Автоматизация шлифовального процесса путем разработки автоматической системы управления преднатягом (1089122), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Регулирова­ние выходной частоты и напряжения осуществляется с помощью управляющего сигнала Uy, изменение которого определяет в конечном итоге изменение скорости двигателя 2.

Анализ механических характеристик АД U/f =const показывает, что скорость о идеального холостого хода АД изменяется при регулировании f1, а критический момент Mк, остается неизменным.

Так как ₀f₁ и x_кf₁ то и момент МU/f

Область частот f₁f_ном. - область регулирования для асинхронного двигателя (характеристики 3—5) соотношение U/f =const может выполняться, так как напряжение, подводимое к АД, регулируется от номинального (сетевого) в сторону уменьшения. Поэтому М=const и АД имеет постоянную перегру­зочную способность.

Рассмотрим теперь принципы действия и виды применяемых в этой системе ЭП преобразователей частоты.

3.7Преобразователи частоты

3.7.1Принцип действия ПЧ

Различные типы ПЧ, которые нашли применение в области частотного управляемого, асинхронного ЭП, могут быть раз­делены на две группы, отличающиеся друг от друга по используемым техническим средствам и по структуре.

Первую группу составляют так называемые эле­ктромашинные вращающиеся ПЧ, в которых, для получения переменной частоты, используются обычные или специальные электрические машины.

Рис.3. 6. Схема электромашинного ПЧ с синхронным генератором

На рис.3.6. приведена схема ПЧ с синхронным гене­ратором 3, от которого питаются три асинхронных двигателя 5—7. Преобразователь состоит из двух частей: агрегата постоянной скорости, включающего асинхронный двигатель 1 и приводимый им генератор постоянного тока 2, и агрегата перемен­ной скорости, состоящего из регулируемого двига­теля постоянного тока 3, приводящего во вращение синхронный генератор переменной частоты. Двига­тель 1 питается от сети со стандартной частотой f1 = 50 Гц, а на выводах синхронного генератора 4 частота и напряжение могут регулироваться. С по­мощью резистора R1 в цепи обмотки возбуждения генератора 2 изменяется напряжение, подводимое к якорю двигателя 3, и тем самым его скорость и скорость генератора 4. При этом меняется частота напряжения на выводах синхронного генератора 4, определяемая выражением fрег=p_сг/(2) , и на двига­телях 5—7. Напряжение на этих двигателях регулиру­ется с помощью резистора R3, включенного в цепь обмотки возбуждения синхронного генератора 4.

Применение ПЧ позволяет плавно регулировать скорость двигателей 5—7 в широком диапазоне, однако процессу регулирования частоты в этой системе свойственны существенные недостатки. Для создания преобразователя необходимы четыре элек­трические машины, рассчитанные на полную мощ­ность потребителей что определяет громоздкость установки и ее дороговизну, особенно при больших мощностях нагрузки. Двойное преобразование энергии—энергии переменного тока ча­стоты ,f1==50Гц в энергий постоянного тока и далее опять в энергию переменного тока регулируемой частоты — сопровождается выделением потерь энер­гии во всей цепи преобразования, что определяет невысокий КПД системы, и наконец, про­цессу изменения частоты в этой системе свойственна инерционность регулирования, связанная с измене­нием скорости электромашинного агрегата, облада­ющего механической инерцией

В настоящее время большое распространение получили статические ПЧ. Названные так, потому, что в них используются не имеющие движущихся частей элементы и устройства, такие, как полупровод­никовые приборы, реакторы, конденсаторы и т. д. Использование статических ПЧ по­зволило повысить технико-экономические показатели регулируемого частотного ЭП за счет увеличения его КПД и быстродействия, устранения шума и упрощения обслуживания. Статические ПЧ подразде­ляются на две группы: без с не­посредственной связью пита­ющей сети и нагрузки и с про­межуточным звеном постоян­ного тока.

3.7.2Преобразователи без звена постоянного тока

Упрощенная функци­ональная схема ПЧ без звена постоянного тока (рис.3.7).состоит из силовой части 3, с которой связан асинхронный двигатель 4, и блока 2 управления. С помощью указанных блоков осуществляется преобразование электрической энергии переменного тока стандартных напряжений U1 и частоты f1 в энергию переменного тока с регулируемыми напряжением Uрег и частотой fper.

Рис 3.7.. Блок-схема ПЧ с непосредственной свя­зью

Силовая часть 3 выполняется на базе полу­проводниковых приборов (тиристоров или транзи­сторов), управляемых сигналами с блока 2.

О дна из распространенных тиристорных схем трехфазного ПЧ (НПЧ) состоит из трех одинаковых комплектов 2—4 тиристоров (рис.3.8), обеспечивающих питание обмоток статора АД z_а,z_в,z_с.

Рис.3.8 . Схема трехфазного НПЧ

Каждый из трех комплектов содержит шесть тири­сторов, три из которых анодами подсоединены, а три других катодами к вторичным обмоткам трансформатора 1. В схеме нулевая точка трансфор­матора 1 соединена с общей точкой трехфазной обмотки статора, поэтому схема называется нулевой. Каждая фаза этой схемы работает независимо от остальных, поэтому ее действия можно рассмотреть работу одной из фаз, например А, управляемую группой 2 тиристоров VS1 — VS6.

Фазные напряжения на вторич­ных обмотках трансформатора 1 изменяются по сину­соидальному закону (рис.3.9 , а), а нагрузка имеет активный характер (если нагрузкой является АД, то ее характер будет активно-индуктивный),

Если тиристоры VS1 — VS6 закрыты (управляющие импульсы от блока управления на них не подаются). В этом случае все на­пряжение с выхода трансформатора при­кладывается к закрытым тиристорам и на­пряжение на статоре ра­вно нулю.

Рис 3.9 Графики напряжений сети на входе (а) и на выходе (б, в) НПЧ

Подавая от блока управления им­пульсы на тиристор VS1 в момент времени t1 , на VS2- в момент t2 на VS3—в момент t3. Так как в эти моменты вре­мени потенциалы анодов тиристоров более высокие, чем катодов, то они откроются и к фазе статора будет приложено напряжение, представляющее собой положительные участки трех синусоид вторичных напряжений трансформатора Ua, Ub и Uc (рис.9.б). Если снять управляющие импульсы с VS1- VS3 и подать импульсы на тиристоры VS6, VS4 и VS5 в моменты t5, t6, t7, то на нагрузке также образуется напряжение в виде участков синусоид, но уже противоположной полярности. При поочередном открытии тиристоров VS1—VS3 и VS4— VS6 в указан­ном порядке кривая Uрег будет периодически повторяться. Таким образом, к фазе обмотки статора подводится напряжение переменного тока с периодом Tрег и частотой fper=l/Tper .

Период Трег этого напряжения больше, чем период сетевого напряжения T1, частота напряжения на статоре АД fрег меньше, чем частота питающего напряжения f1. Соотношение между этими величинами для трехфазной схемы

Tрег=Т1(3+2(h-1))/3,

где h = 2, 3, ...— число открываемых тиристоров в группе. Из этого следует, что ПЧ без звена постоянного тока с непосредственной связью питающей сети и нагрузки может обеспечивать регулирование ча­стоты на статоре f1 АД только в сторону ее уменьшения по сравнению с сетевой. Плавность и расширение диапазона регулирования частоты на выходе ПЧ достигается введением паузы tрег между моментом снятия импульсов управления с тиристоров VS1 — VS3 и подачей их на тиристоры VS4—VS6.

3.7.3Преобразователи со звеном постоянного тока

С хема ПЧ со звеном постоянного тока состоит из двух основных блоков: упра­вляемого выпрямителя 2 (рис.3.10 ) и управляемого инвертора 3 с блока­ми 1 и 5 управления.

Рис.3.10 Схема ПЧ со звеном постоянного тока

Напряжение сети U1 стандартной частоты f1 подается на вход упра­вляемого выпрямите­ля 2, преобразующего переменное напряжение U1 в постоянное Е0. Это напряжение можно регулировать в широ­ких пределах с помощью блока управления. Выпрямленное и регулируемое напряже­ние E0 подается на вход инвертора 3, который преобразует напряжение постоянного тока Е0 в тре­хфазное напряжение Uрег регулируемой частоты fрег, которое подается на двигатель 4. Частота выходного напряжения fрег инвертора регулируется блоком 5 управления в функции сигнала управления Uy.1

3.8Управляемые инверторы

В частотно-упра­вляемом асинхронном ЭП применяются., различные инверторы, отличающиеся видами коммутации тиристоров, схемами их соединения, способами регу­лирования напряжения на АД .

В зависимости от способа коммутации тока тиристоров инверторы делятся на ведомые сетью и автономные. В инверторах, ведомых, сетью (их еще называют зависимыми инверторами), коммута­ция тока с тиристора на тиристор обеспечивается напряжением переменного тока источника питания.

В автономных (независимых) инверторах для коммутации тока используются дополнительные эле­менты—тиристоры, диоды, конденсаторы и катушки индуктивности.

Автономные инверторы делятся на инверторы напряжения и тока. Автономные инверторы напряже­ния (АИН) подключаются к источнику напряжения, например управляемому выпрямителю, на выходе которого включен конденсатор большой емкости. АИН имеет жесткую внешнюю характеристику, т. е. с изменением тока нагрузки напряжение на его выходе практически не изменяется. Вследствие этих свойств, при использовании АИН управляющими воздействия­ми на двигатель являются частота и напряжение.

Питание автономных инверторов тока (АИТ) осуществляется от источника тока, например управляемого выпрямителя, к выходу которого подключается реактор большой индуктивности. При использовании АИТ управляющими воз­действиями на АД являются частота и ток статора.

Каждый из видов автономного инвертора имеет в частотно управляемом асинхронном ЭП свою об­ласть применения. Для АИН характерны практичес­кая независимость выходного напряжения от режима работы АД, что обусловливает его предпочтительное использование в разомкнутых асинхронных ЭП, а та­кже при управлении группой регулируемых АД. Недостатками ПЧ с АИН являются использование конденсаторов на их входе большой мощности, массы и габаритов; большое количество тиристоров и Коммутирующих элементов; введение в схему ПЧ для обеспечения рекуперации энергии в сеть допол­нительного ведомого сетью инвертора.

ПЧ с АИТ по отношению к двигателю является источником переменного тока регулируемой частоты, что позволяет создать достаточно простые и быст­родействующие асинхронные ЭП и определяет его предпочтительное применение для индивидуальных реверсивных ЭП, работающих в интенсивном повтор­но кратковременном режиме. К достоинствам ПЧ с АИТ относятся также отсутствие конденсатора на входе АИТ; возможность рекуперации активной энер­гии в сеть без усложнения схемы; относительно небольшое количество тиристоров и силовых диодов. Недостатком АИТ является необходимость включе­ния входного реактора.

Регулирование выходного напряжения ПЧ может осуществляться несколькими способами. В ПЧ с не­посредственной связью регулирование выходного на­пряжения осуществляется так же, как и в управля­емых выпрямителях. Такое управление получило название фазового.

В ПЧ со звеном постоянного тока регулирование напряжения на нагрузке (статоре АД) производится или от специального регулятора напряжения, или самим инвертором.

Первый способ, в свою очередь, может быть реализован двумя путями—за счет использования управляемого выпрямителя (фазовое управление) или неуправляемого выпрямителя и размещаемого между ним и инвертором широтно-импульсного преобразователя (ШИП) (амплитудное регулирование напря­жения). К достоинствам этого способа следует отнести широкий диапазон регулирования напряжения и воз­можность использования для любого типа инвертора.

Характеристики

Список файлов ВКР