Преобразователь частоты серии ПТЧКШ

Преобразователи служат для управления асинхронными двигателями мощностью 0,55/2,2 кВт. Преобразователи первого типа имеют выходные номинальные частоты 50 и 100 Гц, а вторые -200, 300, 400,600,800,1200,1600,1920,2400 и 3200 Гц. Диапазон плавного регулирования частоты вращения ПЧ-4-200 ( см. каталог « Преобразователь частоты ПЧ-4-200У4 ЛК 05.09.04 – 79 » составляет 1:10 вниз и 2:1 вверх от номинальной величины. В обозначение преобразователей входят: номинальная выходная мощность (кВА) и максимальная частота (Гц). Преобразователи частоты ПЧ-4-200 и ПЧ-3,5-200 (см. каталог «Преобразователь частоты ПЧ-3,5-3000У4 ЛК 05.73-02-80») обеспечивают следующие технические характеристики. Частотный пуск от преобразователя ПЧ-4-200 при суммарном моменте инерции, приведенном к валу двигателя и равном полуторакратному моменту инерции двигателя, и статическом моменте нагрузки, равном половине от номинального, происходит за время не более 6 с (до максимальной частоты). Частотный пуск ненагруженных электрошпинделей от преобразователя ПЧ-3,5-3200 происходит за 8с до номинальной частоты, частотное торможение – за время не более 5с в первом случае и 8с во втором. Отклонение частоты вращения при колебаниях момента нагрузки от нуля до длительно допустимой величины составляет не более ±5% от установленного значения для диапазона частот 0,2-2 от номинальной (преобразователь ПЧ-4-200). Отклонение выходной частоты от установленной равно не более 2% при колебаниях тока нагрузки, температуры окружающего воздуха и напряжения питающей сети (ПЧ-3,5-3200). Выходное номинальное напряжение преобразователей 220 В.

В течение 60 с. допускается следующая кратность перегрузки по току: 1,2 (преобразователь ПЧ-4-200) и 1,25 (ПЧ-3,5-3200). Преобразователь ПЧ-4-200 может управлять сменными электродвигателями 4А, 4АП на 50 Гц или 4АШ на 100 Гц, а ПЧ-3,5-3200 – электрошпинделями на номинальные частоты, указанные выше. Так как двигатели единой серии 4А самовентилируемые, то с регулированием частоты вращения вниз от номинальной снижается длительно допустимый по нагреву момент. Кроме того, уменьшается упомянутая выше величина момента двигателя из-за потерь, обусловленных несинусоидальностью выходного напряжения преобразователя. Преобразователи ПЧ-4-200 позволяют реверсировать двигатели. Преобразователя ПЧ-4-200 и ПЧ-3,5-3200 выполнены по схеме с промежуточным звеном постоянного тока рис. 3.32 и содержат управляемый выпрямитель (УВ) и автономный инвертор напряжения (ИН) с обратным мостом (ОМ), а также сглаживающий фильтр (Ф), состоящий из дросселя и конденсатора . Кроме того, имеются ограничитель напряжения, короткозамыкающий тиристор, устройства защиты, органы управления и сигнализации. На входе преобразователя находятся автоматический выключатель и силовой понижающий трансформатор.

Выпрямитель на оптронных тиристорах выполнен по трехфазной полууправляемой схеме. Тиристоры одной группы ( их аноды объединены между собой ) управляются по фазовому принципу. Тиристоры катодной группы управляются в режиме «включено-отключено» и служат для бесконтактного отключения преобразователя от сети при срабатывании различных защит. Параллельно тиристорам соединены защитные цепи, состоящие из последовательно включенных резистора и конденсатора.

Трехфазный мостовой инвертор состоит из шести транзисторных ключей. Длительность проводимости ключей по 180 эл. Градусов. Транзисторный ключ представляет собой семь параллельно соединенных транзисторов типа КТ812А и один упраляющий ими транзистор того же типа. Последовательно с эмиттерами силовых транзисторов включены уравнительные резисторы (см. рис. 60,а). В ключ входит вентиль обратного моста и цепочка из конденсатора, диода и резистора, соединенная параллельно транзисторам. Работа инвертора соответствует описанию, представленному выше, в разделе преобразователей частоты.

Каждый канал системы фазового управления выпрямителем (СУВ) (3) содержит интегратор, на входе которого алгебраически суммируются управляющее и синхронизирующее напряжения. Последнее пропорционально линейному напряжению сети. Во время отрицательного полупериода напряжения сети суммированное напряжение интегрируется. Во время положительного полупериода положительное напряжение интегратора снижается и при достижении им нуля срабатывает компаратор. В этот момент вырабатывается импульс на отпирание тиристора. Фаза импульса зависит от величины . На тиристоры нерегулируемой группы подаются импульсы длительностью 120 эл. градусов.

На рис.3.32 даны схемы системы управления инверторами (СУИ0 преобразователей ПЧ-4-200 и ПЧ-3,5-3200. Распределитель импульсов (РИ) преобразователя ПЧ-3,5-3200 построен по кольцевой пересчетной схеме на триггерах. РИ имеет на выходе шестифазную систему импульсов длительностью по 180 эл. градусов. Регистр, построенный на триггерах, выдает систему импульсов, сдвинутых на интервал тактового импульса относительно импульсов РИ. Этот сдвиг обеспечивает коммутационную паузу между двумя ключами противоположной полярности каждой фазы инвертора. Переключатель диапазонов (ПД) преобразователей обоих типов изменяет частоту ЗГ в соответствии с положением переключателя номинальных частот и формирует тактовые импульсы (ФТИ) (время тактового импульса равно интервалу коммутационной паузы между выключением одного и включением другого транзисторного ключа фазы инвертора). Блок управления инвертором преобразователя ПЧ-4-200 (рис3.50), кроме описанных уже узлов, содержит следующие. Ведущий распределитель импульсов (ВРИ) формирует шестифазную систему импульсов длительностью 180 эл. градусов. Коммутатор импульсов распределителя переключает импульсы двух фаз в прямой или обратной последовательности по команде узла реверса. Ведомый распределитель импульсов формирует последовательности импульсов, сдвинутые на интервал тактового импульса относительно импульсов ВРИ и коммутатора импульсов распределителя. Узел реверса сохраняет команду «Вперед» или «Назад», подает сигнал к пуску, а в случае реверса следующую последовательность сигналов: торможение, изменение чередования фаз инвертора и разгон в новом направлении. При срабатывании любой из защит при включении преобразователя (обоих типов) на формирователи импульсов выходных усилителей (ВУ) поступает запрещающий сигнал.

Рассмотрим работу общей системы управления преобразователем начнем с органов управления (ОУ). Переключатели выбирают величину номинальной частоты и заданной частоты вращения. Кнопки управляют пуском в прямом или обратном направлении(ПЧ-4-200), с частотным торможением или остановом без торможения.

Рис.3.32. Схема управления инвертором.

Логическое устройство (ЛУ)в соответствии с командами кнопок и устройств защиты управляет режимами работы преобразователя. Логическое устройство включает в себя триггеры пуска, защиты и торможения. Режим «Включено» имеет место после включения вводного автомата или при воздействии на кнопку «Стоп» либо в результате завершения процесса торможения. При этом триггер пуска (ТП) имеет состояния выходов 0/1, триггер защиты (ТЗ)-1/0, а триггер торможения (ТТ) – произвольное. В результате воздействия на кнопку «Пуск» (ПЧ-3,5-3200) или «» Вперед либо «Назад» (ПЧ-4-200) логическое устройство непосредственно (ПЧ-3,5- 3200) или через узел реверса СУИ ( ) переключается в состояние «Работа». При этом триггер пуска переходит в положение 1/0, а триггер торможения – 0/1. после нажатия кнопки «стоп» или срабатывания защиты ЗПР

Триггер ТП переходит в положение 0/1. Схема переходит в режим «Выключено». Если оператор воздействовал на кнопку «Торможение» , то устройство переключается в режим «Торможение», а триггер торможения в положение – 1/0. После завершения торможения триггер пуска переходит в положение 0/1, соответствующее режиму «Выключено».

В случае срабатывания одной из защит (ЗКЗ, ЗСН, ЗНЧФ или ЗПР) устанавливается состояние триггера ТЗ-0/1 и после воздействия на кнопки «Вперед» или «Назад» преобразователь не переходит в режим «Работа». После ликвидации причины, приведшей к включению устройства защиты, необходимо нажать кнопку «Стоп», в результате чего схема переходит в исходное состояние. Кроме того, логическое устройство управляет лампами сигнализации. Указанным выше режимам соответствуют следующие состояния ламп: «Включено» - лампа «Работа» горит в полнакала; «Работа» - лампа горит непрерывно; «Аварийное отключение»- лампа «Работа» мигает. Преобразователь имеет реле (К1), контакт которого подает сигнал в схему электроавтоматики станка о включенном состоянии преобразователя. Задатчик управляющего напряжения (ЗУН) формирует управляющее напряжение, пропорциональное заданной частоте (частоте вращения), плавное повышение или снижение этого сигнала при разгоне, регулировании и торможении. Последнее обеспечивается задатчиком интенсивности (интегратором). При аварийном отключении или остановке кнопкой «Стоп» управляющее напряжение снимается .

Система автоматического регулирования напряжения преобразователя ПЧ-3,5-3200 построена по принципу пропорционально-интегрального регулятора. Кроме управляющего напряжения (от задатчика ЗУН) на вход усилителя регулятора напряжения (РН) приходит сигнал обратной связи по напряжению выпрямителя от датчика напряжения (ДН). На один из входов усилителя регулятора напряжения преобразователя ПЧ-4-200 подается дополнительно через дифференцирующую цепочку. Регулятор ПЧ-4-200 кроме стабилизации подавляет автоколебания. Регулятор напряжения обеспечивает ограничение выходного напряжения преобразователя на уровне номинального при повышении частоты выше номинальной.

В схеме преобразователя ПЧ-3,5-3200 предусмотрена компенсанция падения выходного напряжения на силовых элементах (дросселе и транзисторах). Для этого усилитель устройства токовой коррекции (УТК) автоматически обеспечивает увеличение управляющего напряжения на 2%. Входной сигнал на усилитель подается с шунта датчика тока (ДТ), измеряющего ток инвертора. В преобразователе ПЧ-4-200 компенсируется также падение напряжения в сопротивлении статора. В этом преобразователе имеется положительная токовая обратная связь, воздействующая на канал частоты (задающий генератор в СУИ0.

Ограничитель напряжения (ОН) содержит резистор и транзисторный ключ . Он включается при уменьшении частоты в режимах торможения и регулирования ее вниз (подтормаживание), при сбросе нагрузки и выключении инвертора в случаях срабатываний защит и отключений преобразователя. Транзисторный ключ включается в импульсном режиме. В резисторе рассеивается энергия торможения двигателя. Устройство управления ограничителем напряжения (УОН) содержит компаратор, который срабатывает при превышении выходным напряжением уровня 1,1 от установленного значения.

Преобразователь содержит несколько устройств защиты. Одно из них – от перегрузки по току и короткого замыкания на выходе преобразователя, и, кроме того, от аварии в инверторе (ЗКЗ). Сигнал с шунта, измеряющего ток инвертора, поступает на компаратор. При превышении током установленной величины срабатывает компаратор. Устройство защиты от недопустимого снижения напряжения или обрыва фазы питающей сети (ЗСН) содержит датчик напряжения сети (в виде делителя из резисторов). При снижении напряжения сети от номинальной величины на 15-20% или при обрыве фазы сети переключается логический элемент, что происходит практически без запаздывания. После срабатывания логического элемента система управления преобразователя еще некоторое время получает питание, так как ее источники питания имеют конденсаторные фильтры

В результате срабатывания одной из описанных выше защит включается короткозамыкающий тиристор (КЗ). Благодаря этому сокращается время протекания чрезмерного тока через силовые транзисторы инвертора, которые шунтируются указанным тиристором. Образуется короткозамкнутая цепь на выходе выпрямителя и срабатывает автоматический выключатель. Происходит аварийное отключение преобразователя.

В устройство защиты от неправильного чередования фаз (ЗНЧФ)(см. рис.73,в) поступают сигналы с детекторов полярности фаз В и С (ДВ и ДС). Формирователь импульсов (ФИ) формирует из сигнала фазы В короткий импульс. При неправильном чередовании этот импульс совпадает с импульсом следующей фазы и триггер защиты логического устройства переключается в аварийное состояние.

Имеется защита от обрыва резистивного задатчика (ЗОЗ). При её срабатывании триггер торможения логического устройства переходит в положение, равнозначное режиму торможения. При выходе из строя транзисторов ограничителя напряжения могут перегреться резисторы, соединенные последовательно с ними. В этом случае увеличиться сопротивление терморезистора, соединенного последовательно с кнопкой «Стоп». Это –устройство защиты от перегрева резисторов (ЗПР).

Блок питания (БП) содержит трансформатор, выпрямители и стабилизаторы напряжения +15 и -15 В. Вторичные обмотки используют для синхронизации с сетью системы фазового управления выпрямителем и питания формирователей импульсов управления инвертором.