книги / Электропривод, электрооборудование и основы управления

Получается напряжение, имеющее переменную и постоянную состав­ ляющие. Этот сигнал несет информацию об угле сдвига, т. е. о фазе, поэтому он называется фазонесущим U$M;

фазоиндикатор ФИ — вырабатывает на основе сигнала Uф.н им­ пульс напряжения t/и, имеющий определенную амплитуду и фазу, т. е. сдвиг относительно синхронизирующего сигнала на некоторый угол а.

Рассмотрим принципиальную схему ФСУ (рис. ЗЛО, б). Сетевое напряжение Uc является синхронизирующим сигналом Uc.о После трансформации сигнал Un.с и сигнал Uп.у, полученный на выходе ПУС, суммируются, т. е. выходы этих преобразователей соединяются последовательно. На рис. 3.10, в изображены синусоидальный сигнал U„.о, а также два сигнала U„.у. Если сигнал U„.у положительный, то при сложении его с Ua.с получим кривую С/ф.н, а если отрицательный, то — кривую U%.» Отметим, что точка прохождения этих кривых через нуль сдвигается вдоль горизонтальной оси.

Транзистор Т питается от источника постоянного тока Un. Когда напряжение С/ф.н, подаваемое между базой и эмиттером, положи­

циал и транзистор открывается. Ток / кол резко возрастает, т. е. кратковременно ток в обмотке трансформатора и>Кол будет изменяю­ щимся, следовательно, на вторичной обмотке и^ых будет наводиться кратковременный импульс напряжения U№ Если сигнал Un.у поло­ жительный, то импульс перемещается вправо, т. е. фаза его увели­ чивается (рис. 3.10, в), если сигнал U„.у отрицательный, то точка прохождения через нуль смещается влево и фаза импульса умень­ шается. Таким образом можно изменять угол а .

В другой вторичной обмотке w0.с также наводится импульс на­ пряжения, который складывается с Uф.н и помогает быстрее откры­ вать транзистор. Такая обратная связь позволяет получать больший сигнал Uи. Резистор Л КОл ограничивает ток коллектора, а диод Д позволяет замыкаться ему через R-K0л в момент запирания транзи­ стора. Этим самым исключается возможность пробоя обмотки и» код от перенапряжения, возникающего в момент резкого снижения тока коллектора до нуля. Резистор R ynp ограничивает входной ток фазо­ индикатора. При закрывании транзистора возникает импульс U„ обратной полярности, но он не нужен для работы и впоследствии будет «срезан» выпрямителем.

62

форматора 777, заряжает конденсатор С через R1, Д1, Д2, R2 х - указанной на схеме полярностью. При этом ток в обмотках импульс­ ного трансформатора (ТИ) отсутствует благодаря запирающему действию диода Д2 и коммутирующего тиристора ТК.

При включении тиристора Т импульсом с ФСУ конденсатор С разряжается. Кратковременно протекает разрядный ток через Т, ТК, вторичную обмотку ТИ, ДЗ. Он образует импульс напряжения Uи.г на вторичной обмотке ТИ, который подается на управляющий электрод силового тиристора.

§3.5. Инвертирование напряжения и преобразование частоты

Спомощью тиристоров можно не только преобразовывать пере­ менный ток в постоянный, но и, наоборот, инвертировать постоянный ток в переменный. Это вызвано необходимостью получения регули­ руемой частоты для питания асинхронных двигателей.

На вход трехфазного инвертора (рис. 3.12, а) подается постоян­ ное напряжение, обычно после выпрямителя, работающего от сети промышленной частоты 50 Гц. На выходе желательно получить синусоидальное трехфазное напряжение (рис. 3.12, б). Условимся считать ток положительным, если он направлен от инвертора к на­ грузке. На отрезке оси времени аб ток в фазах А и С должен быть положительным, а на фазе В — отрицательным (под диаграммой

запишем дробь АС /В). Для этого нужно открыть тиристоры 77—ТЗ. На отрезке бв ток в фазе А положителен, а в В и С — отрицателен (А/СВ). Следовательно, должны быть открыты тиристоры Т2—Т4, в следующий интервал времени — тиристоры ТЗ—Т5 и т. д. по возраста­ нию их номеров.

Несинусоидальность напряжения является существенным недо­ статком, однако включение дросселя и конденсаторов в значительной степени подавляет высшие гармоники. Рассмотренная схема дает общее представление о принципе построения преобразователей час­ тоты с явновыраженным звеном постоянного тока, но возможны и другие способы инвертирования.

Если изменять ширину импульсов, часто следующих друг за другом (рис. 3.13, а), то можно добиться синусоидального изменения среднего значения напряжения. Такой способ называют широтноимпульсным регулированием (ШИР). Возможно частотно-импульс­ ное регулирование (ЧИР), когда ширина импульсов остается неиз­ менной, а интервалы их следования подчиняются синусоидальному закону (рис. 3.13, б). Эти способы позволяют регулировать частоту синусоиды от нуля до любого значения, но частота следования импульсов должна быть в шесть раз и более выше частоты инверти­ рованного напряжения. Функцию регулирования выходной частоты выполняет система управления инвертором, а регулирование выход­ ного напряжения обеспечивается системой управления выпрями­ телем.

Кроме инверторов с промежуточным звеном постоянного тока применяют преобразователи частоты с непосредственной связью.

63

Изменяя угол открывания тиристоров, будем регулировать сред­ нее значение каждого из этих пролупериодов и тогда получим ампли­ тудную модуляцию. Затем переходим к участку бв. Открываем группы A, Z, Y. Ток в фазе А будет протекать в положительном

ит. д., согласно диаграмме (см. рис. 3.12, б).

Врассматриваемой схеме (см. рис. 3.13, а) дроссели используют для ограничения вредных уравнительных токов, имеющих место в те короткие промежутки времени, когда тиристоры одной группы еще не закрылись, а другой уже открылись. Изменяя последовательность открывания тиристорных групп, получим обратное чередование фаз на нагрузке и, следовательно, реверсирование асинхронного двигателя.

Непосредственные преобразователи частоты обеспечивают регули­ ровку частоты почти от нулевого значения, дают хорошую форму кривой напряжения, могут иметь значительную мощность (несколько тысяч киловатт).

Общим недостатком всех способов управления тиристором яв­ ляется несинусоидальность напряжения на нагрузке. Наличие выс­ ших гармоник тока и напряжения отрицательно сказывается на энергетических и регулировочных показателях асинхронных двига­ телей: снижаются критический момент и скорость, возрастают поте­ ри. Это связано с тем, что кроме поля прямой последовательности в статоре возникает поле обратной последовательности, создающее в роторе момент обратного направления и добавочные токи в об­ мотках двигателя.

§ 3.6. Силовые тиристорные элементы

Существует множество схем включения тиристоров в силовую цепь электродвигателей. Часто тиристоры сочетаются с вентилями, конденсаторами, дросселями и т. д. Рассмотрим некоторые из схем.

Встречно-параллельный симметричный тиристорный элемент (СТЭ) позволяет включать и выключать трехфазную нагрузку, регулировать переменное напряжение, вводить постоянную состав­ ляющую тока в одно- и трехфазных цепях (рис. 3.15, а, б).

Вентильно-тиристорный элемент (ВТЭ) дает возможность регули­ ровать только один полупериод переменного напряжения (рис. 3.15, в) . При закрытом тиристоре образуется однополупериодное выпрям­ ление. Можно включать ВТЭ в цепь статора асинхронного двига­ теля как между сетью и обмоткой, так и в рассечку нулевой точ­ ки (рис. 3.15, г, д).

Симистор выполняет те же функции, что и встречно-параллель­ ный СТЭ, но свойство пропускать ток в обе стороны сконцентриро­ вано в одном приборе (рис. 3.15, е), что уменьшает размеры устрой­ ства, управляющего работой электродвигателя.

Треугольный тиристорный элемент (ТТЭ) обеспечивает замыкание трех линий в одну точку при открытых тиристорах (рис. 3.15, ж ). Его применяют при соединении обмоток статора асинхронного дви­

гателя в звезду. Если тиристоры закрыть, то обмотки окажутся разомкнутыми и двигатель остановится (рис. 3.15, г, е).

Трехфазный тиристорный короткозамыкатель (ТТК) состоит из трехфазного выпрямителя и тиристора (рис. 3.15, з). Он выполняет ту же функцию, что и ТТЭ, но использует только один тиристор, обеспечивающий одновременное отключение всех фаз. Недостаток ТТЭ: требуется специальная схема запирания (принудительная ком­ мутация) .

чим реверсирование двигателя. Кроме того, изменяя угол а , можно регулировать напряжение на якоре и его скорость. При открытых обеих группах в якоре протекает результирующий ток / рсэ = / j —/ 2. Если связать силу тока /, с каким-нибудь одним параметром нагруз­ ки, а /2— с другим, то получим регулирование скорости двигателя с учетом двух факторов, например массы кабины лифта и требуемой скорости ее движения.

§ 3.7. Контактное управление тиристорами

Если силовые тиристорные элементы предназначены для простого включения, отключения двигателя или его торможения, то рацио­ нально применять достаточно простые и надежные схемы управле­ ния. Они основаны на использовании анодного напряжения для формирования отпирающих импульсов. Угол открывания в этих схе­ мах не регулируется или регулируется в небольшом диапазоне. Принцип такого управления рассмотрим на примере однофазногс тиристорного элемента (рис. 3.17, а).

66

На рис. 3.18, а, б показаны примеры упрощенных схем, дающих возможность наиболее экономичным способом управлять тиристо­ рами в цепях постоянного тока. Чтобы открыть тиристор, на управ­ ляющий электрод подается сетевое напряжение через резистор R ynp> диод Д и замкнутый контакт К. Когда мгновенное напряжение увеличивается до значения Uот* тиристор открывается, падение напряжения АС/ на нем уменьшается почти до нуля. Ток управления через диод прекращается, получается импульс. Отметим, что для открывания тиристора в одних случаях (рис. 3.18, а) контакты К нужно замкнуть, а в других (рис. 3.18, б) — разомкнуть.

На рис. 3.18, в показана схема управления асинхронным двига­ телем. К управляющим электродам тиристоров через диоды Д1 и Д2 прикладывается выпрямленное напряжение от вершин тиристорного треугольного элемента АВС. Вершины являются эквипотенциальными точками в периоды проводимости любых двух тиристоров. Поэтому напряжение управления существует в те узкие периоды времени, когда включен один из трех тиристоров. При замкнутых контактах К создается трехфазная система однополярных импульсов, воздей­ ствующих на ТТЭ. Если выключатель разомкнуть, то сигналы пре­ кращаются и тиристоры запираются при прохождении тока через нуль. Двигатель отключается. Группы диодов Д1 и Д2 позволяют создать участок выпрямленного тока, куда можно установить рео­ стат R рег для регулировки угла открывания и выключатель К.

На рис. 3.18, г представлена схема управления вентильно-тирис­ торными элементами, образующими звезду в статорной обмотке электродвигателя. При нажатии кнопки КнП вспомогательный тиристор ВТ открывается и подает импульсы, снимаемые с нулевой точки обмотки статора, на управляющие электроды через регули­ ровочный реостат R p„ и диоды Д2. Резистор R l ynp необходим для поддержания тиристора ВТ в открытом состоянии при разомкнутой

68

кнопке КнП. Дело в том, что открывающие импульсы, снимаемые с нулевой точки обмотки статора, узки и при размыкании кнопки КнП вспомогательный резистор ВТ может отключиться. Чтобы этого не произошло, необходимо создать путь для поддержания анодного тока. Резистор R l ynp с трехфазным выпрямителем создает удержи­ вающую цепь, аналогичную блокировочным контактам, шунтирую­ щим кнопку КнВ в схеме магнитного пускателя (см. рис. 2.30, а). Резистор R 2ynp ограничивает ток управления. Резистор R peri как и в предыдущей схеме, является регулировочным, обеспечивающим изме­ нение угла открывания в небольшом диапазоне (а = 30+50°).

§ 3.8. Логические операции и логические функции

Для управления электродвигателями требуются весьма сложные схемы. В их задачу входит не только запускать, останавливать двигатель или регулировать его скорость, но и определять момент включения, длительность работы, закон изменения скорости, величи­ ну ускорения, время торможения и др. В некоторых случаях в схему управления включают вычислительные устройства или даже целые вычислительные комплексы. Например, управление электродвигате­ лями прокатных станов, мощных экскаваторов, металлорежущих станков по обработке деталей сложного профиля осуществляется специальными цифровыми вычислительными машинами. Основой этих схем управления являются логические элементы — устройства, осуществляющие определенную связь между входными и выход­ ными величинами. Элементарный логический элемент имеет два вхо­ да и один выход. Сигналы на них дискретны, т. е. принимают одно

дискретными. Работа таких устрйств анализируется с помощью по­ нятий булевой алгебры — алгебры логики.

Основные положения алгебры логики. Логической переменной называют входную величину, которая может принимать только два противоположных значения: х = 1 или л: = 0. Логической функцией называют зависимость выходной величины от входных, и сам выход­

совершает логический элемент с логическими переменными в со­ ответствии с логической функцией. Значения 1 и 0 взаимно про­

= 1, 1 + 1 = 1.

69

При преобразовании формул алгебры логики сначала выпол­ няют операции инверсии, затем умножения, сложения и затем все остальные. Рассмотрим основные логические операции.

Дизъюнкция (логическое сложение, ИЛИ). Наиболее наглядной формой задания логической функции является таблица истинности (табл. 3.1) для логической функции двух переменных:

и х2 = 0, то у = 0. Это означает, что сигнал на выходе будет отсутст­ вовать, если нет сигналов на входе. Если хотя бы на одном из входов сигнал есть, то и на выходе он тоже есть.

Дизъюнкция выполняется элементом ИЛИ (дизъюнктором). Конъюнкция (логическое умножение, И ). На выходе элемента

70