/>Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательноеучреждение высшего профессионального образования
/>Кузбасский государственный университет
/>Кафедра электропривода и автоматизации
/>ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к дипломной работе
Тема работы:
Разработка и монтаж лабораторногостенда на основе преобразователя
ЭТ6
/>Автор проекта/>/>: студентгруппы ЭА-022
Бурзянцев А.В.
Проверил: к.т.н, доцент кафедры ЭПА
Сидельцев С.В.
/>Кемерово 2007
Содержание
Введение
1. Описание электропривода
1.1 Основные технические данные иусловия работы
1.2 Конструкция электропривода
2. Устройство и принцип работы
2.1 Структурная схема электропривода
2.2 Принцип работы электропривода
3. Состав тиристорногопреобразователя и принцип работы его составных частей [2]
3.1 Силовая схема
3.2 Схема формирования управляющихимпульсов
3.3 Регулятор скорости
3.4 Регулятор тока с датчиком тока исхемой ограничения производной
напряжения на выходе регулятора
3.5. Схема ограничения минимальногоугла управления
3.5 Схема ограничения минимальногоугла управления
3.6 Схема ограничения тока якоря
3.7 Схема защиты
Приложение 1
Приложение 2
Введение
Много внимания уделялосьпоиску возможностей замены электромашинных преобразователей статическимивентильными преобразователями. В свое время получила некоторое распространениесистема управляемый ртутный выпрямитель – двигатель (УРВ–Д). Однако особенностиртутных вентилей не позволили этой системе успешно конкурировать с системойГ–Д. Эта задача получила успешное решение только после создания полупроводниковыхкремниевых вентилей и совершенных систем импульсно-фазового (СИФУ) управленияна базе микроэлектроники, которые позволили разработать тиристорныепреобразователи с высокими техническими показателями [1].
Лабораторный стенд собранна основе серийно выпускаемого унифицированного электропривода серии ЭТ6 ипредставляет собой автоматизированный электропривод постоянного тока. Стенд служитдля изучения и исследования параметров работы электропривода и снятияосциллограмм контрольных точек и показаний приборов. Он предназначен для регулированияи стабилизации частоты вращения электропривода постоянного тока в диапазоне1:10000.
1. Описание электропривода
1.1 Основныетехнические данные и условия работы
Электроприводпредназначен для работы в закрытых отапливаемых помещениях при следующихусловиях:
· высота над уровнем моря не более 1000 м;
· температура окружающего воздуха(внутри шкафа) от +5 до +45°С;
· относительная влажность окружающеговоздуха 80% при температуре 30°С.
Окружающая среданевзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, агрессивных газов и паров вконцентрациях, разрушающих металлы и изоляцию. Содержание масел, пыли – впределах санитарных норм.
Основные техническиепараметры электропривода указаны в табл. 1.
Таблица 1Наименование параметра Ед. измерения Требования техническихусловий Напряжение сети В 380 (+10–15) % Частота сети Гц 50±1 Мощность электродвигателя кВт
0,6/>11,3 Максимальный диапазон регулирования частоты вращения электродвигателя 10000
Электроприводобеспечивает работу во всех 4-х квадрантах механической характеристики приизменении управляющего напряжения в пределах ±10В.
1.2 Конструкцияэлектропривода
Электропривод серии ЭТ6состоит из тиристорного преобразователя, электродвигателя со встроеннымтахогенератором, согласующего трансформатора серии ТСТ, задатчика частотывращения и токоограничивающих реакторов РТ.
Электроприводконструктивно представляет собой комплектное устройство, выполненное в открытомисполнении (степень защиты IP00) и предназначенное (кроме электродвигателя) длявстройки в шкаф.
Преобразователь имеетблочную конструкцию, обеспечивающую оперативную замену блоков и возможностьремонта или замены отдельных элементов.
Внешний видпреобразователя приведен на рис. 1.
В электроприводеприменены электроизоляционные материалы класса нагревостойкости не ниже В.
/>
Рис.1. Преобразовательтиристорный
2. Устройство ипринцип работы
2.1 Структурная схемаэлектропривода
Электропривод серии ЭТ6представляет собой электромеханическое устройство, служащее для регулирования истабилизации частоты вращения электродвигателя постоянного тока в диапазоне1:10000.
Структурная схемаэлектропривода приведена на рис. 2.1, где:
РС – регулятор скорости;
РТ – регулятор тока;
Uто=f(n) – узелзависимости токоограничения;
ТП – тиристорныйпреобразователь;
ДТ – датчик тока;
ДС – датчик скорости;
Rэ – эквивалентное сопротивление якорной цепи;
Тя –электромагнитная постоянная времени;
Тм –электромеханическая постоянная времени;
К – конструктивныйкоэффициент;
Uз – задающее напряжение;
Uогр=f(Uc) – узел ограниченияминимального угла управления;
Uдс – напряжение датчика скорости;
ΔU1 – разность (Uз–Uдс);
Uрс – напряжение на выходе регулятораскорости;
Uто – напряжение узла токоограничения;
Uдт – напряжение на выходе датчика тока;
ΔU2 – разность (Uрс–Uдт);
Uрт – напряжение на выходе регуляторатока;
Uя – напряжение на якоре двигателя;
Iя – ток якоря двигателя;
n – частота вращения электродвигателя;
М – двигатель;
Принципиальнаяэлектрическая схема приведена в Приложении 1.
2.2 Принцип работыэлектропривода
Электропривод состоит издвух замкнутых контуров подчиненного регулирования: контура тока (РТ) и контураскорости (РС).
Работа электроприводаосуществляется следующим образом:
/>
Рис. 2.1 Структурнаясхема электропривода
При наличиирассогласования (ΔU1) на входе регулятора скорости (РС),на его выходе формируется сигнал, пропорциональный этому рассогласованию,который, сравниваясь с текущим значением тока якоря, поступает на входрегулятора тока РТ. Регулятор тока усиливает эту разность и подает управляющеенапряжение на схему формирования управляющих импульсов (СИФУ), функция которойзаключается в формировании и распределении импульсов управления силовыми тиристорами.По мере уменьшения рассогласования (под действием отрицательной обратной связипо частоте вращения) происходит стабилизация часты вращения двигателя науровне, пропорциональном напряжению задания (Uз). Коэффициентусиления системы регулирования обеспечивает необходимый диапазон регулированияи достаточную точность поддержания частоты вращения при различных возмущающихвоздействиях.
Ограничение тока якорядвигателя осуществляется путем ограничения напряжения выхода регулятораскорости.
Предусмотрено зависимоеограничение тока в функции частоты вращения.
тиристорныйпреобразователь автоматизированный электропривод
3. Состав тиристорногопреобразователя и принцип работы его составных частей [2]
Тиристорныйпреобразователь является управляемым двухполярным, шестипульсным выпрямителем,состоящим из:
силовой схемы;
схемы формированияуправляющих импульсов;
схемы усилителя –регулятора скорости;
схемы усилителя –регулятора тока с датчиком тока и схемой ограничения производной РТ;
схемы ограничения минимальногоугла управления;
схемы ограничения токаякоря;
схемы защиты;
источника питания;
схемы дополнительногоусилителя.
3.1 Силовая схема
Силовая схема (см.Приложение 2) и состоит из:
согласующеготрансформатора типа ТСТ (Тр13);
управляемого выпрямителя;
токоограничивающихреакторов РТ (Др1, Др2).
Трансформатор трехфазныйТСТ имеет две силовые обмотки и обмотку для питания цепей управления. Первичнаяобмотка соединена в треугольник, вторичная – шестифазную звезду с нулевымвыводом, третья обмотка – в звезду.
3.2 Схема формированияуправляющих импульсов
Схема формированияуправляющих импульсов (СИФУ) осуществляет формирование и распределениеуправляющих импульсов на тиристоры силовой схемы и состоит их шести идентичныхканалов управления. Схема СИФУ приведена на рис. 3.1.
/>
Рис. 3.1 Схемаформирования управляющих импульсов
Принцип работы схемы рассмотрим напримере работы канала фазы Al.
Отфильтрованноеопорное напряжение синусоидальной формы снимается сконденсатора С101и через резистор R103 подается на вход нуль-органа DA101. Нуль-орган выполнен на интегральномоперационном усилителе с большим коэффициентом усиления. Моменты времени переключения нуль-органаDА101 выделяются дифференцирующей цепочкой R105, С105, С106, производные напряжения усиливаются транзисторамиVT101, VT102 и через импульсный трансформатор TV02 поступают на управление тиристоров анодной группы, аимпульсы, усиленные транзистором VT103, через импульсный трансформатор TV01поступают на управление тиристором катодной группы.Резисторы R13 и R14 служат для ограничения тока черезпервичные обмотки импульсныхтрансформаторов и являются общими для всех шести каналов СИФУ. Ширинаимпульса 10–15 электрических градусов.
3.3 Регулятор скорости
Регулятор скорости (см. рис. 3.2.) представляетсобой многокаскадный усилитель постоянного тока с цепями обратной связи, собранный на трех микросхемах. Первый каскад состоитиз двух интегральных усилителей DА301, />DА302. Структура первого каскада исоответствующий выборвходящих в его состав элементов обеспечилитермостабильность характеристикэлектропривода за счет компенсации теплового дрейфаусилителя DA301 параллельно включенным усилителем DА302. Второй каскад, собранный на операционном усилителеDА303, служит для получениянеобходимого коэффициента усиления усилителя – регулятора скopoсти.
Схема работает следующимобразом. Сигнал задания снимается со средней точки делителя, собранного нарезисторе RV, и подается на неинвертирующие входыDA301 и DA303, представляющие собой суммирующий усилитель. На вход 90подается сигнал от тахогенератора и с помощью резистора R302 осуществляется нормирование этогосигнала. На вход 91 подается сигнал задания. С выхода DA301 сигнал поступает на инвертирующий вход DA303, на неинвертирующем входекоторого сигнал пропорциональный заданию. На выходе DA303 (точка 156) сигнал – напряжение, соответствующее заданнойчастоте вращения, поступает на вход регулятора тока, выполненного на ОУ DA601.
/>
Рис. 3.2 Регуляторскорости.
Цепи подстроек икоррекции:
R323, R324 – резисторы смещения «нуля» усилителя;
R302, R307 – резисторы подстройки максимальной скорости;
R319, R320, C315,С316, С317 – элементы коррекции скоростного контура, которые подбираются впроцессе наладки.
3.4 Регулятор тока сдатчиком тока и схемой ограничения производной напряжения на выходе регулятора
Регулятор тока (рис. 3.3) выполнен на операционномусилителеDА601и представляет собойпропорционально интегральный регулятор. Датчик тока предназначен дляпередачи на вход регулятора тока сигнала обратной связи, пpoпopциoнaльнoго тoкуякоря двигателя.
Схема работает следующимобразом. Сигнал с выхода РС, пропорциональный рассогласованию (UЗ–Uдс), поступает на R602 и через R603 подается на инвертирующий вход DA601. На неинвертирующий вход поступает сигнал,соответствующий минимальному углу управления (точка 155). На DA601 происходит сравнение этихсигналов и при превышении сигнала, подаваемого на 155 вход (неинвертирующийвход DA601) на выходе DA601 появляется сигнал отрицательнойполярности, пропорциональный разности сигналов от РС и обратной связи по току,подаваемый в схему формирования управляющих импульсов.
Сигнал, соответствующийтоку якоря, снимается с шунта. Этот сигнал поступает на DА501, где производится выделение иусиление модуля напряжения, пропорционального току якоря. Это напряжениеподается на делитель, собранный на R601, R602 и R603, и сравнивается с сигналом от РС. Балансировка датчика тока производитсярезистором R506. Схемаограничения производной (СОП)входит в контур регулирования тока якоря и осуществляет ограничение наибольшего значенияпроизводной напряжения на выходе РТ с целью исключениядинамического уравнительного тока. СОП состоит из дифференцирующей цепочки R705 – С704, операционного усилителяDА701,стабилитрона VD701, делителя R701,R702.
Схема работает следующим образом. Выходной сигнална выходерегулятора тока дифференцируется при величине выходногонапряженияDА701, большей, чем напряжение пробоя стабилитронаVD701, поступает на неинвертирующий вход усилителя РТ DА601, осуществляя ограничение производнойвыходного сигнала РТ назаданном уровне.
3.5 Схема ограниченияминимального угла управления
Схема ограниченияминимального угла управления (рис. 3.4) предназначена для исключения превышениянапряжения на выходе РТ амплитудой опорного напряжения питающей сети.
/>
Рис. 3.3 Регулятор тока исхема ограничения производной напряжения на выходе регулятора.
Схема работает следующимобразом: опорные синусоидальные напряжения всех шести фаз с точки 17 подаютсяна выпрямительный мост VD403…VD414. Резисторы R411 и R415 служат для регулирования уровняограничения (уставки напряжения ограничения). Напряжения с движковпотенциометров R411, R415 поступаютна неинвертирующие входы операционныхусилителейDА401, DА402, на инвертирующие входы которых поступает через делители R408, R406 и резисторы R405, R407 выходное напряжение регуляторатока. выходныенапряжения DA401, DA402через диоды VD401, VD402 и резисторы R401, R402 поступаютна неинвертирующий вход операционного усилителя DA601 (регулятора тока).
Таким образом, усилителиDA401,DА402 образуют контурыотрицательной обратной связи усилителя — регуляторатока, которые включаются при достижении напряжения на выходе делителей R408, R406 величины напряжения уставки ограничения и предотвращают дальнейший ростнапряжения на выходе РТ. В динамических режимах ипри изменении напряжения питающей сети величинанапряжения уставки меняется пропорционально изменению величины опорных напряженийи тем самым обеспечивает исключение превышения напряжения управления (регулятора тока) уровня опорных напряжении.
/>
Рис. 3.4 Схемаограничения минимального угла управления
3.6 Схема ограничениятока якоря
Схема ограничения токаякоря (см. рис. 3.5) обеспечивает, в зависимости от настройки, ограничение тока якоря назаданном уровне и зависимое ограничение тока вфункции частоты вращения.
/>
Рис. 3.5 Схемаограничения тока якоря
Принцип работы токоограничения основан на ограничении выходногонапряжения регулятора тока, которое пропорционально частоте вращения якорядвигателя. При работе токоограничения в режиме, независимомот частоты вращения якоря, выводится нуль-резистор R305. Величина уставки задается резистором R213. Схема работает следующимобразом.
Напряжение тахогенератора через делители R304, R305 подается на схему выделения модуля, выполненную на микросхеме DА201, с выхода которой снимаетсясигнал положительной полярности, пропорциональный напряжению тахогенератора.Этот сигнал подается на вход узла аппроксимации, выполненногона элементах R207,R210, R208, R209, R211,VD203. Точка перегиба определяется величиной напряженияподпора диода VD203 и регулируется в зависимости от типаприменяемого электродвигателя резистором R208.
В результате суммированиянапряжения усилителя DА201, напряжений узла аппроксимации и смещения усилителяDА202 на выходе формируется напряжение подпора диодаVD205заданной величины. Величинасмещения определяет максимальный ток уставки и регулируется резистором R213. Дляограничения сигнала регулятора скорости другой полярности напряжение подпорадиода VD206 формируется инверторомDА203, подключенным к выходуDА202. Диод VD204 ограничивает величину отрицательного напряжения на выходеDА202.
3.7 Схема защиты
Схема защиты (см. рис. 3.6)предназначена для осуществления защитыэлектропривода от неправильного чередования фаз питающейсети, обрыва любой из фаз, от исчезновениястабилизированного питания любой полярности, от перегрева электродвигателейтипа ПБВ.
Схема состоит из фазосдвигающего конденсатора С909,транзисторных ключей VТ905,VТ906, схемы совпадений нa VD910, VD911,VT907, R925, R926, интегрирующего конденсатора С911, транзистора VT908, реле К1, К2, индикатораVD914,сигнализирующего оналичии управляющих импульсов на тиристорах, аследовательно, и наличии напряжения на выходе тиристорногопреобразователя, опасного для обслуживающего персонала, и терморезистора, встроенногов двигатель.
В исходном состояниитранзистор VT907 заперт и цепьприготовлена для включения реле К1, К2. При нажатии кнопки />SВC «Пуск»включается реле, загорается индикатор состоянияпривода, размыкается цепь обратной связи регуляторов и подаютсяуправляющие импульсы на тиристоры силовой схемы — происходит запуск электропривода. В случае неисправности в стабилизаторе напряжения или при неправильномподключении к питающей сети не подается управляющийсигнал транзистору VT908 и не включаются реле Kl,К2.
/>
Рис. 3.6 Схема защиты
Список литературы
1.Ключев В.И… Теория электропривода:Учеб. для вузов.–2-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 2001.–704 с.:ил.
2.Электропривод постоянного тока серииЭТ6. Паспорт ИЖВЕ 654632. 003ПС.