Разработка тиристорного электропривода постоянного тока

Введение

Электрический привод (ЭП) представляет собой электромеханическую систему, обеспечивающую реализацию различных технологических и производственных процессов в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте, коммунальном хозяйстве и в быту с использованием механической энергии. Назначение ЭП состоит в обеспечении движения исполнительных органов рабочих машин и механизмов и управлении этим движением. Другими словами, ЭП, являясь энергетической основой реализации технологических и производственных процессов, во многом определяет их качество, энергетические и технико-экономические показатели.

Научно-технический прогресс, автоматизация и комплексная механизация технологических и производственных процессов определяют постоянное совершенствование и развитие современного ЭП. В первую очередь это относится ко все более широкому внедрению автоматизированных ЭП с использованием разнообразных полупроводниковых силовых преобразователей и микропроцессорных средств управления. Постоянно появляются и новые типы электрических машин и аппаратов, датчиков координат переменных и других компонент, применяемых в ЭП.

Расширение и усложнение выполняемых ЭП функций, использование в них новых элементов и устройств, все более широкое включение ЭП в системы автоматизации технологических процессов требуют высокого уровня подготовки специалистов, занимающихся их проектированием, монтажом, наладкой и эксплуатацией. Они должны хорошо разбираться в основных физических процессах, протекающих в ЭП, знать назначение, устройство, принцип действия, свойства и характеристики их компонент, разбираться в схемах управления ЭП и уметь выбирать их элементы, а также определять технико-экономические показатели работы ЭП.

1. Регулирование координат электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения изменением напряжения якоря. Система «преобразователь - двигатель»

Данный способ широко используется для регулирования любых координат ЭП при высоких требованиях к показателям его качества. По этой причине до недавнего времени он являлся основным при создании регулируемых ЭП постоянного тока.

Реализация этого способа предусматривает питание якоря ДПТНВ от преобразователя, выходное напряжение которого регулируется по значению и может изменяться при необходимости по полярности. Поскольку основным источником питания ЭП служит сеть переменного тока, то таким преобразователем является управляемый выпрямитель (УВ).

Схема ЭП при питании якоря двигателя от УВ, получившая название система УВ - Д, показана на рисунке 1.

Здесь Е_п - ЭДС УВ;

R_п - внутреннее сопротивление УВ;

k_п = E_п/U_у - коэффициент усиления УВ,

где U_у - входной сигнал управления. Напряжение на выходе УВ вследствие наличия внутреннего сопротивления R_п определяется по формуле

U = Eп-IRп. (1)

и механической характеристики (3)

щ = U/(kФ)-MR/(kФ)² (3)

где R - сопротивление якоря двигателя. Ом;

Ф - магнитный поток, Вб;

U - подводимое напряжение, В;

k = pN/(2рa) - конструктивный коэффициент двигателя;

р - число пар полюсов;

N - число активных проводников обмотки якоря;

а - число параллельных ветвей обмотки якоря:

щ = Е_п/(kФ)-I(R_я+R_п)/(kФ) = щ-Дщ; (4)

щ = Е_п/(kФ)-М(R_я+R_п)/(kФ)² = щ-Дщ; (5)

Из (4) и (5) видно, что при изменении Е_п пропорционально изменяется скорость идеального холостого хода щ ₀, а искусственные характеристики 2. 8 (см. рисунок 1, б), оставаясь линейными и параллельными друг другу, имеют по сравнению с естественной характеристикой 1 ДПТНВ больший наклон из-за наличия сопротивления R_п в выражении для определения перепада скорости Дщ (отметим, что естественная характеристика 1 соответствует питанию двигателя от источника с нулевым внутренним сопротивлением). Характеристики располагаются во всех четырех квадрантах параллельно друг другу; при Е_п = 0 ДПТ работает в режиме динамического торможения.

Характеристики 2... 8 соответствуют следующим соотношениям ЭДС УВ: Е_п2 > Е_п3, > Е_п4; Е_а5 = 0; Е_п6 = - Е_п4; Е_п7 = - Е_п3; Е_п8 = - Е_п2.

Управляемый выпрямитель чаще всего выполняется в виде электромашинной системы «генератор - двигатель» (Г - Д) или системы «тиристорный преобразователь - двигатель» (ТП - Д).

Система «генератор - двигатель». В этой системе, схема которой показана на рисунке 2, якорь 4 двигателя непосредственно присоединяется к якорю 3 генератора, образующего вместе с приводным двигателем 1 электромашинный выпрямитель 2 трехфазного переменного тока в постоянный, вращающийся со скоростью щ_г. Регулирование напряжения на якоре двигателя происходит за счет изменения тока возбуждения генератора I_{в г} с помощью потенциометра 5, при этом изменяется ЭДС генератора Е_г и соответственно напряжение на якоре двигателя U. Регулирование напряжения в этой системе может сочетаться с воздействием на магнитный поток двигателя, что обеспечит двухзонное регулирование скорости.

Рисунок 2

Регулирование магнитного потока двигателя осуществляется изменением I_вд за счет включения в цепь обмотки 5 возбуждения двигателя резистора 6. В замкнутых ЭП питание обмотки 7 возбуждения генератора происходит от регулируемого источника постоянного тока, например полупроводникового УВ. Характеристики системы Г - Д соответствуют приведенным на рисунке 1, б.

Основными достоинствами системы Г - Д являются большой диапазон и плавность регулирования скорости двигателя, высокая жесткость и линейность характеристик, возможность получения всех энергетических режимов работы, в том числе и рекуперативного торможения. В то же время для нее характерны такие недостатки, как утроенная установленная мощность системы, низкий КПД, инерционность процесса регулирования скорости, шум при работе.

Система «тиристорный преобразователь - двигатель». Основным типом преобразователей, применяемых в настоящее время в регулируемых ЭП постоянного тока, являются полупроводниковые статические преобразователи и, в первую очередь, тиристорные. Они представляют собой управляемые реверсивные или нереверсивные выпрямители, собранные по нулевой или мостовой однофазной или трехфазной схемам. Определенные перспективы связаны с использованием в них силовых транзисторов, которые в настоящее время применяются в основном для импульсного регулирования напряжения в ЭП небольшой мощности.

Рисунок 3

Принцип действия, свойства и характеристики системы ТП - Д рассмотрим на примере схемы, приведенной на рисунке 3, а, в которой использован однофазный двухполупериодный нереверсивный тиристорный выпрямитель, собранный по нулевой схеме.

Управляемый выпрямитель (преобразователь) включает в себя согласующий трансформатор Т, имеющий две вторичные обмотки, два тиристора VS1 и VS2, сглаживающий реактор с индуктивностью L и систему импульсно-фазового управления СИФУ. Обмотка возбуждения двигателя ОВМ питается от своего источника.

Выпрямитель обеспечивает регулирование напряжения на двигателе за счет изменения среднего значения своей ЭДС Е_п. Это достигается с помощью СИФУ, которая по сигналу U_y изменяет угол управления тиристорами б (угол задержки открытия тиристоров VS1 и VS2 относительно момента, когда потенциал на их анодах становится положительным по сравнению с потенциалом на катоде). Когда б = 0, т.е. тиристоры VS1 и VS2 получают импульсы управления U_б от СИФУ в указанный момент, преобразователь осуществляет двухполупериодное выпрямление и на якорь двигателя подается полное напряжение. Если с помощью СИФУ подача импульсов управления на тиристоры VS1 и VS2 происходит со сдвигом (задержкой) на угол б?0, то ЭДС преобразователя снижается, а следовательно, уменьшается среднее напряжение, подводимое к двигателю.

Зависимость среднего значения ЭДС многофазного преобразователя от угла управления тиристорами б имеет вид

Е_ср = Е_maxmsin(р/m)cos(б/р) = Е_cp0cosб, (6)

где m - число фаз;

E_mах- амплитудное значение ЭДС преобразователя;

Е_ср0- ЭДС преобразователя при б = 0.

Ввиду пульсирующего характера ЭДС преобразователя ток в цепи якоря также является пульсирующим, что оказывает вредное влияние на работу двигателя, приводя к ухудшению условий работы его коллектора, дополнительным потерям энергии и нагреву. Для уменьшения вредного влияния пульсации тока в цепь якоря обычно включается сглаживающий реактор, индуктивность L которого выбирается в зависимости от допустимого уровня пульсации тока.

Уравнения для электромеханической и механической характеристик двигателя (см. рисунок 3, б), питаемого от тиристорного преобразователя, получим, заменив в (4) и (5) Е_п на Е_ср из (6):

щ = Е_ср0cosб/(kФ)-I(R_я+R_п)/(kФ); (7)

щ = Е_ср0cosб /(kФ)-М(R_я+R_п)/(kФ)²; (8)

где R_п = х_тm/(2р) + R_т+ R_L - эквивалентное сопротивление преобразователя; х_т, R_т - соответственно приведенные ко вторичной обмотке индуктивное сопротивление рассеяния и активное сопротивление обмоток трансформатора; R_L - активное сопротивление сглаживающего реактора.

Особенностью характеристик двигателя при его питании от УВ является наличие области (заштрихована на рисунке 3, б), где его характеристики нелинейны. В этой области двигатель работает в режиме прерывистого тока, что определяет заметное изменение (уменьшение) жесткости характеристик.

Вследствие односторонней проводимости преобразователя характеристики располагаются только в первом (1...3 при = 0; 30, 60°) и четвертом (4..7 при б = 90,120, 150, 180°) квадрантах. Меньшим углам управления соответствует большая Е_п и, следовательно, более высокая скорость двигателя; при б = р/2 ЭДС УВ Е_п = 0 и двигатель работает в режиме динамического торможения.

На рисунке 4 приведена схема ЭП с трехфазным мостовым нереверсивным УВ. Характеристики двигателя при использовании этого типа выпрямителя аналогичны показанным на рисунке 3, б. Вместе с тем пульсации тока в якоре двигателя при использовании такой схемы меньше, чем при использовании схемы, приведенной на рисунке 3, а, В некоторых случаях можно также не использовать согласующий трансформатор Т.

Рисунок 4

Для получения характеристик двигателя во всех четырех квадрантах используются реверсивные управляемые выпрямители, которые состоят из двух нереверсивных выпрямителей, например с нулевым выводом (рисунок 5, а). Получить характеристики ДПТ в четырех квадрантах можно также и при использовании нереверсивного преобразователя за счет изменения направления тока возбуждения двигателя.

Рисунок 5

В реверсивных УВ используются два основных принципа управления комплектами вентилей: совместное и раздельное.

Совместное управление предусматривает подачу от системы им-пульсно-фазового управления тиристорами импульсов управления U_б одновременно на тиристоры обоих комплектов - VS1, VS3, VS5 (катодная группа) и VS2, VS4, VS6 (анодная группа). При этом за счет наличия угла сдвига между импульсами управления двух комплектов тиристоров, близкого к р, один из них работает в выпрямительном режиме и проводит ток, а другой, работая в инвертор-ном режиме, ток не проводит. Для обеспечения такого управления между средними значениями ЭДС выпрямителя и инвертора должно существовать соотношение Е_ср.и > Е_ср.в, однако за счет разности мгновенных значений ЭДС между комплектами тиристоров протекает так называемый уравнительный ток. Для его ограничения в схеме, приведенной на рисунке 5, а, предусмотрены уравнительные реакторы L₁ и L₂

Вид характеристик двигателя зависит от способа согласования углов управления двумя комплектами тиристоров. При линейном согласовании сумма углов выпрямителя б₁ и инвертора б₂ поддерживается равной р, характеристики двигателя линейны (см. рисунок 5, б) и аналогичны характеристикам системы Г - Д.

Для уменьшения уравнительных токов в ряде случаев используется нелинейное согласование, при котором сумма углов б₁ и б ₂ несколько отличается от р. В этом случае имеет место заметное увеличение скорости двигателя при переходе от двигательного режима к генераторному. В силу этого обстоятельства нелинейное согласование применяется относительно редко.

Раздельное управление используется для полного исключения уравнительных токов между комплектами тиристоров реверсивного УВ. Сущность его состоит в том, что импульсы управления подаются только на один из комплектов, который должен в данный момент проводить ток. На второй комплект импульсы не подаются, и он не работает (закрыт).

Управление преобразователем осуществляется в этом случае с помощью специального логического переключающего устройства (ЛПУ). Это устройство, осуществляя контроль за током преобразователя, обеспечивает включение в работу и выключение комплектов тиристоров с небольшой паузой в 5... 10 мс. Вследствие этого вблизи оси скорости имеет место режим прерывистых токов, что отражается в нелинейности характеристик двигателя.

В заключение остановимся на основных свойствах системы ТП - Д. К достоинствам рассматриваемой системы относятся плавность и значительный диапазон регулирования скорости (более 10 в замкнутых ЭП); большая жесткость получаемых искусственных характеристик; высокий КПД электропривода, определяемый высокими КПД трансформаторов (0,93...0,98) и УВ (0,9...0,92); бесшумность в работе; простота в обслуживании и эксплуатации.

Наряду со значительными достоинствами системе ТП-Д присущи следующие недостатки: преобразователь имеет одностороннюю проводимость; для получения характеристик во всех четырех квадрантах необходимо использовать реверсивный двухкомплектный преобразователь; напряжение на якоре и ток имеют пульсирующий характер, что ухудшает условия работы двигателя; для сглаживания пульсации тока в большинстве случаев применяют сглаживающий реактор или более сложные многофазные схемы выпрямления; работа УВ характеризуется режимом прерывистого тока, при котором резко падает жесткость характеристик и они становятся нелинейными; с ростом диапазона регулирования скорости снижается коэффициент мощности (cosц) ЭП, определяемый для системы ТП - Д по приближенной формуле cosц ?cosб; при работе электропривода вносятся искажения в форму тока и напряжения источника питания, что отрицательно сказывается на работе других приемников электроэнергии; тиристорные преобразователи обладают невысокой помехозащищенностью и малой перегрузочной способностью по току и напряжению.

Несмотря на отмеченные недостатки, система ТП - Д является высокоэффективным регулируемым ЭП постоянного тока и широко применяется для привода таких ответственных рабочих машин, как прокатные станы, металлорежущие станки, экскаваторы и др.

2. Коммутаторы нагрузки на тиристорах

При питании электронных устройств постоянно возникает необходимость управления нагрузкой, питающейся от сети, по сигналам, формируемым цифровыми микросхемами структур ТТЛ, КМОП (напряжение питания от 5 до 15 В). В таких устройствах в качестве коммутирующих элементов наиболее удобно использовать тринисторы, способные управлять высоковольтной нагрузкой значительной мощности.

Управляющие электроды тринисторов, как правило, нельзя непосредственно подключать к выходам логических элементов, поскольку последние, за редким исключением, не обеспечивают требуемый для включения тринистора выходной ток. В таких случаях между выходом логического элемента и управляющим электродом тринистора включают усилительные каскады, которые могут также выполнять и функцию гальванической развязки низковольтной и высоковольтной частей устройства. О таких каскадах и пойдет разговор.

Обобщенная схема узла управления нагрузкой с использованием тринистора и динисторного оптрона, наиболее широко используемая радиолюбителями, приведена на рисунке 6 (здесь и далее Rh - нагрузка).

Рисунок 6. Обобщенная схема узла управления нагрузкой на тринисторе и динисторном оптроне с гальванической развязкой

Поскольку между анодом и управляющим электродом тринистора в закрытом состоянии действует полное напряжение сети, предельное напряжение динистора оптрона в закрытом состоянии также должно быть не ниже сетевого напряжения. ГОСТ допускает превышение сетевого напряжения на 10%, что соответствует амплитудному (максимальному) значению 220 * 1,1 v2 = 340 В. Несмотря на это, во многих устройствах авторы применяют оптопары, рассчитанные на меньшие напряжения коммутации. Надежность таких устройств, естественно, снижается. Необходимо также при выборе оптрона учитывать и допустимое напряжение его изоляции, оно также не должно быть меньше 340 В. Из динисторных оптронов, представленных в настоящее время на рынке радиоэлементов, обоим этим условиям отвечают оптопары типов АОУ160 (А, Б, В), МОС3052.

Если же в распоряжении нет оптопары на необходимое предельное напряжение, можно рекомендовать соединить последовательно несколько оптопар на меньшее напряжение, при этом суммарное напряжение должно быть не менее требуемой величины.

Схема на рисунке 7 иллюстрирует такой узел коммутации.

Резисторы R1 и R2 необходимы для выравнивания напряжения на динисторах оптронов, когда они находятся в закрытом состоянии. Резистор R3 обеспечивает гальваническую связь между управляющим электродом и катодом тринистора, что повышает устойчивость его работы в режиме ожидания (особенно при повышенной температуре окружающей среды).

Рисунок 7 Узел коммутации на последовательно соединенных оптопарах

Если динисторы оптронов открыты, включение тринистора происходит практически в самом начале полупериода сетевого напряжения, когда ток через управляющий электрод достигает значения открывающего тока управления. Наибольшее значение этого тока для тринисторов серии КУ201 - 100 мА, а для серии КУ202 - 200 мА. В справочной литературе токи указаны для минимально допустимой температуры -60°С). Для нормальной окружающей температуры (+20-30°С) значение открывающего тока управления существенно меньше и составляет обычно 1-20 мА. Однако в справочной литературе эти значения не нормируются, и при разработке устройств следует исходить из значений тока управления при минимальной температуре, то есть выбирать 100-200 мА. В противном случае не будет гарантии надежного открывания тринистора.

Если гальваническая развязка управляющей и силовой частей не требуется, подачу напряжения на управляющий электрод тиристора можно осуществлять с его анода через высоковольтный транзистор. Схема такого варианта узла управления представлена на рисунке 9 и в комментариях не нуждается.

Рисунок 8 Узел управления тиристором с высоковольтным транзистором

Достоинством описанного выше способа подачи напряжения на управляющий электрод тринистора с его анода является простота и малая мощность, выделяющаяся на динисторах оптопар (или на высоковольтном транзисторе) и на управляющем переходе тринистора; недостатком является задержка открывания тринистора относительно начала полупериода, которая может составлять 0,05-0,5 мс. Несмотря на весьма небольшую величину задержки, это может приводить к помехам, создаваемым тринистором в питающей сети.

Чтобы этого избежать, напряжение на управляющий электрод тринистора следует подавать непосредственно в начале каждого полупериода. Для этого можно рекомендовать питать цепь управляющего электрода постоянным током (рисунок 9).

Рисунок 9 Схема питания цепи управляющего электрода тиристора постоянным током

Если транзистор VT1 закрыт, то через управляющий электрод тринистора VS1 и резистор R1 протекает постоянный ток, поэтому тринистор открывается в начале каждого полупериода сетевого напряжения. Когда транзистор открыт, ток управляющего электрода становится равным нулю, тринистор при этом закрывается (закрывание происходит в начале очередного полупериода). Поскольку управляющий электрод и катод тринистора соединяются через открытый транзистор VT1, необходимость в шунтирующем резисторе (аналогичном R3 на рисунок 9) отпадает. Сопротивление резистора R1 должно быть таким, чтобы при заданном напряжении питания Е_п был бы обеспечен достаточный открывающий ток управляющего электрода.

Источником питания узла управления тринистором обычно служит источник питания микросхем устройства (от +5 до +15 В). При этом на резисторе R1 может выделяться мощность до 3 Вт. Постоянный нагрев этого резистора, значительный ток, потребляемый цепью управляющего электрода тринистора, а также гальваническая связь источника питания микросхем с сетью - это недостатки такого варианта управления тринистором. Избавиться от них можно, если управляющий электрод тринистора питать импульсным напряжением, снимаемым с маломощного импульсного трансформатора, как показано на рисунке 10.

Рисунок 10 Схема питания управляющего электрода тиристора импульсным напряжением

На однопереходном транзисторе VT2 выполнен генератор импульсов частотой около 10 кГц, которые через трансформатор Т1 поступают в цепь управляющего электрода тринистора VS1. Чтобы затормозить генератор, достаточно подать на вход узла сигнал управления Uynp (напряжением +5... 15 В). При этом транзистор VTU откроется, и зарядка конденсатора С1 станет невозможной.

Импульсный трансформатор Т1 может быть типов МИТ-4, МИТ-12 или самодельным. Магнитопровод самодельного трансформатора - кольцо типоразмера К20х10х6 _из феррита М2000НМ. Обмотки содержат по 40 витков провода ПЭВ-2 0,31. Допустимое напряжение изоляции между обмотками - не менее 350 В. Если гальваническая развязка цепи управления тринисто-, ра от низковольтной части устройства не обязательна, то импульсный трансформатор Т1 можно исключить, соединив первую базу однопереходного транзистора VT2 непосредственно с резистором R4.

Управляющий сигнал допустимо подавать на эмиттер однопереходного транзистора, но через диод (анодом к эмиттеру транзистора VT2). Транзистор VT1 и резистор R1 в этом случае следует удалить. Однако при таком решении входное сопротивление узла управления уменьшится (до десятков или сотен ом).

Преимущество импульсного управления тринистором состоит еще и в том, что от источника питания этот узел потребляет значительно меньший ток, чем узел по схеме на рисунке 11. При этом в цепи управляющего электрода импульсный ток вполне достаточен для надежного открывания тринистора. Это преимущество удобно использовать при выполнении части устройства управления тринистором по бестрансформаторной схеме.

Рисунок 11. Узел управления симистором с импульсным питанием управляющего электрода

На рисунке 11 представлен еще один вариант такого узла управления.

В качестве коммутирующего элемента здесь использован симметричный тиристор (симистор) КУ208Г. Нормальная работа симистора этого типа обеспечивается при подаче следующих полярностей напряжений на анод и управляющий электрод, приведенной в таблице 1.

Таблица 1

Тиристорный электропривод используется в системах автоматики и телемеханики не один десяток лет. Простота в обслуживании, низкая себестоимость, продолжительная работа с большими нагрузками, стабилизация скорости независимо от мощности нагрузки и легкое управление позволяют применять данное устройство для регулировки оборотов электродвигателей на конвейерах, в насосах, мощных вентиляторах и т.п.

Рисунок 15

Предлагаемый электропривод (Рисунок 15) имеет следующие параметры:

Напряжение сети, В220

Напряжение на нагрузке, В, не более 120

Диапазон регулирования1:10

Максимальный ток нагрузки, А100

Частота сети, Гц50/60

При небольших изменениях в схеме возможна работа устройства от трехфазной сети. Электропривод содержит:

- силовой трансформатор;

- электродвигатель с помехо-подавляющим фильтром;

- мощный выпрямительный мост с управляющими тиристорами;

- мощный выпрямительный мост с управляющими тиристорами;

- низковольтный выпрямитель со стабилизатором напряжения;

- фазоимпульсный регулятор, управляющий тиристорами.

Скорость вращения электродвигателя привода зависит от состояния узла фазоимпульсного управления тиристорами. Фазовый сдвиг сигнала на управляющих электродах тиристоров относительно анодного напряжения происходит при помощи фазосдвигающей цепи R13-C7-VT3. Электронный мост состоит из резисторов R13, R14, R16, R17, диода VD12, конденсатора С7 и транзистора VT3. В диагональ моста включен переход база-эмиттер транзистора VT4.

Во время заряда конденсатора С7 напряжение на эмиттере транзистора VT4 более положительно, чем на базе, и VT4 заперт. По окончании зарядки С7 напряжение на выводах VT4 меняет полярность, транзистор открывается и открывает транзистор VT5. За счет этого базовый ток VT4 увеличивается, т.е. возникает лавинообразный процесс открывания транзисторов VT4 и VT5. Для повышения помехоустойчивости порогового устройства на базу транзистора VT5 через резистор R14 подается положительное напряжение смещения с интегрального стабилизатора напряжения DA1.

Импульс напряжения с эмиттера VT5 подается на базу ключевого транзистора VT2 для усиления. В трансформаторе Т2 при открывании VT2 возникают импульсы тока, достаточные для запуска тиристоров. Положительные импульсы поступают на управляющие электроды тиристоров VS1 и VS2, отрицательные срезаются диодом VD10.

Для получения линейной зависимости скорости вращения электродвигателя от задающего сигнала напряжение на конденсаторе С7 необходимо изменять также по линейному закону, т.е. он должен заряжаться постоянным по величине током. Ток заряда конденсатора и напряжение на нем, в принципе, изменяются по экспоненциальному закону, поэтому для линеаризации напряжения на С7 он заряжается через нелинейный элемент - транзистор VT3. Время заряда конденсатора изменяется с помощью дифференциального усилителя на транзисторах VT1 и VT3. В цепи их эмиттеров установлен общий резистор R13, через который протекают токи обоих транзисторов. Напряжение на базе VT3 стабилизировано стабилитроном VD12, поэтому изменение напряжения на базе VT1 вызывает перераспределение токов транзисторов VT1 и VT3. Изменение тока коллектора VT3 регулирует время заряда С7.

Напряжение на базе VT1 является входным напряжением схемы, с помощью которой управляются тиристоры VS1 и VS2. Входное напряжение представляет собой алгебраическую сумму задающего напряжения на резисторе R5 и напряжения обратной связи, поступающего через резистор R6. Сигнал обратной связи, пропорциональный электродвижущей силе двигателя, снимается с его положительной шины питания. При увеличении нагрузки на валу электродвигателя М1 его обороты падают, что ведет к уменьшению ЭДС. Соответственно, снижается напряжение на резисторах R6...R8, ток через транзистор VT1 уменьшается, а через VT3 увеличивается. Это приводит к уменьшению времени заряда конденсатора С7, а следовательно, к увеличению угла проводимости тиристоров (более раннему открыванию). Напряжение на электродвигателе увеличивается, и его обороты восстанавливаются до прежнего уровня.

При уменьшении нагрузки и увеличении оборотов М1 транзистор VT1 сильнее открывается, увеличивается напряжение на R7, ток через VT1 увеличивается, а через VT3 уменьшается, что ведет к увеличению времени заряда конденсатора С7 и уменьшению оборотов двигателя. Синхронизация управляющего сигнала с анодным напряжением на тиристорах происходит при питании схемы управления синфазно с питанием тиристоров. Скорость вращения двигателя М1 регулируется резистором R4, а начальные (минимальные) обороты устанавливаются подстроечным резистором R7.

Диодный мост VD3...VD6 питает схему импульсного управления через токоограничительный резистор R3. Стабилизатор на диодах VD11, VD12 формирует импульсное прямоугольное напряжение величиной 14... 16 В.

Интегральный стабилизатор DA1 питает стабилизированным напряжением базовую цепь транзистора VT5.

Почти все радиокомпоненты схемы тиристорного электропривода размещены на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита (-) размерами 136x40 мм. Силовой трансформатор и мощная диодно-тиристорная сборка размещены отдельно (например, прямо возле двигателя). Сечение подводящих к электромотору проводов должно соответствовать максимальным нагрузкам, а изоляция - выдерживать пятикратное рабочее напряжение. Ручка регулировки оборотов электродвигателя должна быть обязательно диэлектрической.

Регулировка схемы заключается в проверке рабочих режимов. На диоде VD11 должно быть импульсное напряжение прямоугольной формы частотой 100 Гц, а на конденсаторе С7 - пилообразное. При изменении регулятором R4 оборотов (напряжения на базе VT1 подстроечным резистором R7) напряжение на конденсаторе С7 также должно пропорционально изменяться. Далее проверяется поступление импульсного напряжения на управляющие электроды тиристоров. Диоды VD8, VD9 позволяют исключить взаимное влияние управляющих электродов при большом разбросе токов управления.

После подключения электродвигателя резистором R4 устанавливаются минимальные обороты, резистором R10 задается напряжение на якоре (1/10 от рабочего). Далее с помощью R4 двигатель выводится на максимальные обороты, а напряжение на якоре устанавливается в соответствии с паспортными данными.

При изменении нагрузки на электродвигателе (от 0,2 до номинальной) обороты не должны изменяться более чем на 5%. При большем значении нестабильности необходимо увеличить глубину обратной связи резистором R7 (движок переводится в нижнее по схеме положение).

Силовой трансформатор выбирается из расчета необходимой мощности и напряжения электропривода. Импульсный трансформатор Т2 выполнен на ферритовом кольце 2000НМ диаметром 10... 12 мм. Обмотки наматываются проводом ПЭЛ 00,12 мм и содержат по 40 витков.

Тиристоры можно заменить на ВКДУ-250. Диоды заменимы на российские аналоги типа Д226 или Д237Б. Транзисторы VT1, VT3, VT4 подойдут серий КТ312, КТ315, КТ3102Б, a VT5 - КТ361, КТ3107. Транзистор VT2 заменим на КТ817Б. Неполярные конденсаторы типа К17 или МБМ, электролитические - К50-6.

выпрямитель тиристорный электропривод ток напряжение

4. Расчетная часть

4.1 Тиристоры

где I_{ос.ср.макс} - ток в открытом состоянии средний максимально допустимый;

U_зс.п. - напряжение в закрытом состоянии повторяющееся - наибольшее мгновенное значение напряжения, прикладываемое к тиристору;

U_обр.п. - напряжение обратное повторяющееся, наибольшее значение напряжения, прикладываемого к тиристору;

I_зс.п - ток в закрытом состоянии повторяющийся;

I_у.от - ток управления отпирающий;

t_вкл - время включения;

t_выкл - время выключения.

Тиристоры применяются в преобразователях электрической энергии.

4.2 Расчет управляемого выпрямителя на тиристорах

Подобные документы

• Регулируемый реверсивный тиристорный электропривод постоянного тока

  Расчет регулируемого электропривода постоянного тока; параметры тиристорного преобразователя. Моделирование контуров и скорости тока, настройка на модульный и симметричный оптимумы. Обработка переходных процессов и логарифмических частотных характеристик.
  
  курсовая работа [2,9 M], добавлен 05.06.2013
  

• Проект комплектного тиристорного электропривода постоянного тока

  Функциональная и структурная схемы электропривода. Переход к относительным единицам. Определение параметров силового электрооборудования. Построение статических характеристик замкнутой системы электропривода. Выбор типа регуляторов и расчет их параметров.
  
  курсовая работа [90,9 K], добавлен 17.04.2010
  

• Проектирование тиристорного выпрямительного агрегата

  Обоснование выбора схемы силового тиристорного выпрямителя. Тепловой расчёт вентилей по току и напряжению, расчет преобразовательного трансформатора. Определение напряжения короткого замыкания, тока холостого хода. Энергетические показатели выпрямителя.
  
  курсовая работа [205,6 K], добавлен 04.04.2014
  

• Проектирование системы "Управляемый тиристорный преобразователь–двигатель постоянного тока"

  Выбор элементов тиристорного преобразователя. Особенности расчета тиристорного преобразователя для электропривода постоянного тока. Характеристики основных элементов преобразователя и схем защиты. Подбор подходящих под результаты расчета элементов.
  
  курсовая работа [1,5 M], добавлен 14.10.2012
  

• Разработка макетного лабораторного стенда для изучения работы электропривода

  Характеристика, структурная и принципиальная схема электропривода. Методика ремонта устройства и алгоритм поиска неисправностей. Расчет электрической схемы усилителей постоянного тока. Разработка стандарт-плана и расчет расходов на изготовления изделия.
  
  дипломная работа [4,4 M], добавлен 18.05.2012
  

• Расчет основных параметров тиристорного выпрямителя

  Описание трехфазной мостовой схемы. Определения и расчет параметров тиристорного выпрямителя. Выбор допустимых нагрузок вентилей по току и параметров цепи управления. Расчет токов короткого замыкания; ограничение напряжения, защита предохранителями.
  
  курсовая работа [307,7 K], добавлен 22.09.2014
  

• Расчет тиристорного преобразователя

  Граничные значения коэффициента усиления и времени для регуляторов. Математическое описание двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Динамические свойства тиристорного преобразователя. Обеспечение разгона двигателя с заданным ускорением.
  
  курсовая работа [967,1 K], добавлен 15.06.2014
  

• Разработка нереверсивного электропривода постоянного тока

  Разработка функциональной и принципиальной схем электропривода. Выбор элементов силовой схемы, определение их передаточных функций с учетом диапазона и точности. Расчет переходного процесса по управляющему воздействию. Определение устойчивости системы.
  
  курсовая работа [480,5 K], добавлен 28.01.2015
  

• Расчет вентильного преобразователя для электропривода постоянного тока

  Общая характеристика преобразователя. Параметры уравнительного и сглаживающего реактора. Защита от аварийных токов. Расчёт вспомогательного выпрямителя. Электромеханические характеристики привода. Расчёт относительных значений полной, активной мощности.
  
  курсовая работа [4,7 M], добавлен 22.06.2015
  

• Разработка устройства диагностики силовой части однофазного тиристорного мостового полууправляемого выпрямителя

  Проектирование логической модели силовой части выпрямителя с тиристорами в анодной и диодами в катодной группах. Построение алгоритма диагностирования дискретного последовательного объекта. Разработка комплекса электронных защит для преобразователя.
  
  курсовая работа [1,2 M], добавлен 21.10.2012
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам