Транзисторные силовые преобразователи. Нереверсивная схема широтно-импульсного преобразователя

В период времени

 транзистор закрывается и работа ДПТ (двигателя постоянного тока) поддерживается за счёт  запасённой в нём электромагнитной энергии и ток якоря

 замыкается через диод VD.

За время коммутации

 среднее значение напряжения

,

где

 - скважность.

Возможны различные способы управления:

1. меняется

,

 - константа, широтно-импульсный преобразователь (ШИП);

2. меняется

 (

– частота коммутации),

 - константа, частотно-импульсный преобразователь (ЧИП);

3.

 и

 - переменные, ЧИП с более сложной схемой.

Управление транзистором V в ШИП осуществляется широтно-импульсным модулятором (ШИМ’ом). В нём пилообразное опорное напряжение

 меняется с частотой

 (более 100 Гц) и при равенстве опорного и управляющего напряжений

 переключается транзистор V.

Внешняя характеристика ШИП:

 - механическая характеристика.

 - ток близкий к току короткого замыкания.

Область прерывистых токов образуется при малых нагрузках и из-за импульсного характера работы ШИП, т.е.

 может достигать нулевого значения.

Структура электроавтоматики на базе ПЛК. Часть 3

Логические функции, определяющие состояние элементов P1 и Y1, имеют вид:

Для решения данной задачи может быть применен любой традиционный вычислитель с развитой системой логических команд.

При построении ПЛК необходимо учитывать следующие особенности объекта:

-  число входов и выходов и ОУ сильно отличается и может изменяться от нескольких десятков до многих сотен;

-  обычно требуются силовые выходы, способные без дополнительного усиления включать реальные устройства электронной автоматики (электрические магниты, контакторы, реле, электронные магнитные муфты и т.д.);

-  входные и выходные устройства электронной автоматики могут принадлежать цепям постоянного и переменного тока;

-  между цепями вычислителя и цепями ОУ может быть выполнена гальвоническая развязка (посредством герконов или оптронов).

Обычно ПЛК строят по агрегатному принципу, допускающему установку и изъятие дополнительных модулей входных и выходных сигналов.

Модуль входов служит для преобразований сигналов напряжением 24 В в сигналы, с которыми работает модуль вычислителя. Посредством модуля входов в ПЛК вводятся дискретные сигналы, получаемые от переключателей, контактов реле и других дискретных датчиков объекта.

Структура электроавтоматики на базе ПЛК. Часть 2

При решении логической задачи содержанием вычислительного процесса является решение логических уравнений типа:

 - выходная функция

 - внутренняя функция

Набор сигналов

 - набор выходных переменных.

 - набор внутренних переменных

 - логические операторы.

Выходные функции определяют составляющие исполнительных устройств ОУ. Внутренние функции не имеют реального выхода и воздействуют только на элементы памяти. К входным переменным относятся входные сигналы, поступающие с дискретных датчиков, путевых переключателей, кнопок, тумблеров и других устройств работающих по принципу «вкл – выкл». Внутренние переменные поступают с элементов памяти и отражают внутреннее состояние СУ.

Пример: дан релейный эквивалент фрагмента дискретной СУ

 - элемент памяти (промежуточное реле)

 - контактор.

Структура электроавтоматики на базе ПЛК. Часть 1

Поведение ОУ (движение или любое другое изменение состояния) отображаются некоторым множеством входных сигналов, которые вводятся в ПЛК через модуль входных сигналов. Программа электроавтоматики, обрабатывая информацию о состоянии О. (путем решения логических уравнений), формирует соответствующее множество выходных сигналов. Выходные сигналы через модуль выходных сигналов направляется к исполнительным устройствам, которые переводят О. в новые состояния и т.д. Таким образом работа ПЛК при решении логических задач связана с повторяющейся последовательно сменой фаз.

Схема одного полного цикла смены фаз.

1 – обработка входов

2 – решение логических уравнений

3 – передача сигналов на выход ПЛК.

Таким образом, ПЛК в течении цикла своей работы обменяется информацией с внешней средой и производит обработку данных, предписанную программой электроавтоматики. Чем выше вычислительная мощность ПЛК, тем короче цикл его работы. Для реальных станочных систем

 - период таймера.

Система импульсно-фазавого управления (СИФУ)

СИФУ связано с ТП. Она обеспечивает преобразование непрерывного сигнала в импульсный сигнал управления, фаза которого изменяется пропорционально входному управляющему воздействию, т.к. α откладывается от точки естественной коммутации, то СИФУ должна быть связана с вторичными обмотками трансформатора.

СИФУ являются многоканальными устройствами, т.е. для каждого тиристора используется свой канал управления, но напряжение управления Uу в каждом канале одинаково.

В фазосдвигающем устройстве (ФСУ) напряжение управления сравнивается с опорным напряжением (Uоп) которое задается блоком опорного напряжения (БОН) связанным с напряжением питания (Uп). В БОН напряжение перемещается по вертикали.

При равенстве опорного напряжения и напряжения управления нуль-орган подает сигнал на устройство формирования импульса, который и открывает тиристор в соответствии с заданным входным воздействием. Опорное напряжение в виде синусоиды имеет разную крутизну, поэтому в БОН получают пилообразное или треугольное напряжение.

Ограничивающий элемент (ОЭ) необходим для ограничения напряжения управления допустимым значением: Uу ≤ Uдоп. Можно использовать одноканальную СИФУ, но в этом случае нужен электронный коммутатор распределяющий управляющие импульсы по тиристорам. Можно использовать ЭВМ в качестве СИФУ.

Реверсивная мостовая схема ТП

Возможны три способа реверсирования:

1) Один ТП с контактной сх. управления.

При прямом вращении включается контактор КМ1, КМ2 отключен. Для реверсирования наоборот КМ2 включен, а КМ1 выключен, полярность в якорной цепи меняется, как и напряжение вращения.

2)

Изменить полярность обмотки возбуждения, для этого необходимо напряжение снизить до нуля, т.е. остановить дв-ль, изменить полярность ОВ и вновь подключить ДПТ к питающему напряжению якоря. Это как и в первом случае связано с большими затратами времени и неэкономично, поэтому используют третий способ.

3) Используются два комплекта мостовых схем ТП включенных встречно-параллельно.

Работа ТП зависит от способа управления

- совместная,

- раздельное.

 При совместном управлении работают оба комплекта 1ТП и 2ТП, т.е. один в двигательном другой в инверторном управлении, при этом α1 + α2 ≈ π. При этом возникает уравнительный ток Iур, который является дополнительной нагрузкой, снижает КПД, исключает режим прерывистых

токов, а также облегчает переход от прямого вращения к обратному, но для снижения уравнительного тока необходимо использовать сглаживающие реакторы L1 – L4.

При раздельном управлении используется в первом и четвертом квадрантах (при положительной скорости) первый комплект 1ТП, а во втором и третьем квадрантах (при обратном вращении) второй комплект ТП. Это устраняет уравнительные токи, повышает КПД, но возможен режим прерывистых токов и усложняется СУ, т.к. необходим логический блок управления (ЛБУ), который по знаку напряжения управления, т.е. знаку скорости двигателя выбирает тот или иной комплект ТП.

Мостовая схема нереверсивного ТП

В этом случае вторичные обмотки включаются в диагональ шестифазного моста.

СИФУ – система импульсно-фазового управления, подающая открывающий импульс на тиристор.

Мостовая сх. может работать как в выпрямительном так и в инверторном режиме. При 0 < α < π/2, Еα  > Ед ,

где  Ед – противоЭДС -  выпрямительный или двигательный режим. При α > π/2  Ед = Е0cosα меняет свой знак и необходимо изменить направление Ед чтобы не было сложения Еα и Ед и опрокидывания двигателя. Это необходимо также т.к. тиристор имеет одностороннюю проводимость, такой режим называется инверторным или рекуперативным. Необходимо ограничивать угол α минимальным и максимальным значениями чтобы двигатель не потерял устойчивость:

αmax = π – γ – δ = 150..160,

где угол γ одновременно учитывает коммутацию двух тиристоров, т.е. возможна работа двух тиристоров , в этом случае будет сложение выпрямленного напряжения,

угол δ учитывает ухудшение запирающих свойств тиристора.

Схема одного полного цикла смены фаз. Часть 2

Для решения данной задачи может быть применен любой традиционный вычислитель с развитой системой логических команд.

дискрет, производят обнуление буферов достигнутых позиций.

2) Режим “Ввод программы”

Вводят в память с клавиатуры или с внешних носителей управляющие программы, редактируют управляющие программы и вводят их на внешние носители.

3) Режим «Покадровая отработка»

Выполняет отдельные команды языка ISO – 7 bit или отдельные независимые кадры управляющей программы.

4) Режим «Автоматическая работа»

Воспроизводится автоматический цикл обработки детали в соответствии с активизированной управляющей программой ЧПУ.

Управление электроавтоматикой станка.

Перемещение инструмента по заданной программе функции ЧПУ далеко не исчерпываются. На современных станках автоматизированы многочисленные вспомогательные операции:

- управление автоматической сменой инструмента (функции Т),

- контроль положения рабочих органов, связанный с ограничениями рабочей зоны,

- управление механизмом переключения ступеней скоростей в приводах главного движения (функция S),

- управление зажимными приспособлениями, охлаждением, смазкой, перемещением ограждения и др. (функции М).

Все эти функции выполняются системой электроавтоматики. Данная система обеспечивает:

- подготовку станка к работе,

- работу станка в заданных режимах,

- индикацию состояния электрооборудования станка и самой системы электроавтоматики во всех режимах,

- выход из аварийных ситуаций,

- хранение информации при подключении питания,

- защиту электрооборудования и др.

Таким образом, система электроавтоматики – это система автоматического управления механизмами и группами механизмов, поведение которых определяется множеством дискретных выходных сигналов, а условие их смены формируется под влиянием входных дискретных сигналов, поступающих со стороны ОУ.

в настоящее время для управления электроавтоматикой станков широко применяют программируемые логические контроллеры (ПЛК). В АЛ, в АС (станках) и в другом автоматическом оборудовании ПЛК используются как самостоятельные устройства. В станках с ЧПУ ПЛК входят обычно в состав УЧПУ и являются его частью.

Схема одного полного цикла смены фаз. Часть 1

1 – обработка входов

2 – решение логических уравнений

3 – передача сигналов на выход ПЛК.

Таким образом, ПЛК в течении цикла своей работы обменяется информацией с внешней средой и производит обработку данных, предписанную программой электроавтоматики. Чем выше вычислительная мощность ПЛК, тем короче цикл его работы. Для реальных станочных систем

 - период таймера.

При решении логической задачи содержанием вычислительного процесса является решение логических уравнений типа:

 - выходная функция

 - внутренняя функция

Набор сигналов

 - набор выходных переменных.

 - набор внутренних переменных

 - логические операторы.

Выходные функции определяют составляющие исполнительных устройств ОУ. Внутренние функции не имеют реального выхода и воздействуют только на элементы памяти. К входным переменным относятся входные сигналы, поступающие с дискретных датчиков, путевых переключателей, кнопок, тумблеров и других устройств работающих по принципу «вкл – выкл». Внутренние переменные поступают с элементов памяти и отражают внутреннее состояние СУ.

Пример: дан релейный эквивалент фрагмента дискретной СУ

 - элемент памяти (промежуточное реле)

 - контактор.

Логические функции, определяющие состояние элементов P1 и Y1, имеют вид:

Нулевая схема ТП в режиме прерывистых токов и их характеристики

При малой индуктивности токоограничительных реакторов и малых нагрузках может возникнуть режим прерывистых токов, выпрямленными напряжениями есть разрывы, что является причиной прерывистых токов. Условие возникновения прерывистых токов: α > π/2 – π/m.

При этом возрастает колебательность привода, снижается его быстродействие.

Характеристикой ТП (внешней) явл. зависимость Uтп = f(Iтп)

Uтп = Eα – ∆Uт – ∆Uк – ∆UR

∆Uт = 1 В – падение напряжение на тиристоре,

∆Uк – падение напряжение из-за неравномерности коммутации,

∆UR = Iтп*Rтп