1. Введение.
Электропривод представляет собой электромеханическую систему, состоящую из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенную для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.
Современное машинное устройство или, как его называют иначе, производственный агрегат состоит из большого числа разнообразных деталей, отдельных машин и аппаратов, выполняющих различные функции. Все они в совокупности совершают работу, направленную на обеспечение определенного производственного процесса. Необходимо хорошо знать назначение отдельных элементов, составляющих машинное устройство, так как без этого невозможно проектировать и создавать машину, а также невозможно правильно обслуживать ее в эксплуатации.
Различают регулируемый ЭП , параметры движения которого могут изменяться по внешним командам, и нерегулируемый. Наиболее совершенным видом регулируемого ЭП является электропривод постоянного тока, в котором регулирование осуществляется изменением среднего значения напряжения, приложенного к якорю электродвигателя постоянного тока. В последнее время в качестве источника регулируемого напряжения постоянного тока используют, как правило, тиристорные преобразователи (ТП). Такие электроприводы называются тиристорными.
Электропривод, разработанный в данном проекте, может быть использован в различных производственных механизмах, где требуется автоматическое регулирование скорости, большая жесткость механической характеристики и широкий диапазон регулирования.
3. Выбор структуры системы управления электропривода.
Выбор структуры системы управления электропривода производится с учетом требований технического задания на электропривод. Основными требованиями к электроприводу являются: поддержание заданной скорости вращения электропривода (с учетом требуемых диапазона регулирования скорости, допустимой статической погрешности поддержания скорости), величина токоограничения при упоре, ускорение электропривода при пуске.
Для управления электроприводом принимаем двухконтурную схему с внешним контуром регулирования скорости и внутренним подчиненным контуром регулирования тока якоря двигателя.
В качестве внутреннего контура принимаем контур регулирования тока якоря. Он применяется, если требуется обеспечить:
-ограничение тока якоря допустимым значением при перегрузках электропривода;
- пуск или торможение электропривода с максимально возможным темпом;
- дополнительную коррекцию во внешнем контуре регулирования скорости.
В качестве внешнего контура принимаем контур регулирования скорости.
4. Выбор комплектного тиристорного электропривода.
Основными техническими данными комплектных тиристорных электроприводов являются номинальные ток Iнтп и напряжение Uнтп. Номинальный ток комплектного электропривода должен быть больше номинального тока двигателя:
Iнтп ³ Iндв.
Номинальное напряжение двигателя должно быть меньше номинального напряжения комплектного привода на 5 - 10 %, что обеспечивает запас на регулирование скорости и на безопасное инвертирование при снижении напряжения питающей сети.
Выбор комплектного тиристорного электропривода производим по току, напряжению и регулируемой координате (в данном случае - скорости).
Принимаем комплектный тиристорный электропривод унифицированной серии КТЭУ мощностью до 2000 кВт:
КТЭУ-500/220-13212-УХЛ4.
Цифры типообразования имеют следующие значения:
500 - номинальный ток электропривода;
220 - номинальное напряжение электропривода;
1 - электропривод однодвигательный;
3 - режим работы: реверсивный с изменением полярности напряжения на якоре;
2(первая) - исполнение ТП по способу связи с сетью: с трансформатором;
1 - основной регулируемый параметр: скорость, однозонное регулирование;
2(вторая) - состав коммутационной аппаратуры силовой цепи: с линейным контактором и динамическим торможением;
УХЛ4 - исполнение для районов с умеренным и холодным климатом.
В состав КТЭУ входят:
- электродвигатель постоянного тока с тахогенератором;
- ТП для питания якоря электродвигателя, состоящий из силовых тиристоров с системой охлаждения, защитных предохранителей, разрядных и защитных RLC-цепей, СИФУ, устройств выделения аварийного режима, контроля предохранителей и защиты от перенапряжений;
- ТП для питания обмотки возбуждения;
- силовой трансформатор;
- коммутационная и защитная аппаратура в цепях постоянного и переменного тока;
- сглаживающий реактор в цепи постоянного тока;
- устройство динамического торможения;
- система управления электроприводом;
- комплект аппаратов, приборов и устройств, обеспечивающих оперативное управление, контроль состояния и сигнализацию электропривода;
- узлы питания электромагнитного тормоза;
- контрольно-испытательные стенды.
Состав преобразовательной части ЭП.
Преобразовательная часть электропривода состоит из силовых тиристоров, системы их охлаждения, защитных RC-цепей, системы гальванического разделения и преобразования уровня управляющих импульсов, СИФУ, системы защит и сигнализации. К преобразовательной части относят также сетевой трансформатор, автоматические выключатели на стороне постоянного и переменного тока, сглаживающий реактор.
Сетевые трансформаторы по своим номинальным параметрам - напряжению и току - согласуются с номинальными параметрами электропривода. Автоматические выключатели применяют для защиты ТП и электродвигателя в аварийных режимах. В основном используются автоматические выключатели серий А3700 и ВАТ-42.
Назначение сглаживающих реакторов - уменьшать пульсации тока якоря электродвигателя, ухудшающие его коммутацию, зону прерывистых токов и скорость нарастания аварийного тока.
Силовая часть ТП.
Основной схемой преобразования в комплектных тиристорных электроприводах является трехфазная мостовая. Увеличение номинального тока ТП достигается параллельным включением тиристоров в плече. Защита тиристоров осуществляется предохранителями типа ПП57.
Для выравнивания токов в параллельно включенных тиристорах применяют индуктивные делители тока. В вентильных однофазных блоках (БВО) индуктивность делителя равна 4 - 5 мкГн. Для снятия перенапряжений при коммутации тиристоров используют RC-цепи, включенные параллельно тиристорам. Для потенциального отделения цепей формирования управляющих импульсов тиристоров от высокопотенциальных цепей управляющих электродов устанавливают импульсные трансформаторы.
В реверсивных электроприводах используется противопараллельное включение выпрямительных мостов. Для устранения уравнительных токов предусматривается раздельное управление выпрямительными мостами.
Силовая часть ТП состоит из тиристоров Т9-250, по 3 тиристора в плече. Вентиляция тиристоров принудительная. Предохранители для тиристоров не предусмотрены.
Система импульсно-фазового управления.
Система импульсно-фазового управления (СИФУ) предназначена для преобразования выходного напряжения системы управления uу в последовательность подаваемых на тиристоры отпирающих импульсов, момент формирования которых смещен относительно моментов естественного отпирания тиристоров на угол a, зависящий от значения uу.
В современных электроприводах СИФУ выполняют как синхронные многоканальные, т. е. в них выполняется отсчет угла a от моментов естественного отпирания для каждого плеча моста (или для каждой пары противофазных плеч). СИФУ состоит из узла формирования опорных напряжений, компараторов, сравнивающих напряжение управления uу и опорные напряжения uоп, узлов, преобразующих моменты переключения компараторов в импульсы управления тиристорами, узлов ограничения диапазона изменения угла a и выходных усилителей. В реверсивных электроприводах СИФУ дополняется узлом выбора выпрямительного моста АВ.
СИФУ имеет следующие технические данные:
Максимальное входное напряжение, В, не более ...........................8-10
Входной ток, мА, не более...............................................................5
Напряжение синхронизации с питающей сетью трехфазное, В......380 или 100
Допустимые коммутационные провалы, %*град............................400
Температурный дрейф характеристики при изменении
температуры от 1 до 40 С, %, не более.......................................4
Диапазон изменения угла управления, град....................................5 - 170
Асимметрия импульсов отдельных каналов, град, не более...........3
СИФУ гальванически отделена от силовой части электропривода. В реверсивных электроприводах СИФУ дополняется узлом выбора выпрямительного моста АВ. Устройство раздельного управления АВ обеспечивает бестоковую паузу не более 5-7 мс с возможностью ее регулировки.
СИФУ электроприводов серии КТЭУ выполняется с широким использованием операционных усилителей серии К5553УД2, логических интегральных микросхем серии К511.
СИФУ электроприводов серии КТЭУ имеют следующие особенности:
- косинусоидальное опорное напряжение;
- 6-канальное устройство фазосмещения;
- использование одного устройства фазосмещения для обоих выпрямительных мостов в реверсивных ЭП;
- высокочастотное заполнение узких отпирающих импульсов;
- использование сигналов с трансформаторов переменного тока для работы логического переключающего устройства.
Система защит преобразовательной части.
Преобразовательная часть тиристорных ЭП снабжается быстродействующей системой защиты, назначение которой - обнаружить аварию и локализовать ее, уменьшить ее вредные последствия. Большая часть аварий влечет за собой появление значительных токов в тех или иных элементах силовой цепи, и поэтому основное назначение защиты - ограничивать рост тока в силовой цепи. Некоторые виды аварий могут вызвать выход из строя элементов схемы без увеличения тока; например, отключение принудительной вентиляции вызовет перегрев тиристоров даже при номинальном токе; некоторые элементы выходят из строя при появлении перенапряжений, в частности, приходящих из питающей сети.