ЗАМКНЕНІ СХЕМИ УПРАВЛІННЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДА ІЗ ДВИГУНАМИ ЗМІННОГО СТРУМУ

Замкнені ЕП із двигунами змінного струму донедавна застосовувалися відносно рідко. В останні роки у зв'язку з появою різноманітних засобів керування, і в першу чергу напівпровідникових силових перетворювачів, регульований ЕП змінного струму почав швидко розвиватися. Розглянемо деякі приклади виконання таких ЕП.

Замкнена схема керування асинхронного ЕП, виконаного по системі «тиристорний регулятор напруги - двигун» (ТРН - АД). Розглянемо схему регулювання швидкості АД з контактними кільцями й зворотним зв'язком по швидкості (мал. 11.30, я). У цій схемі між мережею й статором АД включене тиристорний регулятор напруги ТРН, силову частину якого утворюють три пари з'єднаних паралельно тиристорів VSI... VS6.Керуючі електроди тиристорів приєднані до виходів СІФУ, яка розподіляє керуючі імпульси на всі тиристори й здійснює їхнє зрушення залежно від вхідного сигналу керування U_у. До вала двигуна для реалізації зворотного зв'язку по швидкості приєднується тахогенератор ТГ,ЕРС якого Е_тг порівнюється з задающою напругою швидкості U_зш.

Ці напруги діють назустріч один одному, і їх різниця утворює сигнал керування (11.15) який надходить на вхід СІФУ.

(11.15)

При збільшенні цього сигналу кут керування тиристорами зменшується, а подаване на двигун напруга збільшується, і навпаки. Важливо відзначити, що при зниженні швидкості АД в ланцюзі ротора виділяються втрати потужності (втрати ковзання), які викликають його додаткове нагрівання й знижують економічність роботи ЕП. Для полегшення теплового режиму при роботі двигуна на знижених швидкостях у ланцюг його ротора включається додатковий резистор R_2д наявність якого дозволяє також розширити діапазон регулювання швидкості.

Розглянемо роботу ЕП при зміні моменту навантаження М_с на валу двигуна й постійному сигналі завдання швидкості U_зс2. Допустимо, що у вихіднім положенні АД працювало в крапці 1 з моментом навантаження М_с1 (див. мал. 11.30,б), а потім відбулося його збільшення до значення М_с2. У цьому випадку швидкість почне знижуватися й відповідно почне зменшуватися ЕРС тахогенератора Е_тг що викличе згідно (11.15) збільшення напруги керування, і зменшення кута керування тиристорами, а виходить, приведе до збільшення подаваного на АД напруги. Момент АД буде збільшуватися й у крапці 2 зрівняється з моментом навантаження М_с2.. Таким чином, збільшення моменту навантаження приводить до невеликого зниження швидкості АД, або, інакше кажучи, його характеристики стають твердими. При зменшенні моменту навантаження М_с буде автоматично відбуватися зниження напруги на АД, тобто його швидкість обертання буде підтримуватися на заданому рівні.

Змінюючи за допомогою потенціометра ЗП значення напруги, що задає, швидкості, можна одержати ряд механічних характеристик електропривода з відносно високою твердістю й необхідною перевантажувальною здатністю АД.

Замкнений ЕП із частотним керуванням АД. Прикладом замкненого ЕП змінного струму із частотним керуванням може служити привод серії ЭКТ і є модифікації ЭКТ2. Ці ЕП забезпечують регулювання швидкості, струму і моменту двигуна за рахунок зміни частоти і напруги. Спрощена функціональна схема такого ЕП наведена на мал.11.31,а. Тут у якості силового перетворювача використовується тиристорний перетворювач частоти з ланкою постійного струму, що полягає з керованого випрямляча КВ і інвертора напруги ІН зі своїми схемами керування СКВ і СКІ. Між КВ і ІН включений силовий фільтр Ф, що забезпечує фільтрацію вихідної напруги КВ і необхідну циркуляцію реактивної енергії в силовій частині схеми.

Схема керування такого ЕП будується за принципом підлеглого регулювання координат і має два контури - внутрішній (струму) і зовнішній (напруги). Регулювання цих координат здійснюється пропорційно-інтегральними регуляторами струму РС інапруги РН по сигналах датчиків струму ДС і напруги ДН. При частотах нижче номінальної схема керування підтримує відношення напруги до частоти постійним, а при частотах вище номінальної напруга залишається незмінним, що забезпечується підсилювачем - обмежником ПО.

Перетворювач частоти забезпечує робочі діапазони зміни частоти 5...80Гц при номінальній частоті 50 Гц і 15...240 Гц при номінальній частоті 200 Гц. Діапазон регулювання напруги становить 0...380 В. Серія ЭКТ2 випускається на потужності від 16,5 до 263,5 кВт. КПД цих ЕП лежить у межах 85...96%.

Зразковий вид механічних характеристик такого ЕП при різних сигналах, що задають, швидкості показаний на мал. 11.31,б.

ЕП цієї серії можуть забезпечувати гальмування з рекуперацією (віддачею) енергії в мережу. У цьому випадку силова частина ЕП доповнюється введеним в мережу інвертором, а в позначенні ЕП з'являється буква Р (ЭКТР і ЭКТ2Р).

Крім перерахованих елементів схема керування серії ЭКТ містить ряд не показаних на ній пристроїв, що забезпечують одержання необхідних статичних і динамічних характеристик ЕП, наприклад підсилювач сигналу задатчика інтенсивності ЗИ й пристрій усунення коливань.

Для підвищення надійності роботи ЕП у схемі передбачається ряд захистів і сигналізацію. Однією з основних є захист по струму. Якщо споживаний ЕП струм з мережі перевершує струм уставки, рівний 3I_ном, то система захисту забезпечує зняття керуючих імпульсів з тиристорів інвертора напруг і одночасне відкриття тиристорів спеціального вузла силового струмообмеження, включеного паралельно силовому фільтру Ф. Завдяки цьому конденсатор фільтра розрядиться через дроселі, що у свою чергу захистить тиристори ІН від пробою.

Крім того, у схемах серії ЭКТ передбачені захисти від коротких замикань, зниження живлячої напруги нижче 0,85 U_ном, обриву фази, припинення примусової вентиляції тиристорів і теплова.

Замкнена схема імпульсного регулювання швидкості АД за допомогою резистора в ланцюзі ротора.У схемі ЕП (мал. 11.32) з імпульсним регулюванням опору в ланцюзі випрямленого струму ротора для одержання твердих характеристик використовується негативний зворотний зв'язок по швидкості двигуна. Схема працює в такий спосіб. У роторний ланцюг АД включене некерований трифазний випрямляч В, до виходу якого підключений резистор R_2д. Паралельно резистору включений керований ключ К (комутатор). Керування цим ключем походить від широтно-імпульсного модулятора ШІМ, на вхід якого надходять сигнали завдання U_зш і зворотного зв'язку U_зз по швидкості. При вступі на вхід блоку ШІМ сигналу помилки U_к= U_зш - U_зз він починає генерувати імпульси керування, які за допомогою схеми керування ключем СКК розподіляються по тиристорах ключа К, викликаючи періодичне включення та закорочення резистора R_2д.

Рис 11 32

Принцип одержання твердих характеристик ЕП відповідає розглянутому вище механізму дії зворотного зв'язку по швидкості і полягає в наступному. Допустимо, що АД працює в режимі, що встановився, при відповідній шпаруватості ключа К, тобто при відповідному еквівалентному опорі ланцюга ротора. Нехай з якихось причин відбулося збільшення моменту навантаження АД, у результаті чого починає знижуватися його швидкість. Тоді сигнал керування почне підвищуватися, що викличе збільшення шпаруватості в роботі ключа К і зменшення еквівалентного опору в ланцюзі ротора R_2екв = (1 - γ) R_2д. Це, у свою чергу, приведе до збільшення струму в роторі і моменту АД, а виходить, до припинення зниження швидкості, що відповідає одержанню твердих характеристик ЕП. Для забезпечення регулювання (обмеження) струму та моменту двигуна дану схему необхідно доповнити контуром регулювання струму. У цьому випадку механічні характеристики будуть мати вертикальні ділянки, відповідні до заданого рівня обмеження струму і моменту.