Система пч-ад (преобразователь частоты - асинхронный двигатель). Система преобразователь двигатель


Системы управляемый преобразователь – двигатель (уп – д).

При автоматическом регулировании координат эл.привода в качестве управляющего воздействия может быть выбран любой параметр, оказывающий влияние на регулируемую переменную. В случае электроприводов постоянного тока наиболее высокая управляемость обеспечивается изменением напряжения, подводимого к якорной цепи двигателя при Ф=const, а в случае асинхронных и синхронных эл.приводов – изменением частоты и величины приложенного напряжения. Для реализации этих возможностей питание двигателя должно осуществляться от управляемого источника.

Для питания двигателей постоянного тока в качестве такого источника используется генераторы постоянного тока или статические (тиристорные) преобразователи переменного тока в постоянный, а для частотного управления асинхронных или синхронных двигателей – синхронные генераторы, тиристорные или транзисторные преобразователи частоты. Получающиеся во всех этих случаях системы эл.привода с управляемым индивидуальным источником питания, называются системами УП-Д (управляемый преобразователь – двигатель).

Система генератор – двигатель (ГД).

В системе ГД в качестве управляемого преобразователя используется генератор постоянного тока независимого возбуждения, приводимый во вращение асинхронным или синхронным двигателем. Принципиальная схема системы изображена на рис. В качестве приводного двигателя рабочей машины используется ДНВ.

Пуск системы осуществляется включением сетевого (гонного) двигателя, вращающего генератор. Приводной двигатель перед этим должен быть полностью возбужден, т.е. его магнитный поток должен быть номинальным. Напряжение на обмотке возбуждения генератора ГПТ должно быть равно 0. При подаче напряжения на обмотку возбуждения генератора и его увеличении, он будет развивать ЭДС, появится напряжение на якоре ДПТ и последний будет разгоняться. При номинальном возбуждении генератора напряжение на якоре ДПТ номинальное.

В случае гонного АД с увеличением нагрузки на валу приводного ДПТ возрастает тормозной момент ГПТ, что приводит к снижению скорости гонного АД, следовательно, снижению скорости ГПТ и его ЭДС, что сказывается и на скорости ДПТ. В мощных электроприводах по системе ГД это снижение составляет (1,52)%.

Преимуществом асинхронного гонного двигателя является простота, надежность, малая колебательность. Достоинством гонного синхронного двигателя является его меньшая критичность к колебаниям напряжения сети, возможность работать с опережающим током. Обычно СД используется при мощностях генератора в сотни и тысячи кВт.

Питание обмотки возбуждения ГПТ в современных системах ГД, осуществляется от тиристорного или транзисторного ТВ. Основным видом ТВ является тиристорный преобразователь с раздельным управлением комплектами вентилей. Зависимость выходного напряжения управленияUУ изображена на рис. Ее рабочий участок без особой погрешности можно считать линейным. Динамические процессы ТВ описывается уравнением.

, где

- коэффициент усиления тиристорного возбудителя по напряжению.

Пренебрегая гистерезисом магнитной цепи генератора и считая его ненасыщенным, для линейного участка зависимости EГ=f(UВГ), можно написать:

, где -приГ=const;

Уравнение механической характеристики двигателя в системе ГД можно получить из уравнения равновесия ЭДС в якорной цепи.

, где еГ и е -соответственно ЭДС генератора и противо ЭДС двигателя.

Т.к. , где Ф – поток двигателя

то .

Здесь

Выразив ток iя через момент двигателя получим: или

Здесь  – модуль статической жесткости механической характеристики двигателя в системе ГД.

Уравнение механической характеристики двигателя для статического режима можно представить в виде: илиили

Здесь ФНД – номинальный поток двигателя.

Семейство механических характеристик двигателя в системе ГД, соответствующее различным значениям ЭДС генератора при синхронном гонном двигателе, изображено на рис.

Жесткость основной характеристики двигателя ~ в 2 раза меньше, чем при питанием его от сети сU=const, вследствие того, что в якорной цепи кроме сопротивления якоря двигателя имеется еще и сопротивление якоря генератора, а они  одинаковы, т.к. мощность генератора лишь немногим больше мощности двигателя. Но скорость идеального холостого хода, двигателя в разомкнутой системе ГД больше, чем при питании двигателя от сети с U=const, т.к. номинальная ЭДС генератора, определяющая 0 двигателя, больше, чем номинальное напряжение двигателя, определяющее 0 при питании его от сети, т.е.

, ибо

.

Характеристика двигателя при питании его от сети с U=UH изображена пунктиром.

Изменяя поток возбуждения генератора, следовательно, его ЭДС, можно осуществить непрерывное плавное управление моментом и скоростью электропривода во всех 4-х квадрантах координатной системы при =const. На рис. показано в 1-м квадранте семейство характеристик при ЕГ=var. В разомкнутой системе ГД за счет изменения ЕГ можно получить диапазон регулирования скорости двигателя примерно 10:1. Изменяя же поток двигателя, можно увеличить скорость примерно еще в 3 раза. Т.о. общий диапазон регулирования скорости в такой системе примерно 30:1. На рис. показаны характеристики двигателя и в зоне изменения ФДВ. Они расположены выше основной и жесткость их изменяется.

Механические характеристики двигателя в системе ГД при асинхронном гонном двигателе будут не параллельны, т.к. при изменении нагрузки на валу приводного двигателя будет изменяться скорость гонного двигателя, следовательно и ЭДС генератора, что сказывается и на скорости приводного двигателя. Обычно непараллельностью характеристик при расчетах пренебрегают.

Двигатель в системе ГД может работать во всех режимах. Двигательному режиму соответствует область, заштрихованная в 1 и 3 квадрантах. Режиму динамическому торможению соответствует одна характеристика, проходящая через начало координат. Режиму противовключения соответствует область между осью моментов и характеристикой динамического торможения во 2 и 4 квадрантах.

Генераторному режиму с рекуперацией энергии в сеть соответствует область во 2 и 4 квадрантах, заключенная между осью скоростей и характеристикой динамического торможения.

Основным способом торможения двигателя в системе ГД является торможение с отдачей энергии в сеть. Если уменьшать или снять возбуждения генератора, то ЭДС двигателя станет больше ЭДС генератора. Двигатель превратиться в генератор. Ток в якорной цепи определяемый разностью: изменит направление на противоположное. Генератор превратиться в двигатель, работающий с ослабленным магнитным потоком. Скорость его увеличится и он будет раскручивать гонный двигатель со сверхсинхронной скоростью. Гонный двигатель превращается в генератор. Он будет отдавать в сеть активную энергию, потребляя из сети реактивную энергию.

Кинетическая энергия вращающихся инерционных масс приводным двигателем преобразуется в электрическую, поскольку он теперь работает генератором. В сеть отдается эта энергия за исключением потерь, имеющих место во всех элементах электропривода.

С помощью приведенных выше уравнений динамики для цепи возбуждения генератора, тиристорного возбудителя, уравнения механической характеристики двигателя и уравнения движения электропривода при жестких механических связях, можно построить структурную схему системы ГД, которая имеет вид.

Отпираясь на ранее сделанный анализ переходных процессов в эл.приводе с линейной механической характеристикой приили, можно сказать, что если изменятьUУ по закону, обеспечивающему линейное нарастание ЭДС генератора, то в системе ГД и зависимостиибудут иметь при прочих равных условиях тот же характер, как и в случае. Отличие структуры системы ГД от рассмотренной ранее структуры разомкнутой системы является наличие в цепи формирования управляющего воздействия 2-х инерционных звеньев с постоянным ТТВ и ТГ=ТВ. При вентильном возбуждении ТТВ0,01с, а ТВ=(14)с. Поэтому величиной ТВ можно пренибречь и структурную схему системы ГД представить в виде:

Из нее следует, что при изменении управляющего воздействия скачком ЭДС генератора и скорость0 двигателя в системе ГД изменяются по закону, определяемому переходной функцией апериодического звена с постоянной ТГ=ТВ.

Достоинства системы ГД:

  1. Отсутствуют громоздкие пусковые реостаты и потери в них.

  2. Управление процессами перенесено в цепи возбуждения, имеющие небольшие токи, что облегчает и удешевляет аппаратуру.

  3. Сравнительно высокий диапазон регулирования.

Недостатки системы ГД:

  1. Высокая установленная мощность, превышающая в 3 раза мощность приводного двигателя.

  2. Сравнительно низкий КПД, равный .

  3. Повышенная крутизна механических характеристик.

  4. Высокая первоначальная стоимость машинного оборудования.

studfiles.net

Системы управляемый преобразователь – двигатель (уп – д).

При автоматическом регулировании координат эл.привода в качестве управляющего воздействия может быть выбран любой параметр, оказывающий влияние на регулируемую переменную. В случае электроприводов постоянного тока наиболее высокая управляемость обеспечивается изменением напряжения, подводимого к якорной цепи двигателя при Ф=const, а в случае асинхронных и синхронных эл.приводов – изменением частоты и величины приложенного напряжения. Для реализации этих возможностей питание двигателя должно осуществляться от управляемого источника.

Для питания двигателей постоянного тока в качестве такого источника используется генераторы постоянного тока или статические (тиристорные) преобразователи переменного тока в постоянный, а для частотного управления асинхронных или синхронных двигателей – синхронные генераторы, тиристорные или транзисторные преобразователи частоты. Получающиеся во всех этих случаях системы эл.привода с управляемым индивидуальным источником питания, называются системами УП-Д (управляемый преобразователь – двигатель).

Система генератор – двигатель (гд).

В системе ГД в качестве управляемого преобразователя используется генератор постоянного тока независимого возбуждения, приводимый во вращение асинхронным или синхронным двигателем. Принципиальная схема системы изображена на рис. В качестве приводного двигателя рабочей машины используется ДНВ.

Пуск системы осуществляется включением сетевого (гонного) двигателя, вращающего генератор. Приводной двигатель перед этим должен быть полностью возбужден, т.е. его магнитный поток должен быть номинальным. Напряжение на обмотке возбуждения генератора ГПТ должно быть равно 0. При подаче напряжения на обмотку возбуждения генератора и его увеличении, он будет развивать ЭДС, появится напряжение на якоре ДПТ и последний будет разгоняться. При номинальном возбуждении генератора напряжение на якоре ДПТ номинальное.

В случае гонного АД с увеличением нагрузки на валу приводного ДПТ возрастает тормозной момент ГПТ, что приводит к снижению скорости гонного АД, следовательно, снижению скорости ГПТ и его ЭДС, что сказывается и на скорости ДПТ. В мощных электроприводах по системе ГД это снижение составляет (1,52)%.

Преимуществом асинхронного гонного двигателя является простота, надежность, малая колебательность. Достоинством гонного синхронного двигателя является его меньшая критичность к колебаниям напряжения сети, возможность работать с опережающим током. Обычно СД используется при мощностях генератора в сотни и тысячи кВт.

Питание обмотки возбуждения ГПТ в современных системах ГД, осуществляется от тиристорного или транзисторного ТВ. Основным видом ТВ является тиристорный преобразователь с раздельным управлением комплектами вентилей. Зависимость выходного напряжения управленияUУ изображена на рис. Ее рабочий участок без особой погрешности можно считать линейным. Динамические процессы ТВ описывается уравнением.

, где

- коэффициент усиления тиристорного возбудителя по напряжению.

Пренебрегая гистерезисом магнитной цепи генератора и считая его ненасыщенным, для линейного участка зависимости EГ=f(UВГ), можно написать:

, где -приГ=const;

Уравнение механической характеристики двигателя в системе ГД можно получить из уравнения равновесия ЭДС в якорной цепи.

, где еГ и е -соответственно ЭДС генератора и противо ЭДС двигателя.

Т.к. , где Ф – поток двигателя

то .

Здесь

Выразив ток iя через момент двигателя получим: или

Здесь  – модуль статической жесткости механической характеристики двигателя в системе ГД.

Уравнение механической характеристики двигателя для статического режима можно представить в виде: илиили

Здесь ФНД – номинальный поток двигателя.

Семейство механических характеристик двигателя в системе ГД, соответствующее различным значениям ЭДС генератора при синхронном гонном двигателе, изображено на рис.

Жесткость основной характеристики двигателя~ в 2 раза меньше, чем при питанием его от сети с U=const, вследствие того, что в якорной цепи кроме сопротивления якоря двигателя имеется еще и сопротивление якоря генератора, а они  одинаковы, т.к. мощность генератора лишь немногим больше мощности двигателя. Но скорость идеального холостого хода, двигателя в разомкнутой системе ГД больше, чем при питании двигателя от сети с U=const, т.к. номинальная ЭДС генератора, определяющая 0 двигателя, больше, чем номинальное напряжение двигателя, определяющее 0 при питании его от сети, т.е.

, ибо

.

Характеристика двигателя при питании его от сети с U=UH изображена пунктиром.

Изменяя поток возбуждения генератора, следовательно, его ЭДС, можно осуществить непрерывное плавное управление моментом и скоростью электропривода во всех 4-х квадрантах координатной системы при =const. На рис. показано в 1-м квадранте семейство характеристик при ЕГ=var. В разомкнутой системе ГД за счет изменения ЕГ можно получить диапазон регулирования скорости двигателя примерно 10:1. Изменяя же поток двигателя, можно увеличить скорость примерно еще в 3 раза. Т.о. общий диапазон регулирования скорости в такой системе примерно 30:1. На рис. показаны характеристики двигателя и в зоне изменения ФДВ. Они расположены выше основной и жесткость их изменяется.

Механические характеристики двигателя в системе ГД при асинхронном гонном двигателе будут не параллельны, т.к. при изменении нагрузки на валу приводного двигателя будет изменяться скорость гонного двигателя, следовательно и ЭДС генератора, что сказывается и на скорости приводного двигателя. Обычно непараллельностью характеристик при расчетах пренебрегают.

Двигатель в системе ГД может работать во всех режимах. Двигательному режиму соответствует область, заштрихованная в 1 и 3 квадрантах. Режиму динамическому торможению соответствует одна характеристика, проходящая через начало координат. Режиму противовключения соответствует область между осью моментов и характеристикой динамического торможения во 2 и 4 квадрантах.

Генераторному режиму с рекуперацией энергии в сеть соответствует область во 2 и 4 квадрантах, заключенная между осью скоростей и характеристикой динамического торможения.

Основным способом торможения двигателя в системе ГД является торможение с отдачей энергии в сеть. Если уменьшать или снять возбуждения генератора, то ЭДС двигателя станет больше ЭДС генератора. Двигатель превратиться в генератор. Ток в якорной цепи определяемый разностью: изменит направление на противоположное. Генератор превратиться в двигатель, работающий с ослабленным магнитным потоком. Скорость его увеличится и он будет раскручивать гонный двигатель со сверхсинхронной скоростью. Гонный двигатель превращается в генератор. Он будет отдавать в сеть активную энергию, потребляя из сети реактивную энергию.

Кинетическая энергия вращающихся инерционных масс приводным двигателем преобразуется в электрическую, поскольку он теперь работает генератором. В сеть отдается эта энергия за исключением потерь, имеющих место во всех элементах электропривода.

С помощью приведенных выше уравнений динамики для цепи возбуждения генератора, тиристорного возбудителя, уравнения механической характеристики двигателя и уравнения движения электропривода при жестких механических связях, можно построить структурную схему системы ГД, которая имеет вид.

Отпираясь на ранее сделанный анализ переходных процессов в эл.приводе с линейной механической характеристикой приили, можно сказать, что если изменятьUУ по закону, обеспечивающему линейное нарастание ЭДС генератора, то в системе ГД и зависимостиибудут иметь при прочих равных условиях тот же характер, как и в случае. Отличие структуры системы ГД от рассмотренной ранее структуры разомкнутой системы является наличие в цепи формирования управляющего воздействия 2-х инерционных звеньев с постоянным ТТВ и ТГ=ТВ. При вентильном возбуждении ТТВ0,01с, а ТВ=(14)с. Поэтому величиной ТВ можно пренибречь и структурную схему системы ГД представить в виде:

Из нее следует, что при изменении управляющего воздействия скачком ЭДС генератора и скорость0 двигателя в системе ГД изменяются по закону, определяемому переходной функцией апериодического звена с постоянной ТГ=ТВ.

Достоинства системы ГД:

  1. Отсутствуют громоздкие пусковые реостаты и потери в них.

  2. Управление процессами перенесено в цепи возбуждения, имеющие небольшие токи, что облегчает и удешевляет аппаратуру.

  3. Сравнительно высокий диапазон регулирования.

Недостатки системы ГД:

  1. Высокая установленная мощность, превышающая в 3 раза мощность приводного двигателя.

  2. Сравнительно низкий КПД, равный .

  3. Повышенная крутизна механических характеристик.

  4. Высокая первоначальная стоимость машинного оборудования.

studfiles.net

Система тиристорный преобразователь – двигатель (ТП – Д)

Теория электропривода

Цены на преобразователи частоты 220/380В 1 фаза в 3 фазы (12.11.14г.):Модель Мощность ЦенаCFM110 0.25кВт 1500грнCFM110 0.37кВт 1600грнCFM210 1,0 кВт 2200грнCFM210 1,5 кВт 2400грнCFM210 2,2 кВт 2900грнCFM210 3,3 кВт 3400грнГарантия - 2 года.Контакты для заказов:+38 050 4571330msd@msd.com.ua

В системе ТП – Д двигатель постоянного тока независимого возбуждения питается от тиристороного преобразователя. Принципиальная схема системы изображена на рис.

Среднее значение выпрямленного напряжения ТП.

, где

U2 – действующее значение фазного напряжение вторичной обмотки питающего трансформатора (или сети в бестрансформаторных схемах).

M – число пульсаций выпрямленного напряжения;

A - угол задержки открывания тиристоров;

Ud0 – максимальное значение среднего выпрямленного напряжения при a=0.

Кривые выпрямленного напряжения с учетом явления коммутации вентилей, характеризуемой углам g, изображены на рис

Зависимость ЭДС ТП от напряжения управления Uу при линейной характеристике СИФУ представлена на следующем рисунке. При ее замене линеаризованной ТП как динамическое звено системы электропривода в режиме непрерывного тока описывается уравнением , где - коэффициент усиления ТП по напряжению; - малая постоянная времени ТП, учитывающая дискретность, запаздывание и наличие фильтров в СИФУ.

Уравнение электрического равновесия в якорной цепи системы ТП-Д

, где

Здесь Rя – сопротивления якорной цепи двигателя;

- индуктивное сопротивление фазы трансформатора, обусловленное полями рассеяния, а х2 и х1 – индуктивные сопротивления рассеяния вторичной и первичной обмоток трансформатора;

Rдр – сопротивление сглаживающего дросселя;

Rтр – активное сопротивление обмоток фазы трансформатора, приведенное к вторичной цепи;

Rср. в – усредненное сопротивление вентилей

Имея в виду, что ; ; , получим уравнение механической характеристики двигателя для любого режима работы

или

Т. к. , где , то

Отсюда следует, что в режиме непрерывного тока механические характеристики двигателя в системе ТП-Д при принятых допущениях аналогичны характеристикам системы ГД.

При , получим уравнение статических характеристик

или

Уравнения статических механических и электромеханических характеристик двигателя для режима непрерывных токов можно представить и в следующем виде:

Семейство статических механических характеристик при различных a, изобра Жено на рис. Это прямые, отсекающие на оси ординат отрезки, соответствующие скорости идеального холостого хода

Однако в действительности при раздельном управлении комплектами вентилей (в случае двух комплектного преобразователя) или при питании от однокомплектного ТП в области малых нагрузок ток становится прерывистым, причем при Uy=0 и среднее значение Ud становится . Появляется зона прерывистых токов, она тем больше, чем больше угол a.

Появление зоны прерывистого токов обусловлено тем, что в определенные промежутки времени мгновенное значение выпрямленного напряжения преобразователя становится меньше встречно действующей ЭДС двигателя, что видно из графика выпрямленного напряжения, и, как следует из уравнения равновесия ЭДС, разность Ud-e становится отрицательной. Ток должен изменить направление на противоположное. Но поскольку вентили обладают односторонней проводимостью, ток становится равным нулю. Вентили закрываются ток появляется вновь когда Ud станет больше е. При больших нагрузках несмотря на то, что в определенные промежутки времени мгновенное значение Ud становится меньше ЭДС двигателя, ток не прерывается, является непрерывным. Объясняется это тем, что при больших нагрузках запас электромагнитной энергии в цепи выпрямленного тока значительный. Возникающая при исчезновении тока ЭДС самоиндукции складывается с мгновенным выпрямленным напряжением ТП и в сумме они превышают ЭДС двигателя. Поэтому разность между этой суммой и ЭДС двигателя положительна и ток не прерывается. При малых нагрузках ЭДС самоиндукции оказывается недостаточной для поддержания тока и он прерывается.

Переходу от режима непрерывного тока к прерывистому соответствует режим начально-непрерывного тока, являющегося граничным между двумя указанными. Величина граничного тока зависит от угла a и параметров схемы , где

Граничные токи (моменты) лежат на дуге эллипса, смещенного по оси ординат на величину (см. рис. с механическими характеристиками).

Отметим, что если двигатель питается от нереверсивного ТП, то система электропривода становится неполноуправляемой, ибо ток может протекать только в одном направлении. Соответственно этому механические характеристики во втором и третьем квадранте не существуют.

При наличии зоны прерывистых токов электромеханические и механические характеристики в этой зоне не выражаются аналитически. Они напоминают механические характеристики двигателя последовательного возбуждения, как показано на рис.. При уменьшении нагрузки скорость двигателя возрастает и увеличивается его ЭДС, являющаяся противодействующей, что вызывает уменьшение тока нагрузки преобразователя. Это приводит к уменьшению падения напряжения на внутренних сопротивлениях схемы, а также к уменьшению потерь среднего напряжения, обусловленного явлением коммутации. В связи с этим Ud возрастает. При идеальном холостом ходе двигателя исчезают падения напряжения на вентилях и внутренних сопротивлениях схемы и Ud повышается еще больше. Напряжение на двигателе (за время импульса тока) приближается к амплитуде питающего преобразователь напряжения переменного тока и скорость двигателя растет. Поэтому в зоне малых и нулевых нагрузок механические характеристики двигателя имеют мягкий характер, что и показано на графике. Скорость идеального холостого хода двигателя для этих характеристик могут быть определены из выражений:

при и

при

Здесь Е2ф. м – амплитуда фазной ЭДС вторичной обмотки питающего трансформатора или амплитуда фазного напряжения питающей сети (в бестрансформаторных схемах ).

DUВ – падение напряжения в вентилях.

Используя уравнение динамики ТП, уравнение равновесия ЭДС в якорной цепи, уравнение механической характеристики двигателя в системе ТП-Д и уравнение движения электропривода при жестких механических связях, можно изобразить структурную схему системы ТП – Д, которая имеет вид.

При представлении уравнения в виде

, где

Структурная схема примет вид.

Двигатель в системе ТП – Д может работать во всех режимах. Двигательному режиму соответствует область в 1 и 3 квадратах, режиму динамического торможения соответствует характеристика, проходящая через начало координат при . Режиму противовключения соответствует область, заключенная между осью моментов и характеристикой динамического торможения. Режиму рекуперации соответствует область между осью ординат во 2 и 4 квадратах и характеристикой динамического торможения.

Производим и продаем частотные преобразователи: Цены на преобразователи частоты(21.01.16г.): Частотники одна фаза в три: Модель Мощность Цена CFM110 0.25кВт 2300грн CFM110 0.37кВт 2400грн CFM110 0.55кВт 2500грн CFM210 1,0 кВт 3200грн …

В большинстве случаев к. з. АД питается от сети с U1=const и f1=const. Поэтому нелинейность их механических характеристик проявляется полностью как в режимах пуска, так и торможения. Магнитный поток в …

Обычно ДНВ работает при Ф=Фн если U=const или U=var. Необходимость ослабления по­тока возникает когда требуется получить скорость, превышающую основную (согласно тре­бованиям технологического процесса ). Если бы поток изменялся мгновенно, то …

msd.com.ua

Типовая система управляемый преобразователь-двигатель с суммирующим

Доклад

 

Добрый день, меня зовут…. и тема моей курсовой работы «Модернизация автоматизированного электропривода путем замены устаревшей серии двигателя постоянного тока (ДПТ) серии ___________(Рн=__________кВт) на новую серию – 2ПБ_____________(Рн= ____________кВт), схема преобразовательного устройства _____________________________________.

В настоящее время основной серией электрических машин постоянного тока является серия 2П. Изготовление машин постоянного тока общего назначения серий П, ПБС и ПР практически прекращено. Машины этих серий могут быть заменены соответствующими машинами серии 2П. При выполнении данной курсовой работы была проведена модернизация автоматизированного электропривода путем замены устаревшей серии двигателей постоянного тока (ДПТ) серии Пна новую серию – 2П.

Машины этой серии предназначены для работы в широкорегулируемых электроприводах. По сравнению с предшествующими сериями у машин серии 2П повышена перегрузочная способность, расширены диапазон регулирования частоты вращения, улучшены динамические свойства, уменьшены шум и вибрации, повышена мощность на единицу массы, увеличены надежность и ресурс работы. Двигатели серии 2П выполняются с полным числом добавочных полюсов. Двигатели изготовляются с независимым возбуждением. Напряжение возбуждения 110 или 220 В независимо от номинального напряжения якоря. Питание ДПТ может осуществляться от источника постоянного тока и от тиристорного преобразователя. При питании от тиристорного преобразователя допустимый ток якоря уменьшается в зависимости от схемы выпрямления и электромагнитной постоянной времени якорной цепи. Устойчивая работа ДПТ обеспечивается схемой управления электропривода. Средний срок службы ДПТ — 12 лет, средний ресурс — 30000 ч. Вероятность безотказной работы ДПТ при доверительной вероятности 0,8 и наработке 2000 ч — 0,9.

Двигатели типа 2П...Г выполняются с тахогенератором типа ТС1. Тахогенераторы имеют закрытое встроенное исполнение (якорь генератора жестко закреплен на валу якоря ДПТ). Возбуждение тахогенератора — от постоянных магнитов. Режим работы ДПТ — продолжительный S1. Допустимые кратковременные перегрузки по току при номинальном потоке возбуждения: для ДПТ типов 2ПН, 2ПФ, 2ПО, 2ПБ — 2Iном в течение 60 с; для типов 2ПН, 2ПФ, 2ПО — 3 Iном в течение 10 с; для типа 2ПБ - 4 Iном в течение 10 с.

Направление вращения ДПТ независимого возбуждения — реверсивные. Частота вращения регулируется изменением напряжения на якоре (в сторону уменьшения) и ослаблением потока возбуждения (в сторону повышения).

Двигатели допускают длительную работу при номинальном напряжении возбуждения и с пониженной частотой вращения до 1 об/мин при токах якоря, не превышающих Iном для ДПТ типа 2ПФ, (0,9 ÷ 1) Iном для ДПТ типа 2ПБ, (0,75 ÷ 0,85) Iном для ДПТ типа 2ПО.

Двигатели защищенного исполнения с самовентиляцией (2ПН) допускают работу с номинальным током якоря при снижении частоты вращения до 0,85nном в течение 1 ч.

Серия 2П охватывает диапазон напряжений от 110 до 440 В и частот вращения от 500 до 3000 об/мин.

На основании исходных данных для модернизации автоматизированного электропривода были произведены следующие расчёты:

* Расчёт номинальных величин двигателя (угловой частоты вращения ротора в номинальном режиме, суммарное сопротивление якорной цепи двигателя, мощность потребляемая двигателем из сети, номинальный ток якоря двигателя).

* Была построена естественная электромеханическая характеристика двигателя

* Рассчитан контур тока двигателя.

* Произведен расчёт контура скорости и выбран тахогенератор постоянного тока.

* Определено качество переходных процессов, как необходимое условие работоспособности замкнутой автоматизированной системы управления электроприводом, по частотному амплитудно-фазовому методу Найквиста построены ЛАЧХ и ЛФЧХ двигателя и сделан вывод, что рассматриваемая система устойчива так как ЛАЧХ отрицательна, а ЛФЧХ не переходит за значение f = - p.

* Рассчитаны и выбраны основные элементы тиристорного преобразователя.

* А также произведен расчет и выбор электрических параметров силового трансформатора

* Выбор тиристоров

* Выбор сглаживающего дросселя

* Расчёт величины ёмкости фильтра тахогенератора

* Определена передаточная функция разомкнутой и замкнутой системы управления автоматизированным электроприводом.

В результате курсовой работы:

Был произведен расчет и выбор компонентов силовой части привода. Существуют различные методики выбора силового трансформатора, тиристорных комплектов, но все они сводятся к одному – обеспечить оптимальный режим питания двигателя, при котором затраты энергии будут минимальны, но в то же время должен обеспечиваться максимальный необходимый динамический запас по напряжению, обеспечивающий стабильность характеристик привода в переходных режимах. Результатом этой части работы является выбор комплектного тиристорного преобразователя, соответствующего рассчитанным характеристикам.

 

Исследованы статические характеристики привода – обеспечивает ли он необходимый диапазон регулирования скорости и ее стабильность при различных нагрузках, и, соответственно, поиск оптимальной системы питания, расчет параметров настройки регуляторов для получения максимально жесткой электромеханической характеристики. На данном этапе осуществлен переход от простой схемы «двигатель – источник питания (сеть или ТП)» к полноценной замкнутой автоматической системе управления электроприводом (САУ ЭП), включающей в себя два контура управления: внутренний – токовый, внешний – по скорости. Таким образом реализуется идея подчиненного регулирования с последовательной коррекцией: регуляторы тока и скорости включены последовательно, как последовательные корректирующие звенья, обработка сигнала в них производится с учетом влияния всех обратных связей (ОС).

 

Типовая система управляемый преобразователь-двигатель с суммирующим

Усилителем.

 

Широкое применение в электроприводах постоянного тока получили статические и

астатические системы непрерывного действия стабилизации скорости двигателя постоянного

тока при изменении нагрузки на его валу, обеспечивающие регулирование скорости и ее

стабилизацию с высокой точностью в статических и динамических режимах,

функциональная схема подобной системы приведена на рисунке 4.1. Она содержит двигатель

постоянного тока М, преобразователь U, промежуточный усилитель А, измерительный

элемент АW (сумматор) и обратные связи. В качестве преобразователей в таких системах

электропривода используются генераторы постоянного тока, электромашинные, магнитные и

полупроводниковые (транзисторные и тиристорные) управляемые выпрямители.

Рисунок 4.1 – Функциональная схема системы УП-ДПТ.

ОПИСАНИЕ

AWE-сумматор

A -Промежуточный усилитель

U-преобразователь

uA-скорей всего датчик тока

u-датчик напряжения

L(M)- катушка

M1- двигатель постоянного тока

BR1- тахогенератор

 

В качестве промежуточных усилителей в электроприводах используются

электромашинные, магнитные, транзисторные и интегральные усилители.

В системах электропривода применяются три основные жёсткие обратные связи: по

скорости, напряжению и току двигателя, а также их различные комбинации.

Для усвоения работы системы в целом целесообразно рассмотреть систему с

раздельными связями, а затем в комплексе.

Рассмотрим типовые узлы, которые применяются в управлении электроприводами,

поддерживающие заданные переменные на требуемом уровне с высокой точностью.

Изображения узлов упрощены и представлены в форме удобной для изучения. Каждый

входящий в узел элемент сохраняет свои принципиальные особенности, подлежащие учету

при рассмотрении его действия.

Предполагается, что преобразователь усиливает входные сигналы и имеет

коэффициент усиления (передачи) зависящий от входной или выходной переменной. В

частных случаях этот коэффициент считается постоянным. Второй особенностью

преобразователя считается то, что он имеет выходное сопротивление, на котором выходной

ток создает падение напряжения (иногда поддающееся учету). В динамике преобразователь

считается либо безинерционным, либо инерционным элементом, эквивалентным по

действию апериодическому или колебательному звену. Постоянные времени

преобразователя могут также зависеть от переменных, двигатель постоянного тока

независимого возбуждения, в динамике при управлении изменениями напряжения якоря

считается эквивалентным по действию колебательному динамическому звену.

Тахогенераторы считаются безинерционными элементами с выходным напряжением,

пропорциональным скорости. Источники задающих напряжений и напряжений сравнения

принимаются имеющими бесконечно большие мощности и внутренние сопротивления,

равные нулю. Упругие механические звенья считаются безинерционными и

подчиняющимися закону Гука.

Особое внимание следует уделять обратным связям, т.к. изучая возможности каждой

связи можно решать вопросы выбора типовых узлов - их схем и параметров. Для

обеспечения точного поддержания переменных на заданном уровне необходимо рассмотреть

типовые узлы систем управления электроприводами, позволяющие поддерживать

постоянство напряжения, тока, скорости, вращающего момента и мощности двигателей;

привести физические описания действия обратных связей и с их помощью точного

поддержания заданных переменных.

 

megaobuchalka.ru

Система пч-ад (преобразователь частоты - асинхронный двигатель)

Как уже отмечалось ранее, в качестве преобразователя частоты могут использоваться электромашинные и статические (тиристорные или транзисторные) преобразователи. В первом случае регули­руемые АД питаются от синхронного генератора СГ, приводимого во враще­ние двигателем постоянного тока независимого возбуждения, который, в свою очередь, получает питание от генератора постоянного тока или от ТП. Иначе говоря, привод СГ осуществляется либо по системе ГД, либо по системе ТП-Д. В качестве электромашинных преобразователей частоты применяются и асинхронные преобразователи, вращаемые асин­хронным двигателем (для питания электропил в лесной промышленности).

Схема регулирования скорости СГ, а следовательно, и частоты, по системе ТП-Д проще и дешевле, чем по системе ГД, т.к. в этом случае меньше число ступеней преобразования энергии. В качестве примера на рис. изображена схема одновременного частотного регулирования ряда АД, которые полу­чают питание от СГ, скорость которого, следовательно, частота выходного напряжения, регулируется по системе ТП-Д .Такая схема применяется, в тех случаях, когда требуется одновременно синхронно изменять скорость ряда к.з. АД, в частотности, для питания двигателей рольгангов прокатного стана. В этой схеме обеспечивается закон пропорционального регулирования, т.е. .

Схема имеет два канала управления: канал управления частотой, воздействующий на скорость СГ и канал управления напряжением, воздействующий на возбуждение СГ. Первый канал имеет структуру сис­темы ТП-Д и обладает значительной инерционностью, обусловленной механической инерцией агрегата (ДПТ-СГ). Второй канал также инерционен в связи с наличием электромагнитной инерции цепи возбужде­ния СГ.

Более совершенными являются системы со статическими преобразователями частоты. В этих системах в самом преобразователе только две ступени преобразования энергии – ступень преобразования переменного тока в постоянный и ступень инвертирования. Эти две ступени в самостоятельном виде присутствуют в ПЧ со звеном постоянного тока (см.рис.), а в НПЧ функции выпрямления и инвертирования совмещены в реверсивном преобразователе постоянного тока, выпрямленное напряжение которого изменяется системой управления. Принципиальная схема привода с НПЧ изображена на рис.Как известно, тиристорный преобразователь частоты(ТПЧ) может обладать либо свойствами источника напряжения (АИН), либо источника тока (АИТ). В первом случае преобразователь имеет канал управления напряжением и канал управления частотой. Во втором случае ТПЧ кроме канала управления частотой имеет канал управления током. Канал управления частотой можно считать практически безинерционным. Канал управления напряжением или током воздействует на УВ и его быстродействие определяется быстродействием выпрямителя.

При частотном управлении, при котором обеспечиваются законы S=const , m=const , r=const в пределах абсолютных скольжений Sa<<Skp уравнение динамической механической характеристики двигателя в операторной форме имеет вид:

,где

Дополнив эти уравнения уравнением движения электропривода при жестких механических связях, получим структурную схему системы ПЧ-АД, которая изображена на рис.

Динамические свойства системы ПЧ-АД как объекта управления хуже, чем свойства регулируемых электроприводов постоянного тока в связи с отсутствием независимого канала регулирования потока, аналогичного обмотке возбуждения ДНВ. Так, при питании от АИН потокосцепления 1, m, и 2 сложно зависят от U, f, и Sa, что было видно при рассмотрении вопроса о статических характеристиках АД при частотном управлении.

КПД системы ПЧ-АД с тиристорным преобразователем, имеющим звено постоянного тока, несколько ниже, чем в системе ТП-Д из-за двойного преобразования энергии. Cos близок к значению коэффициента мощности системы ТП-Д если в качестве звена постоянного тока используется ТП. Наиболее близкими к системе ТП-Д по массогабаритным показателям обладает система с НПЧ.

studfiles.net

Система пч-ад (преобразователь частоты - асинхронный двигатель)

Как уже отмечалось ранее, в качестве преобразователя частоты могут использоваться электромашинные и статические (тиристорные или транзисторные) преобразователи. В первом случае регули­руемые АД питаются от синхронного генератора СГ, приводимого во враще­ние двигателем постоянного тока независимого возбуждения, который, в свою очередь, получает питание от генератора постоянного тока или от ТП. Иначе говоря, привод СГ осуществляется либо по системе ГД, либо по системе ТП-Д. В качестве электромашинных преобразователей частоты применяются и асинхронные преобразователи, вращаемые асин­хронным двигателем (для питания электропил в лесной промышленности).

Схема регулирования скорости СГ, а следовательно, и частоты, по системе ТП-Д проще и дешевле, чем по системе ГД, т.к. в этом случае меньше число ступеней преобразования энергии. В качестве примера на рис. изображена схема одновременного частотного регулирования ряда АД, которые полу­чают питание от СГ, скорость которого, следовательно, частота выходного напряжения, регулируется по системе ТП-Д .Такая схема применяется, в тех случаях, когда требуется одновременно синхронно изменять скорость ряда к.з. АД, в частотности, для питания двигателей рольгангов прокатного стана. В этой схеме обеспечивается закон пропорционального регулирования, т.е. .

Схема имеет два канала управления: канал управления частотой, воздействующий на скорость СГ и канал управления напряжением, воздействующий на возбуждение СГ. Первый канал имеет структуру сис­темы ТП-Д и обладает значительной инерционностью, обусловленной механической инерцией агрегата (ДПТ-СГ). Второй канал также инерционен в связи с наличием электромагнитной инерции цепи возбужде­ния СГ.

Более совершенными являются системы со статическими преобразователями частоты. В этих системах в самом преобразователе только две ступени преобразования энергии – ступень преобразования переменного тока в постоянный и ступень инвертирования. Эти две ступени в самостоятельном виде присутствуют в ПЧ со звеном постоянного тока (см.рис.), а в НПЧ функции выпрямления и инвертирования совмещены в реверсивном преобразователе постоянного тока, выпрямленное напряжение которого изменяется системой управления. Принципиальная схема привода с НПЧ изображена на рис.Как известно, тиристорный преобразователь частоты (ТПЧ) может обладать либо свойствами источника напряжения (АИН), либо источника тока (АИТ). В первом случае преобразователь имеет канал управления напряжением и канал управления частотой. Во втором случае ТПЧ кроме канала управления частотой имеет канал управления током. Канал управления частотой можно считать практически безинерционным. Канал управления напряжением или током воздействует на УВ и его быстродействие определяется быстродействием выпрямителя.

При частотном управлении, при котором обеспечиваются законы S=const , m=const , r=const в пределах абсолютных скольжений Sa<<Skp уравнение динамической механической характеристики двигателя в операторной форме имеет вид:

, где

Дополнив эти уравнения уравнением движения электропривода при жестких механических связях, получим структурную схему системы ПЧ-АД, которая изображена на рис.

Динамические свойства системы ПЧ-АД как объекта управления хуже, чем свойства регулируемых электроприводов постоянного тока в связи с отсутствием независимого канала регулирования потока, аналогичного обмотке возбуждения ДНВ. Так, при питании от АИН потокосцепления 1, m, и 2 сложно зависят от U, f, и Sa, что было видно при рассмотрении вопроса о статических характеристиках АД при частотном управлении.

КПД системы ПЧ-АД с тиристорным преобразователем, имеющим звено постоянного тока, несколько ниже, чем в системе ТП-Д из-за двойного преобразования энергии. Cos близок к значению коэффициента мощности системы ТП-Д если в качестве звена постоянного тока используется ТП. Наиболее близкими к системе ТП-Д по массогабаритным показателям обладает система с НПЧ.

studfiles.net

5.6. Обобщенная система управляемый преобразователь-двигатель

В курсе «Теория электропривода» изучаются наиболее общие закономерности, свойственные разомкнутым и замкнутым системам электропривода, поэтому в предшествующем изло­жении при изучении особенностей отдельных видов электро­механических преобразователей значительное внимание было уделено установлению общности процессов электромеханичес­кого преобразования энергии в различных двигателях и в § 4.3 введено понятие обобщенной разомкнутой электроме­ханической системы с линейной механической характеристикой. Это позволило выполнить в гл. 4 анализ динамики разомкну­тых систем в обобщенном виде, проиллюстрировав частные проявления общих свойств в конкретных электроприводах примерами расчета.

Проведенный в данной главе анализ особенностей основных разновидностей регулируемого электропривода — систем Г — Д, ТП - Д и ПЧ - АД — также дает основания для обобщений. Сравнивая структурные схемы этих систем, которые ранее были приведены на рис. 5.5,6, 5.8,6 и 5.11, можно установить их принципиальную аналогию в пределах принятых допуще­ний.

Опираясь на эту аналогию, можно с учетом упругих механических связей в системе электропривода записать следующую систему дифференциальных уравнений для обобщенной системы упровляемый преобразорватель-двигатель(УП-Д)

Структурная схема обобщенной системы УП - Д, соответ­ствующая (5.18), представлена на рис. 5.12, д. В пределах принятых допущений эта структура в дальнейшем используется для анализа наиболее общих закономерностей, характерных для регулирования основных координат электропривода. Из приведенных пояснений к 4юpмyлe (5.18) вытекает, что специфика конкретных систем при рассмотрении свойств системы УП — Д отражается в значениях обобщенных пара­метров и их связи с конкретными параметрами машин.

Структурная схема системы УП - Д, приведенная на рис. 5.12, я, может использоваться при анализе влияния обратных связей на динамику упругих электромеханических систем. Для анализа общих возможностей и свойств электропривода при регулировании тока, момента, скорости и положения в дальнейшем используется обобщенная структура электро­привода по системе УП - Д при жестких механических связях (с12=∞), представленная на рис. 5.12, 6.

5.7. Связь показателей регулирования с лачх разомкнутого контура регулирования

Математические методы теории автоматического управления являются основой для синтеза замкнутых систем регулируемого электропривода с заданными статическими и динамическими показателями. Наиболее общие и широко используемые на практике представления о возможностях реализации заданных показателей регу­лирования дает известная из курса теории управления связь основных показателей с ЛАЧХ разомкнутого контура регулирования.

Структурная схема контура регулирования, преобразованная к еди­ничной обратной связи для удобства определения ошибки регули­рования, представлена па рис. 5.13. Передаточная функция разомкну­того контура по управляющему воздействию [при Fв(p) == 0] имеет вид

где WpxиWo,px — передаточные функции соответственно регулятора величиныхи объекта регулирования;W”o,px— передаточная функция объекта регулирования по возмущающему воздействиюFв.

Если для рассматриваемого контура регулирования определить передаточные функции ошибки по управлению xз и по возму­щениюFв, то с их помощью можно получить известное из теории управления изображение суммарной ошибки замкнутого контура регулирования:

Пусть в общем случае передаточная функция разомкнутого кон­тура регулирования имеет вид

где v- порядок астатизма контура;m,n -число последовательно включенных соответственно инерционных и форсирующих звеньев;

k -коэффициент усиления разомкнутого контура.

Для того чтобы после замыкания контура отрицательной обрат­ной связью по регулируемой координате обеспечивались требуемая точность и динамические показатели качества регулирования, не­обходимо, чтобы ЛАЧХ разомкнутого контура имела вполне опреде­ленный вид и параметры. Общая форма желаемой ЛАЧХ разомкнутого контура представлена на рис. 5.14.

Чтобы удовлетворить требованиям, предъявляемым к электропри­воду в отношении точности регулирования координаты, необходимо сформировать низкочастотную область характеристики определенного вида. Эта область определяется коэффициентом kи порядком астатизма системыv. Еслиv= 0, т. е. в разомкнутом контуре регулирования отсутствуют интегрирующие звенья, система является статической системой регулирования, при этом статическая ошибка регулирования определяется в соответствии с (5.19) коэффициентом усиления контураkДля получения требуемой точности необходимо предусмотреть коэффициент усиления, отвечающий условию

где Хзmax- заданное значение переменной; Δxmax- допустимая ошибка регулирования.

Рис. 5.13. Структурная схема замкнутою контура регулирования 313

Если требуется исключить статическую ошибку по заданию, необходимо, чтобы в контуре был интегрирующий элемент (v = 1), при этом будет иметься динамическая ошибка, возникающая при изменениях задания. Увеличение порядка астатизма (v = 2) повышает при надлежащем коэффициенте усиления kдинамическую точность регулирования.

Низкочастотная часть желаемой ЛАЧХ, соответствующая v = 0, 1, 2 представлена на рис. 5.14 в виде отрезков прямых 1—3. Нетрудно видеть, что повышение порядка астатизма увеличивает значения комплексного коэффициента усиления в низкочастотной части и динамическая точность регулирования возрастает тем в большей степени, чем в более широком диапазоне частот обеспе­чивается повышение амплитуд.

Динамические показатели качества регулирования определяются главным образом среднечастотной асимптотой ЛАЧХ Lpaз xДля получения достаточного запаса устойчивости необходимо, чтобы в районе частоты среза Ωс был достаточно протяженный участок с наклоном —20 дБ/дек. Чем шире этот участок, тем выше на час­тоте среза запас по фазе ΔΨ(Ω)=π-ψ(Ωс) где ψ(Ω)-ФЧХ контура. Зависимость Δψ(Ω) показана на рис. 5.14 (кривая 4).

Рис. 5.14. Желаемые частотные характеристики разомкнутого контура регулирования

От запаса по фазе на частоте среза зависят колебательность и перерегулирование (см. рис. 5.3):

(5.20)

Частота среза определяет быстродействие контура регулирования. С ней связано время регулирования

(5.21) а также время максимума перерегулирования

(5.22)

Ближайшая нижняя частота сопряжения Ω1н влияет на перерегу­лирование: по мере приближения Ω1н к частоте среза запас по фазе ΔΨ(Ωс)уменьшается и перерегулирование возрастает. Ближайшая к частоте среза верхняя частота сопряжения Ω1в и вся высокочастотная часть ЛАЧХ Гразхсказывается на начальном участке переходного процесса.

Чем ближе частоты сопряжения этой области к частоте среза и чем выше наклон удаленной асимптоты, тем больше показанный на рис. 5.3 участок запаздывания движения t3

Таким образом, требования к точности и динамическим пока­зателям электропривода при регулировании определенной переменной позволяют конкретизировать количественные характеристики желае­мой ЛАЧХ разомкнутого контура. При известной ЛАЧХ объекта регу­лирования переменной х Lо,рх желаемая ЛАЧХ разомкнутого контураLразх позволяет определить требуемую ЛАЧХ регулятора, вводимого в контур регулирования:

Далее решается техническая задача подбора удобной схемы регулятора и определения его параметров, исходя из (5.23). Этот путь синтеза универсален и позволяет наиболее полно учесть весь комплекс предъявляемых к электроприводу требований в отношении, как точности регулирования, так и его динамических показателей в наиболее сложных случаях.

Однако при проектировании электроприводов массового приме­нения, при создании унифицированных систем электропривода широ­кого назначения этот путь сложен и не обеспечивает достаточной конкретности получаемых динамических свойств регулируемого элект­ропривода.

Для случаев, когда в основу синтеза могут быть положены динамические показатели, в теории электропривода разработан ин­женерный метод последовательной коррекции с использованием под­чиненных контуров регулирования.

Этот метод позволяет получить вполне определенные динами­ческие свойства регулируемого электропривода, соответствующие конкретным так называемым стандартным настройкам контуров регулирования.

studfiles.net