Двигателями переменного тока Вопросы

Замкнутые схемы управления электроприводов с

1. 
   Замкнутая схема управления асинхронного электропривода, выполненного по системе «тиристорный регулятор напряжения—асинхронный двигатель» (ТРН—АД)
2. 
   Замкнутый электрический привод с частотным управлением асинхронного двигателя
3. 
   Замкнутая схема импульсного регулирования скорости асинхронного двигателя с помощью резистора в цепи ротора

По исторически сложившейся тенденции регулируемый ЭП строился главным образом с использованием ДПТ. В последние годы в связи с появлением разнообразных средств управления регулируемый ЭП переменного тока начал быстро вытеснять АЭП с ДПТ.
1 Замкнутая схема управления асинхронного электропривода, выполненного по системе «тиристорный регулятор напряжения—асинхронный двигатель» (ТРН—АД)
Рассмотрим схему регулирования скорости АД с фазным ротором с использованием обратной связи по его скорости (рис.1,а). Между сетью и статором АД включены три пары встречно-параллельно соединенных тиристоров VS1 — VS6, образующих силовую часть ТРН. Управляющие электроды тиристоров подсоединены к выходам системы импульсно-фазового управления (СИФУ), которая распределяет управляющие импульсы на все тиристоры и осуществляет их сдвиг в зависимости от сигнала управления U_y. К валу АД подсоединен тахогенератор ТГ. Его ЭДС Е_тг сравнивается с задающим напряжением U_з.с, снимаемым с задающего потенциометра скорости ЗП, причем эти напряжения включены навстречу друг другу. Разность напряжений U_3.C и Е_гг, равная напряжению управления

U_у=U_з.с-E_тг, (1)

поступает на вход СИФУ.

При увеличении этого сигнала угол управления тиристорами уменьшается, а подаваемое на АД напряжение увеличивается и наоборот. В цепь ротора АД постоянно включен добавочный резистор R_2Д, наличие которого позволяет расширить диапазон регулирования скорости и облегчить тепловой режим АД при его работе на пониженных скоростях.

Рассмотрим работу ЭП при изменении момента нагрузки М_с на валу АД и постоянном задании скорости сигналом U_3.С2. Допустим также, что в исходном положении АД работал в точке 1 при моменте нагрузки M_С1 (рис. 1,б), а затем произошло его увеличение до значения М_С2.

При увеличении нагрузки на валу АД его скорость начнет снижаться, соответственно начнет уменьшаться и ЭДС тахогенератора Е_ТГ. Уменьшение Е_тг вызывает согласно (1) увеличение напряжения управления, что приведет к уменьшению угла отпирания тиристоров и увеличению тем самым подаваемого на АД напряжения.

а)

Рисунок 1 - Схема (а) замкнутой системы ТРН—АД и механические характеристики (б)
Момент АД будет увеличиваться и в точке 2 сравняется с М_С2. Таким образом, увеличение момента нагрузки привело к небольшому снижению скорости АД, т. е., другими словами, его характеристики стали жесткими.

При уменьшении момента нагрузки М_с будет автоматически происходить снижение напряжения на АД и тем самым поддержание его скорости вращения на заданном уровне.

Изменяя с помощью потенциометра значение задающего напряжения U_3.С, можно получить ряд механических характеристик электропривода с относительно высокой жесткостью и необходимой перегрузочной способностью АД.
2 Замкнутый электрический привод с частотным управлением асинхронного двигателя
Примером замкнутого ЭП переменного тока может служить серия ЭКТ и ее модернизация ЭКТ2. Эти ЭП обеспечивают регулирование скорости, тока и момента трехфазных АД с короткозамкнутым ротором за счет изменения частоты и величины подводимого к нему напряжения. Упрощенная функциональная схема этого ЭП в однолинейном исполнении приведена на рисунке 2, а.

В качестве силового преобразователя в ЭП используется тиристорный преобразователь частоты со звеном постоянного тока, состоящий из управляемого выпрямителя (УВ) и инвертора напряжения (ИН) со своими схемами управления СУВ и СУИ. Между УВ и ИН включен силовой фильтр Ф, обеспечивающий фильтрацию выходного напряжения и циркуляцию реактивной мощности в силовой части схемы.

Схема управления ЭП построена по принципу подчиненного регулирования координат и имеет два контура — внутренний (тока) и внешний (напряжения). Регулирование этих координат осуществляется пропорционально-интегральными регуляторами тока РТ и напряжения РН, по сигналам датчиков тока ДТ и напряжения ДН. При частотах ниже номинальной схема управления поддерживает отношение напряжения к частоте постоянным, а при частотах выше номинальной напряжение остается неизменным, что обеспечивается усилителем — ограничителем УО.

Преобразователь частоты обеспечивает рабочие диапазоны изменения частоты (5... 80) Гц при номинальной частоте 50 Гц и (15...240) Гц при номинальной частоте 200 Гц. Диапазон регулирования напряжения составляет (0... 380) В. Серия ЭКТ2 выпускается на мощности от 16,5 до 263,5 кВт. КПД этих ЭП лежит в пределах (85...96)%.

Примерный вид механических характеристик ЭП при различных сигналах задания скорости приведены на рисунке 2, б.

ЭП этой серии могут обеспечивать торможение с рекуперацией энергии в сеть. В этом случае силовая часть ЭП дополняется ведомым сетью инвертором, а в обозначении ЭП появляется буква Р (ЭКТР и ЭКТ2Р).

а)

б)

Рисунок 2 - Схема (а) замкнутого ЭП с частотным управлением АД и механические характеристики (б)

3 Замкнутая схема импульсного регулирования скорости асинхронного двигателя с помощью резистора в цепи ротора
В схеме ЭП (рис.3) с импульсным регулированием сопротивления в цепи выпрямленного тока ротора для получения жестких характеристик использована отрицательная обратная связь по скорости двигателя.

В роторную цепь АД включен неуправляемый трехфазный выпрямитель В, к выходу которого подключен резистор R_2Д.

Рисунок 3 – Замкнутая схема импульсного регулирования скорости АД с помощью резистора в цепи ротора
Параллельно резистору включен управляемый ключ К (коммутатор).

Управление ключом происходит от широтно-импульсного модулятора ШИМ, на вход которого поступают сигналы задания U_3.C и обратной связи U_o.c по скорости.

При поступлении на вход ШИМ сигнала ошибки U_y = U_З.С – U_ОС он начинает генерировать импульсы управления. Эти импульсы с помощью схемы управления ключом СУК распределяются по тиристорам ключа и вызывают периодическое включение и закорачивание резистора R₂.

Принцип получения жестких характеристик ЭП состоит в следующем. Допустим, что АД работает в установившемся режиме при каком-то заполнении ключа К, чему соответствует эквивалентное сопротивление цепи ротора.

Пусть по каким-то причинам произошло увеличение момента нагрузки АД, в результате чего начнет снижаться его скорость. Тогда сигнал управления U_y начнет повышаться, что вызовет увеличение заполнения работы ключа К и уменьшение тем самым эквивалентного сопротивления в цепи ротора. Это, в свою очередь, приведет к увеличению тока в роторе и момента АД и прекращению снижения скорости, что соответствует жестким характеристикам ЭП. В схеме может быть достигнуто и регулирование (ограничение) тока и момента, для чего она должна быть дополнена контуром регулирования тока.

ЛЕКЦИЯ 13

Дата добавления: 2015-04-29