Автоматизация шлифовального процесса путем разработки автоматической системы управления регулируемым натягом (стр. 10 из 18)
В настоящее время большое распространение получили статические ПЧ. Названные так, потому, что в них используются не имеющие движущихся частей элементы и устройства, такие, как полупроводниковые приборы, реакторы, конденсаторы и т. д. Использование статических ПЧ позволило повысить технико-экономические показатели регулируемого частотного ЭП за счет увеличения его КПД и быстродействия, устранения шума и упрощения обслуживания. Статические ПЧ подразделяются на две группы: без с непосредственной связью питающей сети и нагрузки и с промежуточным звеном постоянного тока.
3.7.2 Преобразователи без звена постоянного тока
Упрощенная функциональная схема ПЧ без звена постоянного тока (рис.3.7).состоит из силовой части 3, с которой связан асинхронный двигатель 4, и блока 2 управления. С помощью указанных блоков осуществляется преобразование электрической энергии переменного тока стандартных напряжений U1 и частоты f1 в энергию переменного тока с регулируемыми напряжением Uрег и частотой fper.
Рис 3.7.. Блок-схема ПЧ с непосредственной связью
Силовая часть 3 выполняется на базе полупроводниковых приборов (тиристоров или транзисторов), управляемых сигналами с блока 2.
Одна из распространенных тиристорных схем трехфазного ПЧ (НПЧ) состоит из трех одинаковых комплектов 2—4 тиристоров (рис.3.8), обеспечивающих питание обмоток статора АД zа,zв,zс.
Рис.3.8. Схема трехфазного НПЧ
Каждый из трех комплектов содержит шесть тиристоров, три из которых анодами подсоединены, а три других катодами к вторичным обмоткам трансформатора 1. В схеме нулевая точка трансформатора 1 соединена с общей точкой трехфазной обмотки статора, поэтому схема называется нулевой. Каждая фаза этой схемы работает независимо от остальных, поэтому ее действия можно рассмотреть работу одной из фаз, например А, управляемую группой 2 тиристоров VS1 — VS6.
Фазные напряжения на вторичных обмотках трансформатора 1 изменяются по синусоидальному закону (рис.3.9, а), а нагрузка имеет активный характер (если нагрузкой является АД, то ее характер будет активно-индуктивный),
Если тиристоры VS1 — VS6 закрыты (управляющие импульсы от блока управления на них не подаются). В этом случае все напряжение с выхода трансформатора прикладывается к закрытым тиристорам и напряжение на статоре равно нулю.
Рис 3.9 Графики напряжений сети на входе (а) и на выходе (б, в) НПЧ
Подавая от блока управления импульсы на тиристор VS1 в момент времени t1, на VS2- в момент t2 наVS3—в момент t3. Так как в эти моменты времени потенциалы анодов тиристоров более высокие, чем катодов, то они откроются и к фазе статора будет приложено напряжение, представляющее собой положительные участки трех синусоид вторичных напряжений трансформатора Ua, Ub и Uc (рис.9.б). Если снять управляющие импульсы с VS1- VS3 и подать импульсы на тиристоры VS6, VS4 и VS5 в моменты t5, t6, t7, то на нагрузке также образуется напряжение в виде участков синусоид, но уже противоположной полярности. При поочередном открытии тиристоров VS1—VS3 и VS4— VS6 в указанном порядке кривая Uрег будет периодически повторяться. Таким образом, к фазе обмотки статора подводится напряжение переменного тока с периодом Tрег и частотой fper=l/Tper.
Период Трег этого напряжения больше, чем период сетевого напряжения T1, частота напряжения на статоре АД fрег меньше, чем частота питающего напряжения f1. Соотношение между этими величинами для трехфазной схемы
Tрег=Т1(3+2(h-1))/3,
где h = 2, 3,...— число открываемых тиристоров в группе. Из этого следует, что ПЧ без звена постоянного тока с непосредственной связью питающей сети и нагрузки может обеспечивать регулирование частоты на статоре f1 АД только в сторону ее уменьшения по сравнению с сетевой. Плавность и расширение диапазона регулирования частоты на выходеПЧ достигается введением паузы Dtрег между моментом снятия импульсов управления с тиристоров VS1 — VS3 и подачей их на тиристоры VS4—VS6.
3.7.3 Преобразователи со звеном постоянного тока
Схема ПЧ со звеном постоянного тока состоит из двух основных блоков: управляемого выпрямителя 2 (рис.3.10) и управляемого инвертора 3 с блоками 1 и 5 управления.
Рис.3.10 Схема ПЧ со звеном постоянного тока
Напряжение сети U1 стандартной частоты f1 подается на вход управляемого выпрямителя 2, преобразующего переменное напряжение U1 в постоянное Е0. Это напряжение можно регулировать в широких пределах с помощью блока управления. Выпрямленное и регулируемое напряжение E0 подается на вход инвертора 3, который преобразует напряжение постоянного тока Е0 в трехфазное напряжение Uрег регулируемой частоты fрег, которое подается на двигатель 4. Частота выходного напряжения fрег инвертора регулируется блоком 5 управления в функции сигнала управления Uy.1
3.8 Управляемые инверторы
В частотно-управляемом асинхронном ЭП применяются., различные инверторы, отличающиеся видами коммутации тиристоров, схемами их соединения, способами регулирования напряжения на АД.
В зависимости от способа коммутации тока тиристоров инверторы делятся на ведомые сетью и автономные. В инверторах, ведомых, сетью (их еще называют зависимыми инверторами), коммутация тока с тиристора на тиристор обеспечивается напряжением переменного тока источника питания.
В автономных (независимых) инверторах для коммутации тока используются дополнительные элементы—тиристоры, диоды, конденсаторы и катушки индуктивности.
Автономные инверторы делятся на инверторы напряжения и тока. Автономные инверторы напряжения (АИН) подключаются к источнику напряжения, например управляемому выпрямителю, на выходе которого включен конденсатор большой емкости. АИН имеет жесткую внешнюю характеристику, т. е. с изменением тока нагрузки напряжение на его выходе практически не изменяется. Вследствие этих свойств, при использовании АИН управляющими воздействиями на двигатель являются частота и напряжение.
Питание автономных инверторов тока (АИТ) осуществляется от источника тока, например управляемого выпрямителя, к выходу которого подключается реактор большой индуктивности. При использовании АИТ управляющими воздействиями на АД являются частота и ток статора.
Каждый из видов автономного инвертора имеет в частотно управляемом асинхронном ЭП свою область применения. Для АИН характерны практическая независимость выходного напряжения от режима работы АД, что обусловливает его предпочтительное использование в разомкнутых асинхронных ЭП, а также при управлении группой регулируемых АД. Недостатками ПЧ с АИН являются использование конденсаторов на их входе большой мощности, массы и габаритов; большое количество тиристоров и Коммутирующих элементов; введение в схему ПЧ для обеспечения рекуперации энергии в сеть дополнительного ведомого сетью инвертора.
ПЧ с АИТ по отношению к двигателю является источником переменного тока регулируемой частоты, что позволяет создать достаточно простые и быстродействующие асинхронные ЭП и определяет его предпочтительное применение для индивидуальных реверсивных ЭП, работающих в интенсивном повторно кратковременном режиме. К достоинствам ПЧ с АИТ относятся также отсутствие конденсатора на входе АИТ; возможность рекуперации активной энергии в сеть без усложнения схемы; относительно небольшое количество тиристоров и силовых диодов. Недостатком АИТ является необходимость включения входного реактора.
Регулирование выходного напряжения ПЧ может осуществляться несколькими способами. В ПЧ с непосредственной связью регулирование выходного напряжения осуществляется так же, как и в управляемых выпрямителях. Такое управление получило название фазового.
В ПЧ со звеном постоянного тока регулирование напряжения на нагрузке (статоре АД) производится или от специального регулятора напряжения, или самим инвертором.
Первый способ, в свою очередь, может быть реализован двумя путями—за счет использования управляемого выпрямителя (фазовое управление) или неуправляемого выпрямителя и размещаемого между ним и инвертором широтно-импульсного преобразователя (ШИП) (амплитудное регулирование напряжения). К достоинствам этого способа следует отнести широкий диапазон регулирования напряжения и возможность использования для любого типа инвертора.
Второй способ связан с совмещением функций регулирования частоты и напряжения в самом инверторе. Оно реализуется с помощью; сложных алгоритмов управления тиристорами и предусматривает использование широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
3.9 Схема управления параметрами системы
Рис.3. 11.: Схема ПЧ со звеном. постоянного тока и АИН
На рис.3.11 показана схема силовой части ЭП с асинхронным двигателем 3, в котором использован ПЧ со звеном постоянного тока и автономный инвертор 2 напряжения. В этой схеме на выходе управляемого выпрямителя 1 включены реактор фильтра l0 и конденсатор Со, обеспечивающий вместе с диодами VD7— VD12 циркуляцию реактивной мощности. Автономный инвертор 2 напряжения выполнен на тиристорах VS1 — VS6. Конденсаторы С и реакторы L вместе с диодами VD1—VD6 образуют цепи искусственной коммутации, обеспечивающие выключение тиристоров VS1— VS6 в нужный момент. Амплитуда напряжения на выходе инвертора регулируется изменением напряжения Е0 на его входе с помощью блока управления выпрямителем 1, а его частота fper определяется частотой коммутации тиристоров VS1—VS6, задаваемой блоком управления инвертором.