преобразователь транзисторный моноблочный), функциональное назначение каждого из которых выявляется автоматически программным путем.

Журнал «Горная Промышленность» №4 2004

Тиристорное управление трехфазными асинхронными двигателями

В этой статье мы обсудим: 1. Тиристорное управление регуляторами переменного тока. 2. Регулирование переменного напряжения и частоты. 3. Регулирование переменного тока и переменной частоты. 4. Тиристорное управление циклопреобразователями. Контроль сопротивления 7. Схема восстановления мощности скольжения.

Тиристорное управление регуляторами переменного тока
:

Регулятор переменного тока преобразует постоянное переменное напряжение в переменное переменное напряжение той же частоты.Несомненно, уровень переменного напряжения можно изменить с помощью автотрансформатора, РПН, реактора насыщения и т. д. Эти устройства используются уже давно и используются до сих пор. Но регуляторы переменного тока, использующие тиристоры и симисторы, становятся все более популярными из-за их высокого КПД, быстрого управления и компактных размеров. Однако регуляторы переменного тока, использующие тиристоры и симисторы, вносят нежелательные гармоники в цепи. Регуляторы переменного тока классифицируются как однофазные и трехфазные. Каждая из них может быть полуволновой (т.т. е., однонаправленный) или двухполупериодный (т. е. двунаправленный).

Поскольку на вход регулятора переменного тока подается переменный ток, он всегда коммутируется от сети. Поэтому принудительная коммутация не требуется. Таким образом, схемы регуляторов переменного тока довольно просты. В регуляторах переменного тока используются два типа управления. Они известны как интегральное управление циклом и фазовое управление.

В интегральном цикле управления, также известном как двухпозиционное управление, тиристоры используются в качестве переключателей для подключения двигателя к источнику питания на определенное количество циклов напряжения источника, а затем для его отключения на другое определенное количество циклов .Каждое время включения и выключения состоит из целого числа циклов. Тиристоры включаются импульсами затвора при пересечении нулевого напряжения входного напряжения.

При фазовом управлении тиристоры используются в качестве переключателей для подключения двигателя к источнику питания на определенную часть каждого цикла напряжения питания. Большинство регуляторов переменного тока используют управление фазой. Конфигурации силовых цепей для управления интегральным циклом и управления фазой ничем не отличаются.

Плавное изменение трехфазного переменного напряжения может быть реализовано за счет различных конфигураций силовой цепи.

Трехфазные регуляторы могут быть полуволновыми или двухполупериодными. Схема трехфазного полуволнового регулятора для двигателей, соединенных треугольником или звездой, у которых нейтральная точка недоступна, показана на рис. 3.34. В этой схеме используются три тиристора и три диода. Хотя полуволновой регулятор переменного тока, показанный на рис. 3.34, снижает стоимость полупроводниковых приборов и не приводит к возникновению постоянных составляющих ни в одной части системы, но он вносит больше гармоник в линейный ток, чем двухполупериодный регулятор. .Двухполупериодная схема на практике не используется.

На рис. 3.35 показан трехфазный двухполупериодный регулятор. В нем используется 6 тиристоров, по 2 на каждую фазу. Входной трансформатор может использоваться или не использоваться. Что касается нагрева обмоток двигателя, двигатель, соединенный звездой, питаемый от двухполупериодного регулятора переменного тока, предпочтительнее, чем двигатель, соединенный треугольником, питаемый от двухполупериодного регулятора переменного тока. Это так, потому что любая третья гармоника напряжения, генерируемая противо-ЭДС двигателя, может вызвать блуждающие токи в случае двигателя, соединенного треугольником.

Для цепей нагрузки, соединенных треугольником, в которых доступен каждый конец каждой фазы, используется схема, показанная на рис. 3.36. Такое расположение имеет то преимущество, что уменьшает ток устройства, поскольку теперь оно должно проводить 1/√3 тока, если бы они были соединены в линию обмотки треугольником. Как только волна фазного тока известна, волна линейного тока может быть построена с помощью суперпозиции.

Для цепей нагрузки, соединенных звездой, в которых нейтраль доступна и может быть разомкнута, расположение, показанное на рис.3.37 можно использовать. При таком расположении необходимое количество тиристоров уменьшается до трех, а схема управления значительно упрощается. Потребляемая мощность двигателя может быть на 100 % больше, чем при управлении синусоидальным напряжением, особенно на пониженных скоростях.

Регулятор напряжения и частоты :

Если изменяется только частота, а напряжение статора поддерживается постоянным, магнитный поток статора не будет соответствовать номинальному значению.Работа с потоком ниже или выше номинального значения нежелательна. Для работы с постоянным потоком необходимо, чтобы ЭДС индукции увеличивалась или уменьшалась линейно с приложенной частотой. При более высоких напряжениях и при работе на высокой частоте потери на статоре очень малы, и, таким образом, работа с постоянным потоком достигается за счет поддержания постоянного отношения V/f.

Регулируемое напряжение и частота статора могут быть получены из систем, показанных на рис. 3.38 или на рис. 3.41, известных как прямоугольный инвертор и инвертор с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) соответственно.

Схема питания прямоугольного инвертора показана на рис. 3.38. Трехфазный источник переменного тока преобразуется в постоянный с помощью управляемого выпрямителя. Выход выпрямителя подается на схему фильтра для удаления гармоник. Выход постоянного тока от фильтра подается на управляемый инвертор, который обеспечивает выход переменного напряжения и переменной частоты. Это питание подается на статор трехфазного асинхронного двигателя, скорость которого необходимо регулировать.

Рис. 3.39 показаны осциллограммы фазного напряжения V AN , V BN , V CN и осциллограммы линейного напряжения V AB , V BC и V CA . Каждая форма сигнала линейного напряжения смещена по фазе во времени на 120 электрических градусов относительно друг друга и представляет собой квазипрямоугольную волну шириной 120°. Примечательно, что тиристоры инвертора принудительно коммутируются, поскольку асинхронный двигатель является нагрузкой с отстающим коэффициентом мощности. Диоды обратной связи помогают циркулировать реактивной мощности нагрузки с фильтрующим конденсатором и поддерживают волны выходного напряжения фиксированными на уровне напряжения звена постоянного тока.

Требуемое соотношение напряжения и частоты асинхронного двигателя показано на рис. 3.40. Когда частота меньше нормальной частоты, напряжение уменьшается в той же пропорции, чтобы поддерживать постоянное значение V/f. На очень низких частотах, когда падение реактивного сопротивления становится меньше по сравнению с падением сопротивления статора (ω L < R), для компенсации этого эффекта требуется приложение дополнительного напряжения. Это означает более высокое отношение V/f. Когда частота превышает нормальную частоту, крутящий момент уменьшается с уменьшением потока в воздушном зазоре, и теперь двигатель работает в области постоянной мощности, как показано на рис.3.40. Это эквивалентно режиму ослабления поля при управлении скоростью двигателя постоянного тока.

При работе на пониженном напряжении снижается напряжение преобразователя и, следовательно, уменьшается коммутационная способность конденсатора. Таким образом, инвертор обычно снабжен вспомогательным источником постоянного напряжения постоянного тока для целей коммутации.

Упомянутый выше инвертор не может возвращать мощность обратно в линии питания переменного тока, если для формирования реверсивной системы не добавлен другой выпрямитель с фазовым управлением.Этот метод управления скоростью используется в 3-фазных асинхронных двигателях малых и средних размеров, где передаточное число обычно ограничено до 10:1.

Примечательно, что электрическая машина спроектирована в соответствии с точкой, близкой к точке насыщения на кривой намагничивания (или кривой B-H). Это сделано с точки зрения полной загрузки ядра. Если уменьшить частоту статора, поддерживая постоянное напряжение статора, двигатель будет работать в области насыщения и, следовательно, двигатель будет потреблять большой ток намагничивания, что приведет к увеличению потерь в сердечнике и статоре и, следовательно, к снижению эффективности двигателя.Однако, если увеличить только частоту питания, поддерживая постоянное напряжение статора, двигатель будет работать с низкой магнитной индукцией и, таким образом, мощность двигателя будет использоваться недостаточно.

Схема управления широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) переменного напряжения с переменной частотой для асинхронного двигателя показана на рис. 3.41. Это новейший метод, который заменяет описанную выше схему инвертора прямоугольных импульсов.

Инверторы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ)

используют прерывание или импульсный метод для управления выходным переменным напряжением статического инвертора.Напряжение в звене постоянного тока не регулируется диодным выпрямителем. Прямоугольное или ступенчатое выходное напряжение быстро включается и выключается несколько раз в течение каждого полупериода, так что формируется ряд импульсов одинаковой амплитуды. Каждый импульс имеет амплитуду входного напряжения инвертора V dc . Величина основного выходного напряжения регулируется изменением общего времени включения в течение полупериода. Путем коммутации одной стороны моста несколько раз в течение полупериода выходное напряжение формы волны, показанной на рис.3.42 (а) можно получить.

Простые ШИМ-инверторы могут быть легко созданы для создания формы сигнала всего с двумя импульсами за полупериод в пределах шестиступенчатой ​​огибающей, как показано на рис. 3.42 (b). В таком сигнале присутствуют значительные пятая и седьмая гармоники, которые вызывают заметное ухудшение низкоскоростных характеристик двигателя переменного тока. Для устранения гармоник низкого порядка используются более совершенные методы ШИМ, в которых высокочастотные импульсы возникают на протяжении всего полупериода.

В сложных системах ШИМ ширина импульса изменяется в течение полупериода синусоидальным образом, как показано на рис. 3.43. На самом деле импульсы должны располагаться через равные интервалы, а ширина импульса в определенном положении должна быть пропорциональна площади под синусоидой в этом положении. В сигнале ШИМ самая низкая частота гармоники приходится на частоту повторения импульсов, и, если она намного выше основной частоты, адекватная фильтрация обеспечивается индуктивностью машины.

Такие сигналы обычно создаются с помощью схемы управления, в которой высокочастотный треугольный сигнал смешивается с синусоидальным сигналом желаемой частоты. Управление напряжением достигается за счет изменения ширины всех импульсов без изменения синусоидального соотношения.

На рис. 3.44 показан метод синусоидальной ШИМ, в котором равнобедренная треугольная волна сравнивается с сигналом синусоидальной волны, а точки коммутации определяются точками пересечения.Если индекс модуляции оказывается меньше единицы, на выходе появляются только гармоники несущей частоты с боковыми полосами, связанными с основной частотой.

Такая форма волны генерирует меньше гармонического нагрева и пульсации крутящего момента по сравнению с прямоугольной волной. Когда индекс модуляции превышает единицу, максимальное напряжение получается в прямоугольном режиме. Таким образом, режим ШИМ применим в области постоянного крутящего момента, в то время как в области постоянной мощности работа аналогична работе в режиме прямоугольной волны.

Транзисторное ШИМ-управление, показанное на рис. 3.45, используется для управления двигателями малых и средних размеров. Безусловно, силовые транзисторы стоят намного дороже, чем тиристоры той же мощности, но экономия за счет исключения схемы коммутации и соответствующих коммутационных потерь, схема оказывается более экономичной и эффективной. Кроме того, транзисторы работают быстрее, ШИМ возможен на более высокой частоте. Это дополнительно снижает потери машины.

Регулятор частоты переменного тока :

Схема управления переменной частотой тока для асинхронного двигателя показана на рис.3.46. Переменное постоянное напряжение, обеспечиваемое выпрямителем с фазовым управлением, преобразуется в источник тока путем последовательного подключения большой катушки индуктивности. Большая индуктивность поддерживает постоянный ток. Напряжение, доступное на клеммах статора трехфазного асинхронного двигателя, почти синусоидальное с наложенными пиками напряжения из-за коммутации. Используемый преобразователь представляет собой коммутируемую линию, в то время как инвертор коммутируется принудительно, поскольку асинхронный двигатель работает с отстающим коэффициентом мощности. Преобразователь с фазовым управлением можно заменить диодным выпрямителем, за которым следует прерыватель постоянного тока.

Схема имеет следующие преимущества:

(i) Поскольку входной ток постоянен, пропуски зажигания устройств и короткие замыкания не представляют проблемы.

(ii) Меньшее количество компонентов в цепи инвертора и меньшие коммутационные потери.

(iii) Прочная и надежная силовая цепь.

(iv) Более простая и надежная схема управления. Это связано с тем, что нужно управлять только 6 тиристорами.

(v) Пиковый ток устройств ограничен.

(vi) Он может работать с реактивными или рекуперативными нагрузками без обратных диодов.

Недостатки:

(i) Несколько вялая реакция привода.

(ii) Несколько громоздкий и дорогой инвертор. Это связано с большими размерами индуктивности и коммутационных конденсаторов.

(iii) Низкочастотный диапазон инвертора.

(iv) Он не может работать без нагрузки. Это связано с тем, что для удовлетворительной коммутации инвертора необходим некоторый минимальный ток нагрузки.

Тиристорное управление циклопреобразователями
:

Циклоконвертер преобразует переменный ток одной частоты в переменный ток другой частоты. Циклопреобразователи можно классифицировать как однофазные в однофазные, трехфазные в однофазные и трехфазные в трехфазные устройства. Их также можно разделить на повышающие и понижающие циклопреобразователи. Повышающий циклоконвертер обеспечивает выходную частоту, частота которой выше, чем входная, в то время как понижающий циклоконвертер обеспечивает выходную частоту ниже, чем входная.

Понижающий циклоконвертер использует линейную или естественную коммутацию. Циклопреобразователи изначально разрабатывались для систем электрической тяги, работающих на частотах 25 Гц и 16 2/3 Гц. На ранних этапах использования циклопреобразователи использовали ртутно-дуговые выпрямители. С развитием тиристоров увеличилось применение циклопреобразователей.

Принципиальная схема силовой цепи трехфазного циклопреобразователя показана на рис. 3.47.

Независимая регулировка выходной частоты и напряжения достигается изменением только одного параметра, т.е.е., а именно изменением точек включения управляемых выпрямителей. Частота выходного напряжения регулируется скоростью, с которой точки срабатывания изменяются относительно точки покоя, а выходное напряжение регулируется максимальным отклонением точек срабатывания от точки покоя. Циклопреобразователь со связанной с ним схемой зажигания выдает выходное напряжение, которое является копией опорного напряжения.

Работа циклоконвертера характеризуется рядом особенностей.Как правило, они используются в качестве понижающих преобразователей частоты. Не существует фиксированного минимального отношения входной частоты к выходной; однако выходная частота обычно ограничивается одной третью или половиной входной или сетевой частоты. Ниже этих соотношений эффективность как циклопреобразователей, так и двигателей, поставляемых ими, начинает значительно падать.

Реверсивность — еще одна особенность приводных систем циклоконвертера. Привод двигателя переменного тока с питанием от циклоконвертера будет реагировать на изменение полярности входных сигналов путем изменения направления вращения двигателя без использования контакторов для изменения последовательности фаз.

Еще одной важной характеристикой является способность циклопреобразователя управлять потоком мощности в любом направлении. Это, вместе с упомянутой выше функцией реверсивности, обеспечивает привод асинхронного двигателя, способный работать в любом из четырех квадрантов кривой скорости двигателя.

Хотя циклоконвертер имеет много привлекательных с теоретической точки зрения характеристик, у него есть несколько ограничений, из-за которых он не стал популярным. Ему нужно больше силовых полупроводников, чем инвертору.Например, для трехфазного циклопреобразователя требуется 18 тиристоров, тогда как для комбинации выпрямитель-инвертор (рис. 3.38) требуется только 12 тиристоров.

Циклопреобразователи

могут производить только субчастотный выход. Загрязнение линии гармониками и низким коэффициентом мощности также может быть проблемой для циклопреобразователей высокой номинальной мощности. Однако недавние достижения в области устройств быстрого переключения привели к созданию устройств, известных как преобразователи частоты с принудительной коммутацией (FCDFC), которые работают с высокой эффективностью и имеют низкое содержание гармоник.

Приводы циклопреобразователей

обычно используются для двигателей больших размеров, поскольку стоимость и сложность силовых цепей и цепей управления не позволяют использовать их для обычных приложений. Циклопреобразователи использовались в дизельных электровозах, где высокочастотный генератор переменного тока, соединенный с валом двигателя, обеспечивает мощность на входе. Они также использовались в безредукторных приводах цементных мельниц или шаровых мельниц.

Пуск при пониженном напряжении (плавный пуск) :

Пусковой линейный ток при полном напряжении асинхронного двигателя может примерно в 6 раз превышать номинальный ток при полной нагрузке.Такой большой ток может вызвать сильное падение напряжения в сети, питающей асинхронный двигатель.

Схема, показанная на рис. 3.48, может использоваться для подачи пониженного напряжения при пуске. Как видно, это трехфазный регулятор переменного тока. При правильном управлении углом открытия регулятор обеспечивает низкое выходное напряжение, подаваемое на асинхронный двигатель. Когда двигатель достигает полной или номинальной скорости, регулятор может быть закорочен механическим контактором, чтобы двигатель работал нормально при номинальном напряжении.Более того, если двигатель используется для привода с постоянной скоростью, можно работать с двигателем при пониженном напряжении, когда механическая нагрузка невелика. Работа при пониженном напряжении приводит к уменьшению потерь мощности в двигателе и, таким образом, к экономии энергии.

Контроль сопротивления ротора :

Обычный метод подключения сопротивлений через контактные кольца асинхронного двигателя с фазным ротором представляет собой форму контроля напряжения ротора. Основным недостатком этого метода управления скоростью является его низкая эффективность из-за потери мощности во внешних резисторах.

На рис. 3.49 (а) показаны трехфазный диодный выпрямитель и запирающий тиристор (GTO), включенные в цепь ротора асинхронного двигателя с фазным ротором. ГТО, работающий как прерыватель, изменяет сопротивление R в соответствии с рабочим циклом α. Эффективное сопротивление R e определяется как

.

R e = R (1 – α) …(3,59)

Таким образом, скорость асинхронного двигателя с фазным ротором регулируется путем изменения соотношения времени включения и времени выключения.

Схема рекуперации мощности тиристора:

Рис. 3.49 (b) показана схема, известная как восстановление мощности скольжения (рис. 3.48). Выводы ротора подключены к трехфазной сети переменного тока через два полностью управляемых тиристорных моста. Мост 1 действует как выпрямитель (или преобразователь), а мост 2 действует как инвертор. Выходная мощность ротора может возвращаться обратно к источнику питания. Поскольку частота токов ротора является частотой скольжения, этот метод известен как схема восстановления мощности скольжения. Управляя углами открытия двух мостов, можно изменять выходную мощность ротора.

Таким образом, скольжение и скорость двигателя (при том же крутящем моменте) также изменятся. Однако недостатком этой схемы является то, что оба моста потребляют реактивную мощность от питающей сети. Следовательно, общий коэффициент мощности двигателя плохой. Если желательны скорости только ниже синхронной, мост 1 может быть неуправляемым и, таким образом, может состоять из диодов. Если оба моста управляются, работа двух мостов также может быть реверсирована для получения скорости выше синхронной.

Фактически мощность скольжения либо возвращается в сеть питания, как в схеме Шербиуса, либо используется для привода вспомогательного двигателя, который механически соединен с валом асинхронного двигателя, как в схеме Крамера.

1. Статический привод Шербиуса:

Статический привод Шербиуса также использует принцип восстановления мощности скольжения. Принципиальная схема показана на рис. 3.50. Для достижения как субсинхронного, так и сверхсинхронного управления скоростью преобразователи 1 и 2 должны быть полностью управляемыми тиристорными мостами, один из которых работает на частоте скольжения как выпрямитель или инвертор, а другой работает на частоте сети как инвертор или выпрямитель. Стоимость преобразователей весьма ощутима, а также требуется стробирующая схема со сдвигом частоты.

Кроме того, при скоростях, близких к синхронным, когда ЭДС частоты скольжения достаточно малы для естественной коммутации, требуются специальные соединения для методов принудительной коммутации. Если преобразователь 1 взять неуправляемый (диодный мост), каскад преобразователя и блок управления станут экономичными и простыми, но тогда будет доступно только подсинхронное управление скоростью.

Трехфазный трансформатор между источником питания и инвертором 2 предназначен для доведения напряжения цепи ротора до значения, соответствующего напряжению источника питания.Основным недостатком субсинхронного каскадного привода является низкий коэффициент мощности, особенно на пониженных скоростях.

Этот привод применяется в приводах вентиляторов и насосов большой мощности, которым требуется регулирование скорости только в узком диапазоне. Номинальная мощность инвертора и трансформатора с диодным мостом равна максимальному скольжению, умноженному на номинальную мощность двигателя, что приводит к низкой стоимости привода. Этот привод обеспечивает постоянный контроль крутящего момента. Постоянный контроль мощности можно получить с помощью привода Kramer, обсуждаемого ниже.

2.Статический привод Kramer:

На рис. 3.51 показана принципиальная схема каскада Крамера со статическим преобразователем. Цепь ротора асинхронного двигателя с контактными кольцами подает мощность скольжения, выпрямленную диодным мостом, на якорь двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, механически связанного с асинхронным двигателем. Регулирование скорости достигается путем изменения тока возбуждения двигателя постоянного тока. Можно считать, что ЭДС, пропорциональная противоЭДС двигателя постоянного тока, вводится в цепь ротора асинхронного двигателя, вызывая изменение скорости системы.

Для достижения большего диапазона скоростей потребуется замена диодного моста на тиристорный мост. С помощью тиристорных мостов скорость можно регулировать вплоть до полной остановки.

Статический привод Крамера не имеет инвертора с линейной коммутацией, он потребляет меньше реактивной мощности и вносит меньше гармоник в токи, чем статический привод Шербиуса. Однако у него есть проблемы с техническим обслуживанием, которые возникают из-за коллектора и щеток вспомогательного двигателя постоянного тока. Он также имеет недостаток большой момент инерции.

Системы статического привода Kramer используются в насосах большой мощности и нагрузках компрессорного типа, где регулирование скорости осуществляется в узком диапазоне и ниже синхронной скорости.

Тиристорное управление электродвигателями

В этой статье мы обсудим: 1. Введение в тиристорное управление электродвигателями 2. Тиристорное управление двигателями постоянного тока 3. Тиристорное управление трехфазными асинхронными двигателями 4. Тиристорное управление трехфазным синхронным двигателем 5. Специальные Особенности 6.Преимущества и недостатки.

Введение в тиристорное управление электродвигателями :

Электродвигатели применяются в очень широком диапазоне мощностей, от нескольких ватт до тысяч киловатт. Многие приложения требуют очень точной настройки положения (например, в робототехнике). Во многих приложениях оптимальная производительность и эффективность являются главной задачей. Системы привода с регулируемой скоростью (VSD) помогают оптимизировать процесс, чтобы снизить инвестиционные затраты, эксплуатационные расходы и расходы на техническое обслуживание.Энергосбережение – еще одно большое преимущество приводов с регулируемой скоростью.

Появление тиристоров, способных выдерживать большие токи, произвело революцию в области управления электроэнергией. Тиратроны, игнитроны, ртутно-дуговые выпрямители, магнитные усилители, мотор-генераторы заменены твердотельными схемами с полупроводниковыми диодами и тиристорами. Приводы с тиристорным управлением, использующие как двигатели постоянного, так и переменного тока, находят широкое применение в промышленности в качестве приводов с регулируемой скоростью.

В 1960-х годах мощность переменного тока преобразовывалась в мощность постоянного тока для прямого управления приводными двигателями с твердотельными устройствами (кремниевыми диодами высокой мощности и выпрямителями, управляемыми кремнием).Первоначально реакторы насыщения использовались в сочетании с мощными кремниевыми выпрямителями для приводов постоянного тока. В настоящее время тиристоры широко используются для преобразования переменного тока в постоянный.

Общая конфигурация моторного привода:

На рис. 3.2 показана блок-схема, иллюстрирующая управление моторным приводом. Основными составляющими являются силовой электронный преобразователь, двигатель, процессы, компьютер управления процессом и контроллер.

Требуемые характеристики моторного привода определяются технологическим процессом.Для процесса может потребоваться привод с регулируемой скоростью или сервопривод и т. д. Двигатель выбирается на основе этих требований. Силовой электронный преобразователь преобразует входной однофазный или трехфазный переменный ток в питание, подходящее для обеспечения желаемых характеристик двигателя. Компьютер управления технологическим процессом получает обратную связь от процесса относительно степени выполнения требований. Эта обратная связь может относиться к скорости, положению и т. д.

Компьютер передает сигнал об ошибке контроллеру, который, в свою очередь, выполняет корректирующие действия.Корректирующим действием может быть, скажем, изменение угла открытия тиристоров силового электронного преобразователя. В некоторых ситуациях точность и время отклика двигателя для настройки новой скорости имеют первостепенное значение. В некоторых других ситуациях требования могут быть не столь критичны.

Тиристорное управление двигателями постоянного тока :

1. Полностью управляемый выпрямитель :

На рис. 3.32 (а) показана принципиальная схема последовательного двигателя постоянного тока, питаемого от однофазной сети переменного тока через полностью управляемый выпрямитель.Якорь двигателя и обмотки возбуждения имеют не только индуктивность, но и сопротивление. Поскольку выходной ток выпрямителя не является идеальным постоянным током, также играет роль индуктивность. R — сопротивление якоря, включая сопротивление возбуждения, а L — индуктивность якоря, включая сопротивление возбуждения. Во время положительного полупериода тиристоры TH 1 и TH 2 смещены в прямом направлении и начинают проводить при ωt = α. Ток нагрузки протекает через TH 1 , двигатель и TH 2 . При ωt = π напряжения питания меняются местами.

Из-за индуктивности L тиристоры TH 1 и TH 2 продолжают проводить ток за пределами ωt = π. От ωt = π + α до ωt = 2π тиристоры TH 3 и TH 4 смещены в прямом направлении. При срабатывании ТН 3 и ТН 4 при ωt = π + α тиристоры ТН 1 и ТН 2 , подвергаются обратному смещению и отключаются естественной коммутацией. Ток нагрузки передается от TH 1 и TH 2 к TH 3 и TH 4 .Этот режим работы продолжается до тех пор, пока TH 1 и TH 2 не сработают в следующем положительном полупериоде.

Квадранты работы и формы сигналов показаны на рис. 3.32 (б) и 3.32 (в). Если индуктивность L достаточно велика, ток двигателя более или менее постоянен. Значение α должно быть таким, чтобы при срабатывании тиристоров мгновенное значение входного переменного напряжения V max sin ωt было больше, чем противо-ЭДС E b . Это устанавливает нижний предел угла открытия α.

Среднее выходное напряжение преобразователя,

Для постоянного тока двигателя I a мы можем написать —

Поскольку ток возбуждения также равен I a , противо-ЭДС E b можно записать как K 1 I a N, где K 1 — постоянная. Записывая E b как K 1 I a N, мы пренебрегли остаточным магнетизмом в двигателе.

Замена значения I на из уравнения.(3.54) в уравнении (3.55), имеем-

Используя приведенное выше уравнение. (3.56) Моментно-скоростные характеристики для различных значений а можно построить, как показано на рис. 3.32 (г).

2. Полууправляемый выпрямитель :

Двигатель постоянного тока, питаемый от однофазной сети переменного тока через полууправляемый выпрямитель, показан на рис. 3.33 (а). Выпрямитель имеет два тиристора TH 1 и TH 2 и два диода D 1 и D 2 .Обратный диод D FW помогает проводить ток, когда тиристор не проводит ток. R — сопротивление якоря и возбуждения, а L — индуктивность якоря и обмоток возбуждения.

Во время положительного полупериода тиристор TH 1 срабатывает при ωt = α и начинает проводить ток. Значение α должно быть таким, чтобы V max sin α > E b . Ток протекает через TH 1 , двигатель и диод D 1 от ωt = α до ωt = π.При ωt = π входное напряжение становится отрицательным и обратный диод D FW смещен в прямом направлении. Таким образом, при ωt = π тиристор TH 1 и диод D 1 перестают проводить ток, и ток переходит на D FW .

Во время отрицательного полупериода тиристор TH 2 смещен в прямом направлении, и когда он срабатывает при ωt = π + α, обратный диод D FW перестает проводить ток, и ток передается на комбинацию TH 2 – D 2 .TH 2 и D 2 проводят от ωt = π + α к ωt = 2π. При ωt = 2π тиристор TH 2 и диод D 2 выключаются, и ток через D FW свободно протекает от ωt = 2π до ωt = 2π + α. При ωt = 2π + α тиристор TH 1 снова срабатывает и начинается следующий цикл работы. Таким образом, работа схемы такова: D FW , работает для 0 ≤ ωt ≤ α; TH 1 и D 1 проводят для α ≤ ωt ≤ π; D FW проводит для π ≤ ω t ≤ π + α; и TH 2 и D 2 проводят для π + α ≤ ωt ≤ 2π.

Рабочий квадрант и формы волны показаны на рис. 3,33 (б) и 3,33 (в) соответственно.

Среднее выходное напряжение полупреобразователя определяется как-

Обратная ЭДС E b может быть записана как K 1 I a N без учета остаточного магнетизма-

Подставляя значение I на из уравнения. (3.57) в приведенном выше уравнении мы имеем-

Используя приведенное выше уравнение.(3.58) построены скоростно-моментные характеристики для различных значений α, как показано на рис. 3.33 (г).

Во время работы двигателей постоянного тока с независимым возбуждением и двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением наблюдается, что область прерывистого тока меньше в случае двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением. Использование полупреобразователя обеспечивает непрерывный ток практически во всем рабочем диапазоне, за исключением случаев, когда момент нагрузки очень мал. Если в цепи якоря используется индуктивность, можно получить непрерывный ток якоря во всем рабочем диапазоне.

Двигатели постоянного тока серии

обычно используются для приложений с постоянной выходной мощностью. Однако скоростно-моментные характеристики не соответствуют постоянной выходной мощности для заданного угла включения и, следовательно, для получения постоянной мощности во всем диапазоне скоростей приходится регулировать угол включения α. Полупреобразовательная система, благодаря своему свободному действию, помогает поддерживать непрерывный ток и, таким образом, обеспечивает лучшую производительность двигателей по сравнению с системой с полным преобразователем.Также было замечено, что двигатель постоянного тока вместе с полупреобразователем обеспечивает лучшую производительность.

Преобразователи с фазовым управлением имеют низкий коэффициент мощности, особенно когда выходное напряжение меньше максимального, т. е. когда угол возбуждения α велик. Полупреобразователи обеспечивают лучший коэффициент мощности по сравнению с полными преобразователями, хотя улучшение незначительно.

Тиристорное управление трехфазными асинхронными двигателями :

Скорость асинхронного двигателя определяется как-

Таким образом, скорость асинхронного двигателя с фиксированным числом полюсов зависит от частоты питания f и скольжения s, которое, в свою очередь, зависит от напряжения или тока, подаваемого на двигатель.

Доступны следующие методы регулирования скорости трехфазных асинхронных двигателей с использованием тиристоров:

1. Регулирование напряжения статора или регулирование постоянной частоты переменного напряжения.

2. Регулировка напряжения и частоты.

3. Контроль сопротивления ротора.

4. Контроль вторичного внешнего напряжения.

Изменение напряжения статора осуществляется с помощью регуляторов переменного тока, которые регулируют среднеквадратичное значение напряжения переменного тока, подаваемого на двигатель, путем введения тиристоров, включенных встречно-параллельно в каждую линию питания.Мощность переменной частоты получается с помощью циклопреобразователя, который напрямую преобразует переменный ток фиксированной частоты в переменный ток переменной частоты, или с помощью инвертора, который преобразует постоянный ток в переменный.

Эффективное значение внешнего сопротивления, вводимого в цепь ротора, можно регулировать, подключая высокочастотный прерыватель через сопротивление и изменяя время, в течение которого прерыватель включен в течение цикла. Статические преобразователи частоты используются для замены вспомогательных машин в системе Шербиуса.Схема Крамера также была изменена за счет использования диодного мостового выпрямителя вместо преобразователя ротора, но двигатель постоянного тока по-прежнему требуется для преобразования выпрямленной мощности скольжения в механическую энергию.

Тиристорное управление трехфазным синхронным двигателем:

Синхронный двигатель представляет собой двигатель с постоянной скоростью и развивает крутящий момент только при синхронной скорости, которая прямо пропорциональна частоте питания. Следовательно, изменение частоты переменного тока является удобным методом управления скоростью синхронного двигателя.До появления силовых электронных устройств изменение частоты было очень сложной задачей.

Однако силовые электронные схемы обеспечивают простой метод изменения частоты. Переменный ток 50 Гц преобразуется в постоянный с помощью управляемого выпрямителя. Инвертор переменной частоты преобразует постоянный ток в переменный ток переменной частоты. Чтобы поддерживать постоянную плотность потока в двигателе, напряжение и частота должны изменяться в одном и том же отношении, чтобы соотношение напряжение/частота было постоянным.

Рис. 3.52 показана система управления скоростью синхронного двигателя. Трехфазный переменный ток 50 Гц выпрямляется управляемым трехфазным выпрямителем. Фильтр удаляет гармоники с выхода выпрямителя. Инвертор переменной частоты подает переменный ток переменной частоты на синхронный двигатель. Таким образом, можно управлять скоростью синхронного двигателя. Выход постоянного тока фильтра также используется для возбуждения обмотки ротора.

В низкоскоростных приложениях большой мощности также можно использовать циклопреобразователь для преобразования переменного тока с частотой 50 Гц в переменный ток переменной частоты.Циклоконвертер выполняет преобразование без промежуточного звена постоянного тока. Максимальная выходная частота ограничена примерно одной третью частоты, поэтому выходная волна имеет низкое содержание гармоник.

Инверторный привод с коммутацией нагрузки для синхронного двигателя:

Для двигателей больших размеров (двигатели с выходной мощностью более 750 кВт) синхронный двигатель с коммутируемой нагрузкой становится конкурентоспособным с асинхронным двигателем в требованиях к регулируемой скорости. Рисунок 3.53 показана схема инверторного привода с коммутацией нагрузки. Трехфазное питание переменного тока выпрямляется трехфазным мостовым преобразователем с фазовым управлением. Источник постоянного тока проходит через фильтр для улучшения формы волны, а затем подается на инвертор с коммутацией нагрузки.

Каждая фаза синхронного двигателя представлена ​​ЭДС внутренней индукции последовательно с индуктивностью обмотки статора. Частота и фаза токов статора синхронизированы с положением ротора. Коммутация тока в инверторе с коммутацией нагрузки для подачи токов на фазы статора в соответствующей последовательности обеспечивается ЭДС статора.Наличие трехфазной ЭДС индукции в обмотке статора двигателя вызывает коммутацию тиристора. Управление углом открытия преобразователя управляет его постоянным выходным напряжением и, следовательно, током.

Полная схема контроллера инверторного привода с коммутацией нагрузки показана на рис. 3.54. Входное напряжение статора синхронного двигателя измеряется для расчета положения поля ротора как функции времени. Измеренное напряжение выпрямляется, чтобы обеспечить сигнал постоянного тока, пропорциональный мгновенной скорости синхронного двигателя.Время выключения T off , доступное для тиристора в инверторе, поддерживается постоянным.

При сохранении постоянного тока возбуждения и T off фактическая скорость сравнивается с опорной скоростью. Сигнал ошибки усиливается, чтобы обеспечить ссылку l d . Если фактический ток I d меньше опорного, выпрямитель увеличивает напряжение, подаваемое на инвертор, тем самым увеличивая I d и крутящий момент двигателя. На основании тока I d и измеренного напряжения подаются импульсы зажигания на затворы тиристоров инвертора, чтобы T выкл оставался постоянным.

Особенности двигателей с тиристорным приводом:

Наиболее часто используемые двигатели постоянного тока для тиристорного привода представляют собой двигатели постоянного тока с независимым и последовательным возбуждением. Тиристорные приводные двигатели обычно отличаются конструкцией от обычных двигателей постоянного тока. Прежде чем обсуждать особенности, встроенные в тиристорные приводные двигатели, необходимо обсудить влияние тиристорного источника питания на работу двигателя постоянного тока.

Влияние тиристорного источника питания на характеристики двигателя постоянного тока :

1.Выходное напряжение тиристорного преобразователя состоит из постоянной составляющей и гармонических составляющих переменного тока.

2. Выходное напряжение может изменяться очень быстро по сравнению с напряжением двигателя-генератора из-за отсутствия постоянных времени возбуждения, связанных с генератором.

3. При неисправности тиристора при работе в инверторном режиме может возникнуть аномально высокое значение тока якоря.

4. Величина гармоник уменьшается с увеличением частоты гармоники для всех преобразователей.Величина гармоник увеличивается по мере увеличения угла открытия и уменьшения постоянного напряжения для всех двунаправленных преобразователей. Чем выше индуктивность якоря, тем меньше будут гармонические токи.

5. Крутящий момент создается постоянной составляющей тока, тогда как нагрев создается эффективным (или среднеквадратичным) значением тока. Коэффициент формы (отношение действующего значения к среднему значению) для однополупериодных трехфазных тиристоров можно принять равным 1,2, а для двухполупериодных трехфазных тиристоров он равен 1.1. Это увеличивает электрические потери и, следовательно, нагрев у трехфазных мостовых преобразователей больше на 5—7 %, а у трехфазных полумостовых — от 15 до 20 %.

6. На коммутационную способность серьезно влияет наличие гармонических токов. Пиковое значение тока увеличивается, межполюсный поток уменьшается по величине, и между межполюсным током и потоком возникает временная задержка из-за вихревых токов, генерируемых на железном пути межполюсного потока.

Другими эффектами тиристорного питания на работу двигателя являются нагрев межполюсной обмотки, насыщение межполюсного магнитопровода, напряжение трансформатора на щетках и повышение напряжения на участке коммутатора.

Особенности тиристорных приводных двигателей :

Двигатели постоянного тока с тиристорным приводом разработаны со следующими особенностями для улучшения их характеристик:

1. Двигатели постоянного тока с тиристорным приводом изготавливаются с якорем большего диаметра и полюсами большего размера уменьшенной высоты.

2. Коллекторы увеличены, чтобы обеспечить дополнительную изоляцию, чтобы выдерживать большие и быстрые колебания напряжения.

3. Ярма, а также главные и коммутирующие полюса ламинированы для снижения воздействия вихревых токов.

4. Для улучшения отклика используется малоинерционная арматура.

5. Компенсационные обмотки используются в больших двигателях для уменьшения эффекта реакции якоря.

6. Разрезные щетки хорошего коммутационного качества используются для снижения влияния трансформаторного напряжения на коммутируемые катушки.

7. Использование пластинчатого ярма вместо цельного в большей степени улучшает коммутацию.

8. Использование большого количества коллекторных шин снижает напряжение между сегментами коммутатора и улучшает коммутацию.

9. Использование восьмиугольной, а не круглой формы для рамы позволяет разместить больше материала и дает более высокий рейтинг при том же размере рамы.

10. Плотность тока, используемая для якоря и межполюсной обмотки, снижена по сравнению с обычными двигателями постоянного тока того же типоразмера и номинала, чтобы уменьшить влияние нагрева якоря и межполюсных полюсов.

11. Улучшенный класс изоляции (материалы класса F в качестве стандартной изоляции) используется для обеспечения более высокого повышения температуры и рассеивания большего количества потерь от данного корпуса.

12. Соотношение дуга полюса/шаг полюса уменьшено, чтобы уменьшить отношение коммутационной зоны к нейтральной зоне.

13. Увеличена индуктивность якоря для уменьшения пульсаций тока. Это также может увеличить реактивное напряжение. Количество витков на катушку якоря поддерживается на минимальном уровне, поскольку реактивное напряжение пропорционально квадрату витков на катушку.Использование фиктивных катушек исключено.

14. Принудительное охлаждение вспомогательным двигателем переменного тока широко используется для улучшения охлаждения двигателя на пониженных скоростях.

15. Особое внимание следует уделить точному расположению щеток, полюсов и коллекторов.

Преимущества и недостатки тиристорного управления:

Тиристорное управление имеет следующие преимущества и недостатки:

Преимущества:

1.Реакция управляющего устройства быстрее, так как устраняется временная задержка, вносимая индуктивностями поля генератора и якоря.

2. Благодаря низкому падению напряжения на тиристоре эффективность системы управления высока.

3. Устройство управления меньше по размеру, легче по весу, дешевле по стоимости, занимает меньше места и требует минимального обслуживания.

4. Простое и надежное управление.

Недостатки:

1.Из-за более высокого содержания пульсаций на выходе преобразователя возникают серьезные проблемы с нагревом и коммутацией двигателя.

2. Из-за коммутационного действия тиристоров и несинусоидальности тока больше вероятность помех в сетях связи.

Во всех приводных системах с регулируемой скоростью силовой электронный преобразователь действует как интерфейс, который принимает электроэнергию от существующего источника и преобразует ее контролируемым образом в подходящую форму, совместимую с конкретной нагрузкой или процессом, для которого она используется.Основными источниками электроэнергии являются: Однофазный или трехфазный переменный ток 50 Гц от коммунальных сетей и постоянный ток от аккумуляторных батарей или солнечных батарей. Требуются четыре основные формы преобразования энергии: переменный ток в постоянный, постоянный в постоянный, постоянный в переменный и переменный в переменный.

Современные преобразователи компактны, дешевы, надежны, долговечны, гибки и полностью управляемы. Они также нуждаются в меньшем обслуживании. Они подходят для всех четырех основных форм преобразования энергии, упомянутых выше, через выпрямители (переменный/постоянный ток), прерыватели (постоянный/постоянный ток), инверторы (постоянный/переменный ток) и циклопреобразователи или регуляторы переменного тока (переменный/переменный ток).

Для управления двигателем постоянного тока регулируемая мощность постоянного тока от источника переменного тока постоянного напряжения получается с помощью управляемых выпрямителей (обычно называемых преобразователями) с использованием тиристоров и диодов. Управление постоянным напряжением достигается путем изменения фазового угла, при котором тиристоры запускаются, относительно формы волны приложенного переменного напряжения. Эта схема управления известна как фазовое управление.

В другой системе управления, известной как управление интегральным циклом, ток от источника переменного тока стробируется в течение нескольких полных циклов, а затем гасится в течение следующих нескольких циклов, причем процесс повторяется непрерывно.Управление осуществляется путем регулировки соотношения длительности включения и выключения. Этот метод подходит для управления двигателями постоянного тока мощностью в несколько кВт.

Преобразователи с фазовым управлением

просты в эксплуатации и дешевле, так как не требуют дополнительных схем для процесса коммутации. В таких преобразователях достигается естественная коммутация, т. е. при включении входящего тиристора он сразу же смещает в обратном направлении выходящий тиристор и отключает его.

Методы фазового управления и управления интегральным циклом также применимы для двигателей переменного тока, в которых не требуется схема преобразователя.

Управление двигателями постоянного тока, питающимися от источника постоянного тока, осуществляется с помощью тиристорной схемы переключения, называемой прерывателем. В схемах прерывателя управление средним напряжением достигается за счет изменения соотношения продолжительности включения и выключения, в течение которого на двигатель подается напряжение питания постоянного тока. Это обеспечивает эффективное и бесступенчатое управление двигателями постоянного тока.

Двигатель также может работать в режиме рекуперативного торможения. Вместо схем преобразователя можно использовать неуправляемый выпрямитель, обеспечивающий постоянное постоянное напряжение, за которым следует прерыватель, обеспечивающий переменное среднее постоянное выходное напряжение.Контроллер прерывателя требует принудительной коммутации тиристора.

Для управления двигателями переменного тока, питающимися от источника постоянного тока, используются инверторы на основе тиристоров, транзисторов или полевых МОП-транзисторов. Такие схемы переключения передают энергию от источника постоянного тока к нагрузке переменного тока с переменной частотой и/или переменным напряжением. Из-за операции переключения формы сигналов переменного напряжения ступенчатые, гармоники которых отфильтровываются. Поскольку источником питания обычно является переменный ток, полная схема получения мощности с переменным напряжением и частотой включает использование как инвертора, так и преобразователя.

Циклопреобразователь представляет собой блок управления для обеспечения мощности переменного напряжения и частоты непосредственно от источника фиксированной частоты без необходимости использования промежуточного каскада постоянного тока. Механизм управления напряжением и частотой представляет собой комбинацию механизмов, используемых в преобразователях с фазовым управлением и инверторах с импульсной модуляцией.

Циклопреобразователи, несмотря на привлекательность прямого преобразования переменного тока в переменный, имеют определенные недостатки, из-за которых они не стали популярными.Вот некоторые из этих недостатков: циклоконвертеры могут генерировать только субчастотный выходной сигнал; они производят выходной сигнал с большим содержанием гармоник и имеют низкий входной коэффициент мощности. Циклопреобразователи используются для тихоходных приводов и для управления линейными двигателями в высокоскоростных транспортных системах.

Тиристорное управление двигателями — EEEGUIDE.COM

Тиристорное управление двигателями:

Тиристорное управление двигателями. Для использования в управлении двигателем были разработаны различные схемы управления тиристорами в зависимости от типа питания (переменный/постоянный ток), а также типа и размера двигателя.

Для управления двигателем постоянного тока регулируемая мощность постоянного тока от источника переменного тока постоянного напряжения получается с помощью управляемых выпрямителей или преобразователей , использующих тиристоры и диоды. Управление постоянным напряжением достигается за счет включения тиристоров под регулируемым углом по отношению к приложенному напряжению. Этот угол известен как угол включения , а схема управления называется фазовым управлением . Другой базовый метод управления известен как управление интегральным циклом .Здесь ток пропускают от источника переменного тока в течение нескольких полных циклов, а затем гасят в течение еще нескольких циклов, при этом процесс повторяется непрерывно. Управление осуществляется путем регулировки соотношения длительности включения и выключения. Этот метод подходит для управления двигателями постоянного тока мощностью в несколько десятков кВт. Линейная коммутация легко применяется для обеих этих схем управления.

Методы фазового управления и управления с интегральным циклом также применимы для двигателей переменного тока, в которых схема преобразователя не требуется.

Управление двигателями постоянного тока, питающимися от источника постоянного тока, осуществляется с помощью схемы тиристорного переключения, называемой прерывателем . Контроллер прерывателя периодически открывается и закрывается, при этом управление средним напряжением достигается путем изменения продолжительности включения и выключения. Это обеспечивает эффективное и бесступенчатое управление двигателями. Тиристорное управление двигателями также может работать в режиме рекуперативного торможения. Контроллер прерывателя требует принудительной коммутации тиристора.

Для управления двигателями переменного тока, питающимися от источника постоянного тока, используются инверторы на основе тиристоров, транзисторов или полевых МОП-транзисторов. Эти схемы переключения передают энергию от источника постоянного тока к нагрузке переменного тока с переменной частотой и/или переменным напряжением. Из-за операции переключения формы сигналов переменного напряжения ступенчатые, гармоники которых отфильтровываются двигателем переменного тока. Поскольку источником питания обычно является переменный ток, полная схема получения мощности с переменным напряжением и частотой включает использование как инвертора, так и преобразователя.

Циклопреобразователь представляет собой блок управления для получения мощности переменного напряжения и частоты непосредственно от источника фиксированной частоты без необходимости использования промежуточного каскада постоянного тока. Механизм управления напряжением и частотой представляет собой комбинацию механизмов, используемых в фазоуправляемом преобразователе и инверторе с импульсной модуляцией. Циклопреобразователи, несмотря на привлекательность прямого преобразования переменного тока в переменный, имеют определенные недостатки, из-за которых они не получили широкого распространения. Вот некоторые из этих недостатков: циклопреобразователи могут производить только субчастотный выходной сигнал, они производят выходной сигнал с высоким содержанием гармоник и имеют низкий входной коэффициент мощности.Циклопреобразователи используются для низкоскоростных приводов и для управления линейными двигателями в высокоскоростных транспортных системах.

Тиристорное управление мощностью для однофазного асинхронного двигателя с использованием микроконтроллера pic

Тиристорное управление мощностью для однофазного асинхронного двигателя: Управление мощностью является очень важным фактором, особенно с точки зрения силовой электроники для передачи мощности на выходную нагрузку для ее хорошее выступление. Различные методы или типологии используются для управления мощностью с помощью полупроводниковых устройств, в некоторых из которых используется полевой транзистор на основе оксида металла (MOSFET), а в некоторых — транзистор с биполярным переходом (BJT). Схема обнаружения пересечения нуля будет полезна для вас в этом проекте электроники . Здесь мы будем управлять мощностью однофазного двигателя , подключив тиристор на входной стороне однофазного двигателя. Мощность будет регулироваться изменением угла открытия тиристора.

Эта топология или метод управления мощностью имеет более высокую производительность и эффективность по сравнению с другими методами управления мощностью. В этой методике напряжение будет определяться в каждый конкретный момент времени, а затем тиристор срабатывает при любом напряжении.Таким образом можно легко контролировать мощность. Здесь мы бы сделали эту систему питания с тиристорным управлением с помощью однофазного трансформатора, мостового выпрямителя, регулятора напряжения, полупроводникового переключателя SCR, микроконтроллера 18F452, который принадлежит к семейству pic, компаратора и оптопары или оптоизолятора.

Блок-схема системы питания с тиристорным управлением для однофазного асинхронного двигателя

На приведенном ниже рисунке показана блок-схема системы питания с тиристорным управлением для однофазного асинхронного двигателя

Список компонентов системы питания с тиристорным управлением для однофазного асинхронного двигателя

Трансформатор: Трансформатор представляет собой статическое устройство, используемое для повышения или понижения переменного напряжения и работающее по принципу взаимной индукции.В этой тиристорной системе питания он используется для понижения напряжения 220 В до 12 В переменного тока.

Мостовой выпрямитель: Мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов и используется для преобразования переменного тока в постоянный. В этой системе питания с тиристорным управлением он используется только для преобразования переменного напряжения в постоянное.

Блокировочный диод: В этой тиристорной системе питания диод подключен на выходе мостового выпрямителя для блокировки обратного тока к мостовому выпрямителю.

Регулятор напряжения: В этой системе питания с тиристорным управлением регулятор напряжения используется только для регулирования 12 постоянного тока в 5 В постоянного тока для питания микроконтроллера и других электронных компонентов.

Детектор перехода через ноль: В этой тиристорной, управляемой системе питания детектор перехода через ноль в основном представляет собой компаратор, который сравнивает два входа, один вход поступает со стороны входа, а второй является опорным входом, который поступает, возможно, от переменного резистора или выхода. сторона.Когда один вход больше, чем другой вход, выход компаратора будет высоким.

Микроконтроллер pic 18F452: В этой системе питания с тиристорным управлением микроконтроллер pic 18F452 используется для управления углом открытия тиристора. Этот контроллер получает питание 5 В постоянного тока и взаимодействует с двумя оптопарами. Он состоит из 40 контактов, и эти контакты могут быть настроены как вход или выход, и один вход поступает от компаратора. Программируется на языке c с помощью программного обеспечения mikro/c.

Оптопара: Оптопара представляет собой 6-контактное устройство интегральной схемы, и в этой системе питания с тиристорным управлением она используется для изоляции и для задания угла открытия тиристора. Тиристор включается/выключается по сигналу ангела зажигания оптопары.

Тиристор: Тиристор представляет собой полупроводниковый переключатель и состоит из трех выводов: анода, катода и затвора. Когда на клемму затвора подается положительный сигнал, этот тиристор находится во включенном состоянии.Изменяя этот сигнал затвора, тиристор можно легко включить или выключить.

Нагрузка: Это в основном система питания с тиристорным управлением, и любой тип нагрузки может подключаться на стороне выхода. Здесь мы будем проверять эту систему, подключив резистивную нагрузку, значит, мы будем подключать сюда лампу.

Принцип работы системы питания с тиристорным управлением для однофазного асинхронного двигателя

Эта система питания с тиристорным управлением работает по принципу изменения угла включения тиристора.Когда угол открытия изменяется, мощность изменяется. Эта система имеет два переключателя: один для включения этой системы и один для переключателя изменения угла стрельбы. Эта система питается напрямую от источника питания wapda, и мы будем проверять эту систему, проверяя яркость выходной лампы. Когда эта система включена и нажат переключатель угла открытия, компаратор сравнивает два входа и подает сигнал на микроконтроллер. Микроконтроллер, в котором с помощью языка программирования устанавливается время задержки угла открытия, а затем микроконтроллер подает задержанный сигнал на оптопару, после чего оптопара дает сигнал запуска на тиристор.В зависимости от этого угла открытия тиристор включается или выключается, а затем этот тиристор включается или выключается на выходной нагрузке. Угол открытия изменяется путем изменения времени задержки, а при изменении времени задержки изменяется выходная мощность. Выходная мощность обратно пропорциональна времени задержки, т.е. когда задержка увеличивается, выходная мощность уменьшается. Здесь мы бы проверили эту систему, изменив угол стрельбы. При изменении угла освещения изменяется выходная мощность, а затем изменяется и яркость лампы.

Различные области применения и преимущества системы питания с тиристорным управлением
  1. Система питания с тиристорным управлением может использоваться для управления реактивной мощностью асинхронного двигателя. Управляя реактивной мощностью двигателя, мы можем легко изменить скорость двигателя.
  2. Эту систему можно использовать для управления яркостью выходных ламп.
  3. Эту систему также можно использовать для управления скоростью двигателей постоянного тока.
  4. Эта система может использоваться в синхронных генераторах для изменения возбуждения обмотки возбуждения генератора.управляя возбуждением поля, можно контролировать выходное напряжение синхронного генератора.
  5. С помощью этой системы можно повысить производительность и эффективность промышленного оборудования.

(PDF) Мониторинг изменения скорости однофазного асинхронного двигателя с использованием кремниевого управляемого выпрямителя с антипараллельным соединением

, выполненного ими посредством моделирования. Угол открытия асинхронного двигателя

изменялся путем изменения значения потенциометра

, который был связан с микроконтроллером.В 2012 году была опубликована обзорная журнальная статья

, основанная на методе управления скоростью

асинхронного двигателя с помощью системы привода с переменной частотой

[2]. В этом журнале были показаны методы управления скоростью

, такие как управление Вольт/Герц, как

использовать метод ЧРП. Нагрузочные характеристики, такие как постоянный

крутящий момент, постоянная нагрузка в лошадиных силах, различные типы инверторов

, циклопреобразователь и метод ШИМ

, также были показаны в этом журнале.В 2013 году был опубликован журнал по темам

метода управления скоростью асинхронного двигателя с помощью циклопреобразователя

с тиристорами, в котором

описывается циклопреобразователь, его использование и из статьи

показано, что циклопреобразователь произведено переменное напряжение одной частоты

из переменного напряжения разной частоты[3]. Кроме того, циклопреобразователь

может работать с нагрузками с различным коэффициентом мощности, а

позволяет передавать мощность в различных направлениях.Эффективная синусоидальная волна

была получена на низких частотах. Еще одна журнальная статья

была опубликована в 2014 году Suneeth и Usha по

регулированию скорости однофазного асинхронного двигателя с использованием прерывателя переменного тока

методом асимметричной ШИМ, в котором метод ШИМ

использовался для включения IGBT. Цель этого исследования состояла в том, чтобы поддерживать постоянную скорость в различных условиях нагрузки с помощью метода асимметричной ШИМ.Он также использовался

для уменьшения гармоник[4].

В нашей исследовательской работе управление скоростью однофазного асинхронного двигателя

с использованием антипараллельного встречно-параллельного тиристора

осуществляется с помощью методов, отличных от других исследовательских работ

. Импульсы затвора, подаваемые микроконтроллером, запрограммированы последовательно. Импульсы стробирования

генерируются тщательно, так что последовательности запуска будут

поддерживаться.Мы исследовали управление скоростью однофазного асинхронного двигателя

при изменении угла зажигания.

Кроме того, показана взаимосвязь между углом открытия, генерируемым напряжением

и скоростью.

2. МЕТОДИКА

Методы управления скоростью асинхронного двигателя:

метод управления напряжением/частотой, метод управления напряжением,

добавление реостата на стороне статора двигателя, добавление и

изменение числа полюсов.Среди методов

метод управления напряжением/частотой и метод управления напряжением

часто используются для управления скоростью. В этом исследовании

метод управления рабочим напряжением статора принят. Во-первых,

синхронная скорость определяется как

(1)

Где Nsis — синхронная скорость в об/мин, P — число

полюса.

Теперь скорость асинхронного двигателя становится равной

(2)

Где s — скольжение, а Nm — скорость вращения ротора в об/мин.вечера.

крутящий момент, созданный в мотор индукции

T =

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2) (2 1SXRRES

NS





(3)

Где, E2 — индуктивное напряжение на стороне ротора в вольтах, R2 —

сопротивление ротора в омах, X2 — реактивное сопротивление рассеяния ротора в

0 Ом3 и 9000 постоянная

Таким образом, из приведенного выше уравнения крутящего момента видно, что

крутящий момент пропорционален напряжению ротора.Скорость

, которая также имеет пропорциональную связь с крутящим моментом, что

означает также ее пропорциональную связь с напряжением. Итак, скорость

будет изменяться при изменении наведенного напряжения в роторе.

Другим важным критерием однофазного двигателя является то, что

из определения теории вращения двойного поля

переменный поток можно рассматривать как состоящий из двух

вращающихся потоков, каждый из которых имеет половину значения и вращается

синхронно в противоположных направлениях[5].Если скольжение ротора

по отношению к потоку прямого вращения равно sf и sb равно скольжению

по отношению к потоку обратного вращения, то

(4)

угол тиристорной пары.

Рис.1: Схематическая диаграмма предлагаемого метода

Ниже показаны пульсирующие формы импульсов для угла открытия α=30°, заданные

в затворах различных тиристоров:-

Рис.2: Импульс затвора для T1 и T4 в диапазоне α=30°

Импульсные формы импульсов для угла открытия α=60°, заданные

в затворах различных тиристоров, показаны ниже:-

050 100 150 200 250 300 350 400

0

0

2

4

6

6

T1

050 100 150 200 250 300 350 400

0

2

4

6

6

T4

Управление скоростью двигателя переменного тока с помощью ZCD-IC555-DIAC-TRIAC

 

Здесь представлены различные методы управления скоростью двигателя переменного тока.Одним из самых популярных из них является применение обрезанной формы волны переменного тока, что означает изменение фазового угла применяемой формы волны переменного тока. Этот метод используется во многих различных устройствах, таких как

. Угол открытия тиристора, такого как TRIAC, который подает питание на двигатель, с задержкой для снижения скорости двигателя или срабатывает раньше для увеличения скорости двигателя. При изменении угла зажигания часть сигнала переменного тока, подаваемого на двигатель, более или менее прерывается. Таким образом, среднее напряжение переменного тока, приложенное к двигателю, изменяется, что меняет скорость двигателя.


Существуют различные методы управления скоростью двигателя переменного тока. Одним из самых популярных из них является применение обрезанной формы волны переменного тока, что означает изменение фазового угла применяемой формы волны переменного тока. Этот метод используется во многих различных устройствах, таких как

.

1.       В регуляторе бытового вентилятора для изменения скорости вентилятора

2.       В электросверлильном станке для вращения вала с разной скоростью

3.       В современных электрических ручных блендерах

4.       Для изменения скорости воздуходувок или вентиляторов, используемых в промышленности, для различных целей

Угол открытия тиристора, такого как TRIAC, который подает питание на двигатель, задерживается для снижения скорости двигателя или срабатывает раньше для увеличения скорости двигателя.При изменении угла зажигания часть сигнала переменного тока, подаваемого на двигатель, более или менее прерывается. Таким образом, среднее напряжение переменного тока, приложенное к двигателю, изменяется, что меняет скорость двигателя.

Здесь данная схема использует тот же принцип для изменения скорости двигателя переменного тока. Он использует IC555 для генерации импульса переменной ширины, который изменяет угол открытия TRIAC через DIAC. Сначала он берет нулевую опорную форму волны переменного тока из схемы детектора пересечения нуля (ZCD) и отсекает входной сигнал переменного тока, подаваемый на двигатель, путем увеличения/уменьшения фазового угла TRIAC с использованием выходного импульса с переменной шириной импульса IC555.

Давайте сначала разберемся с блок-схемой цепи. Далее следует описание схемы и подробное описание ее работы и эксплуатации

.

Описание блок-схемы:

Рис. 1. Блок-схема контроллера скорости двигателя переменного тока на основе 555 IC и ZVC

 

Давайте разберемся с функциями различных блоков, чтобы понять, как работает схема

Мостовой выпрямитель – он генерирует выпрямленный выходной сигнал от подаваемого на вход переменного тока

ZCD – генерирует короткие положительные и отрицательные импульсы, когда кривая переменного тока пересекает нулевую отметку.Он используется в качестве эталона для прерывания формы волны переменного тока, подаваемой на двигатель

.

Моностабильный мультивибратор – генерирует импульсы, ширина которых может изменяться (ШИМ) с помощью потенциометра, и изменяет угол возбуждения TRIAC через DIAC

Цепь управления фазовым углом DIAC-TRIAC – подает на двигатель прерываемую форму волны переменного тока и изменяет скорость двигателя переменного тока

Таким образом, схема изменяет скорость двигателя переменного тока, изменяя угол открытия симистора путем применения ШИМ, генерируемого с помощью IC555, подключенного в моностабильном режиме.Поскольку ширина выходного импульса IC555 изменяется с помощью потенциометра, изменяется угол открытия симистора и скорость двигателя.

Описание схемы:

·         230 В, 50 Гц переменного тока подается на первичную обмотку трансформатора T1 (0–12, 500 мА). Его вторичная обмотка подключена к входным клеммам переменного тока мостового выпрямителя BR1

.

·         Выпрямленный выход подается на базу транзистора Q1 через делитель напряжения, образованный резисторами R2 (1K) и R2 (1K)

·         Коллекторный выход Q1 подается на базу транзистора Q2 через R1 (470 Ом).Q1 и Q2 оба подключены в конфигурации коммутатора, как показано на рисунке

.

(см. вкладку «Схема» для полной схемы управления скоростью двигателя переменного тока)

·         Выход Q2 подается на триггерный вход первой микросхемы NE555 U1. Настроен на моностабильный режим. Временные компоненты RV1 (потенциометр 10K) и C1 (1 мкФ) определяют ширину выходного импульса

·         Выход U3 подается на катодный вход (вывод № 2) внутреннего светодиода оптопары MOC3021

·         Анодный вход (контакт №.1) внутреннего светодиода MOC3021 подключен к Vcc через регистр ограничения тока R11 (220 Ом).

·         Между контактами 6 и 4 MOC3021 находится DIAC. Контакт № 6 подключен к клемме MT2 TRIAC BT136 через резистор 470 Ом, а контакт №. 4 подключен к затвору симистора.

·         Двигатель переменного тока подключается между клеммой MT1 симистора и нейтральным проводом линии переменного тока, как показано на рисунке. Фазный провод линии переменного тока подключается к клемме MT2 TRIAC

.

Схема работы:

Давайте разберем работу схемы блок за блоком с помощью сигналов в разных точках A, B, C, D, E и F, указанных на принципиальной схеме.

Мостовой выпрямитель – состоит из трансформатора и диодного моста. Трансформатор понижает 230 В переменного тока до 12 В переменного тока. Сигнал 1 st на рисунке показывает этот сигнал в точке «А». Эта волна переменного тока подается на диодный мост, который просто генерирует двухполупериодный выпрямленный выходной сигнал. Он показан в виде сигнала 2 и на рисунке в точке «В».

Детектор пересечения нуля (ZCD) – эта секция состоит всего из двух транзисторов Q1 и Q2, соединенных по схеме переключателя.Выпрямленный выход мостового выпрямителя подается на базовый вход Q1.

Рис. 2. Временная диаграмма, показывающая обнаружение пересечения нуля

 

Поскольку транзистор подключен по схеме переключателя, когда входное напряжение на базе становится ниже 0,7 В, он отключается и выдает очень короткий положительный импульс в точке «С». Это показано на рисунке в виде сигнала 3 rd . Когда эти положительные импульсы подаются на Q2, который снова подключен в конфигурации переключателя, он будет генерировать отрицательный импульс в точке «D» той же ширины, что и положительный импульс.Это показано как 4 th форма волны

 

Моностабильный мультивибратор – При поступлении на вход триггера импульса –Ve от секции ZCD он будет генерировать положительный выходной импульс, ширина которого варьируется. Период времени этого импульса определяется номиналом потенциометра RV1 и конденсатора C1. Значения RV1 и C1 выбираются таким образом, чтобы схема генерировала импульс длительностью от 0 до 10 мс при изменении потенциометра.

Управление фазовым углом DIAC-TRIAC: – выход IC555 выдается на микросхему оптрона MOC3021.Поскольку анод внутреннего светодиода подключен к Vcc, когда низкий уровень выходного сигнала IC555 подается на катод, ток проходит через светодиод и вызывает срабатывание внутреннего DIAC. Таким образом, пока на выходе IC555 нет высокого уровня, DIAC не проводит и не запускает TRIAC. По истечении периода времени на выходе IC555 — выход снова становится низким — DIAC проводит — он запускает TRIAC. Поскольку ширина выходного сигнала IC555 варьируется, симистор срабатывает раньше или позже. Это лучше объясняется с помощью сигналов, приведенных на следующем рисунке

.

Рис.3. Временная диаграмма, показывающая управление фазовым углом

Рассмотрим два случая.

 

Случай 1:

  • В этом первом случае ширина импульса составляет 7 мс, поэтому светодиод остается выключенным в течение 7 мс и включается на 3 мс в состоянии покоя
  • Таким образом, DIAC также будет проводить только 3 мс и активирует TRIAC на 3 мс
  • Часть сигнала переменного тока, подаваемого на двигатель переменного тока, показана как форма сигнала 3 rd . Двигатель меньше, потому что применяется меньшее переменное напряжение

Случай 2:

  • В этом случае ширина импульса уменьшена с 7 мс до 2 мс
  • Светодиод не горит в течение 2 мс и горит в течение остальных 8 мс
  • DIAC проводит в течение 8 мс, и TRIAC также проводит в течение 8 мс

Форма волны 5 th показывает часть формы волны переменного тока, применяемую к двигателю переменного тока.Скорость двигателя увеличится, так как подается большее напряжение

Таким образом, при изменении угла включения (фазового угла) симистора волной ШИМ изменяется скорость двигателя.

Рис. 4: Прототип контроллера скорости двигателя переменного тока на основе 555 IC и ZVC

Принципиальные схемы


Видео проекта


Рубрики: Electronic Projects
С тегами: Управление скоростью двигателя переменного тока с использованием ZCD-IC555-DIAC-TRIAC
 

Некоторые методы управления системами асинхронных двигателей с использованием тиристоров.

тезис

опубликовано 19.11.2015, 08:58 автором J. P. Dickinson Hennessy

С точки зрения стоимости и обслуживания многофазный асинхронный двигатель имеет преимущества по сравнению с его аналогом постоянного тока, но управление выходным крутящим моментом и скоростью требует большего внимания. Появление тиристоров большой мощности позволило по-новому оценить асинхронный двигатель для приводов с регулируемой скоростью (например, лебедки, краны и тяговые устройства) и использовать некоторые хорошо зарекомендовавшие себя, но неэффективные методы (с точки зрения стоимости, контроля и энергопотребления). ) получили новый вид.В этом тезисе сравниваются некоторые из этих методов управления, а именно регулирование частоты, напряжения статора и управления ротором, и предлагается комбинация управления напряжением статора и управления ротором для повышения универсальности машины и расширения рабочего диапазона крутящего момента/скорости без усложнения. инверторной системы падения. Показано, что гармоники, создаваемые выходным сигналом инвертора прямоугольной формы, могут быть уменьшены за счет увеличения количества импульсов на выходе полупериода, если отдельные импульсы имеют заданное соотношение.Исследовано влияние этого снижения гармоник на выходе асинхронного двигателя с питанием от инвертора. Эквивалентная схема разработана для представления асинхронного двигателя при подаче сигналов напряжения с высоким содержанием гармоник. Эта эквивалентная схема решена с использованием метода конечных разностей и, как показано, дает результаты первого порядка с различными формами сигналов напряжения. Показано, что прогнозирование характеристик первого порядка возможно для системы асинхронного двигателя, статор которого питается от трехфазного источника переменного тока через пары тиристоров «спина к спине» с использованием простого метода диаграммы.Диаграмма в этом методе дает «сниженное» значение тока, доступного для создания выходного крутящего момента, на основе неконтролируемой теоретической производительности двигателя, заданного угла открытия тиристоров и коэффициента мощности двигателя на данной скорости. Прогнозирование работы асинхронного двигателя с тиристорным прерывателем постоянного тока в цепях ротора как в области двигателя, так и в области торможения достигается с использованием концепции эффективного сопротивления ротора. Приведена процедура расчета этого сопротивления по заданным параметрам с известными значениями, а также теоретические характеристики по сравнению с экспериментальной системой.

История

Дата награды

01/01/1972

Авторская принадлежность

Engineering

Награждение

Университет

Уровень квалификации

Докторантура

Квалификация

PHD

Язык

и

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.