Модернизация существующей системы электроснабжения

П17—балансировка регулятора скорости; П18, — регулирование пропорционального усиления; П20 — регулировка времени интегрирования.

Предусмотрено два входа  для задающего сигнала Узад —  прямой и дифференциальный. Подключение осуществляется перемычками М23, М24 и М25. Регулирование максимальной скорости электродвигателя осуществляется изменением величины обратной связи по скорости при помощи потенциометра П14.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8 - Регулятор тока

 

Регулятор тока (рисунок 8) также представляет собой ПИ-регулятор и выполнен на операционном усилителе ИС65. Входным сигналом РТ является выходное напряжение регулятора скорости, определяющее величину тока двигателя. В качестве датчика тока применен шунт Sh, сигнал которого через дифференциальный усилитель, выполненный иа ОУ ИС69, ИС70. подается в цепь обратной1 связи РТ. Сопротивление R415 позволяет регулировать величину тока.

Предусмотрена блокировка регулятора «ключом» на полевых транзисторах.

Запайкой сопротивления R397 регулятор можно сделать пропорциональным.

Сопротивления R4-24 и R425 предназначены  для задания начальной величины тока при остановленном двигателе, т. е. для задания при необходимости момента, удерживающего, например, вертикальные координаты от падения. Однако, как правило, эти сопротивления не запаиваются.

При настройке PC и РТ следует помнить, что сопротивления, помеченные знаком *, подобраны на заводе-изготовителе для конкретного типа двигателя и менять их не следует.

Потенциометрами П18 и  П20 добиваются оптимального переходного процессса на высоких скоростях, при этом в кривых скорости и тока не должно быть перерегулирования, а ток должен достигать максимального значения между 2-м и 3-м пульсами. Однако при снижении величины задающего напряжения, на низких скоростях, вновь появится перерегулирование. Для его уменьшения необходимо увеличить коэффициент пропорционального усиления и уменьшить время интегрирования. Для этой цели в приводе предусмотрен адаптивный регулятор коэффициента усиления.

Адаптивный регулятор  предназначен для изменения коэффициента усиления и постоянной времени интегрирования PC в функции частоты вращения, что позволяет обеспечить высокие динамические характеристики привода. Принцип действия АР основан на широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Параллельно потенциометрам П18—пропорционального и П20 — интегрирующего усилителей PC через «ключи» на полевых транзисторах включены потенциометры П19 и П21 соответственно (рисунок 9). Ключи и, следовательно, время параллельного включения потенциометров П19 и П21 управляются от АР. При этом выделяется три зоны (рисунок 10).

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 9 - Фрагмент регулятора скорости

 

большое, постоянная времени малая,ключ замкнут, потенциометры П19 и 
П21 включены параллельно П18 иП20;II зона. Средние скорости, плавное изменение усиления и постоянной  времени в функции скорости. Большие скорости, малое усиление, большая постоянная 
времени, ключ разомкнут, потенциометры П19 и П21 отключены.

Блок-схема узла адаптации показана на рисунке 10 и включает в себя следующие элементы:

- генератор треугольного напряжения, выполненный на ОУ ИС51 и ИС52;

- сумматор входных сигналов ИС66;

- схема выделения модуля входного сигнала ИС67;

- компаратор ИС68, ИС53;

- Преобразователь уровня напряжения, транзистор Т101;

- ключи на полевых транзисторах 7104, Т105 и Т108, Т109. На вход компаратора подается три напряжения:

Напряжение треугольной  формы от автономного генератора частотой около 10 кГц;

Отрицательное напряжение смещения, регулируемое потенциометром П23 и запирающее выход компаратора;

Выпрямленная сумма  напряжений задания и тахогенератора положительного знака.

Скорость  изменения этого напряжения регулируется потенциометром П22.

Работа узлов адаптации поясняется диаграммой рисунок 11. При малых скоростях положительное напряжение ИС67 меньше напряжения смещения с потенциометра П23. ОУИС68 насыщен в положительном направлении. Напряжение, на неинвертирующем входе ИС53 больше, чем. амплитуда треугольного напряжения на инвертирующем входе, следовательно, ИС53 насыщен также в положительном направлении. Транзистор. Т101 открыт, на входе ключей напряжение + 15 В, ключ замкнут, подключено параллельное сопротивление, усиление большое.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 10 - Блок-схема узла адаптации

При больших скоростях  напряжение ИС67 больше напряжения смещения. ИС68 и ИС53 насыщены в отрицательном направлении. Транзистор Т101 закрыт, на входе ключей напряжение — 30 В, ключ разомкнут, параллельное сопротивление не подключено, усиление малое.

На средних скоростях  напряжения ИС67 и смещения соизмеримы, под действием треугольного напряжения ОУ ИС53 переключается по закону широтно-импульсной модуляции, обеспечивая плавное изменение коэффициента, усиления и соответственно времени интегрирования.  

Чем больше коэффициент  усиления ОУ ИС66, тем уже зона адаптации.

Следует отметить, что  адаптивный регулятор работает только при малой сумме задающего напряжения и напряжения тахогенератора, при пуске и торможении с больших скоростей АР не работает, что обеспечивается суммированием указанных сигналов на ОУ ИС66.

Влияние регулировочных потенциометров на зависимость коэффициента усиления от скорости показана на рисунке 11.

В качестве ГТН применена  типовая схема, состоящая из генератора линейно-изменяющегося напряжения на ИС52 и компаратора ИС51 с гистерезисной характеристикой за счет положительной обратной связи. Подробное описание его работы приведено в главе III.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 11 - Диаграмма работы адаптивного регулятора

Рисунок 12 - Блок-схема нелинейного токоограничеиия

 Рисунок 13 - Схема функционального преобразователя

 

Блок нелинейного токоограничения обеспечивает ограничение тока якоря в функции частоты вращения, близкой к коммутационной кривой высокомоментного двигателя. Принцип работы БНТО поясняется схемой рисунок 12. Регулятор скорости PC охвачен двумя цепями обратной связи, выполненными на операционных усилителях ИС57 и ИС59, на входы которых подаются напряжения выхода PC и напряжение функционального преобразования, выполненного  на ОУ ИС54+ИС56. Напряжение является функцией частоты вращения, причем форма кривой Un=f(n) копирует коммутационную кривую электродвигателя.

Если UРс<Uфп, то выход цепей обратной связи имеет полярность, запирающую диоды Д258, Д260, и токоограничение не работает.

При UРо>Uфп открывается один из диодов, в зависимости от направления вращения, и шунтируется вход регулятора скорости. Соответственно уменьшается напряжение на выходе PC, т. е. задание для регулятора тока РТ, и происходит ограничение величины тока.

Схема функционального  преобразователя приведена на рисунке 13. Операционный усилитель ИС54 осуществляет выпрямление входного сигнала, и на его выходе формируется модуль напряжения |UТг|.

При нулевой скорости выходное напряжение ИС55 определяется величиной сопротивления R320, а напряжение ИС56 — напряжением смещения, снимаемого с потенциометра Ш2. До точки А при положительном напряжении ИС55 диод Д257 заперт, напряжение на выходе ИС56 отрицательное и постоянное. По мере повышения скорости, после точки А напряжение на выходе ИС55 становится отрицательным, диод Д257 открывается, напряжение на выходе ИС56 начинает уменьшаться по абсолютной величине. Открывающиеся последовательно диоды Д256, Д254, Д252 в цепи обратной связи ИС55 уменьшают его коэффициент усиления, формируя тем самым кривую токоограничения.

Рисунок 14 - Блок-схема СИФУ

 

В идеале — это кривая постоянной мощности , реально —на высоких скоростях нужно несколько уменьшить нагрузку, а на низких скоростях ее можно увеличить. Заштрихованная зона не используется, так как на

практике максимальный ток в худшем случае достигается  на 3-м пульсе, и при этом двигатель  набирает такие обороты, что уже нужно ограничивать ток. Максимальная величина тока отсечки обычно Iотс = (4-6) Iном.

Способность двигателя  выдерживать большие перегрузки — до (10-12) Iном — говорит лишь об общем качестве двигателей, их защищенности от размагничивания и не может быть реализована на практике.

Напряжение коммутационной кривой Uфл подается также в СИФУ, где суммируется с напряжением регулятора тока РТ, уменьшая величину уравнительного  тока.

Модуль напряжения |Uтг| с потенциометра ПИ подается в схему защиты от превышения максимальной скорости.

Система импульсно-фазового управления (СИФУ) привода выполнена  по вертикальному принципу и состоит из трех одинаковых каналов управления для каждой из фаз питания R, S и Т.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 15 - Диаграмма работы СИФУ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 16 - Схема формирования управляющего напряжения СИФУ

Блок-схема СИФУ показана на рисунке 14, а диаграмма ее работы — на рисунке 15 и особых пояснений не требуют.

Напряжение    синхронизации Ux (Uу, Uг) подается на каналы СИФУ   с трансформаторов Т13,   T14,   Т15 соответственно.   Это напряжение    задерживается    цепочкой П1 — С31    приблизительно  на 63 эл.   град, и подается на   ключи ИС11 и ИС12. Напряжения   на   выходах ключей взаимоинверсны, однако фронты этих напряжений  сдвинуты за счет rJ подачи  разнополярного сме щения,    регулируемого    потенциометром   П7.   Формируемый на элементе «Я» короткий   отрицательный   импульс   запускает     ждущий генератор        пилообразного напряжения,      выполненный на ОУ ИС13  и транзисторе 721.

На элементах ИС14 и  ИС15 осуществляется сравнение величины   пилообраз

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 17 - Схема совпадения и генератора пилообразного напряжения

ного напряжения с  управляющими напряжениями, поступающими с ОУ ИС27 и ИС28. Выходные напряжения ИС14, ИС15 дифференцируются и через схемы  управляют усилителями Т25, Т26 анодной группы тиристоров и ТЗО, Т31 катодной группы.

Следует особо отметить,   что в формировании управляющего напряжения СИФУ (рисунок 16) участвует напряжение функционального преобразователя.

Потенциометром П8 устанавливается  начальный угол запаздывания зажигания , чему соответствует Uупр=5 В.

Рисунок 18 - Усилитель управляющих импульсов

Диод Д134 в цепи ООС  ИС27 ограничивает положительное напряжение на выходе до уровня 0,7 В, что исключает возможность «срыва» генерации управляющих импульсов, так как амплитуда положительного выброса напряжения пилообразной формы составляет большую величину — 2 В.

Конденсатор СИЗ предназначен для фильтрации пульсаций тока. На рис. 18показана схема и генератор пилообразного напряжения. При закрытом транзисторе Т21 конденсатор С60 заряжается от источника питания + 15 В, формируя линейно-изменяющееся выходное напряжение. Его крутизна, и следовательно амплитуда, регулируются потенциометром П72. В короткие моменты открытия транзистора Т21 конденсатор С60 быстро разряжается.

Сопротивление R88 и диод Д54 формируют  положительный импульс «пилы» амплитудой 2 В.

Схема совпадения и усилителя  управляющих импульсов приведена на рис. 18. Положительный фронт напряжения ИС14 дифференцируется, конденсатором, открывая транзистор Т22 и один из транзисторов Т23 или Т24, у которого на обоих входных диодах Д55, Д56 или Д58, Д59 отрицательные напряжения. Коллекторный ток транзисторов  Т23 или Т24 открывает соответствующий

выходной усилитель 7*25 или Т26, формируя управляющий импульс  силовых тиристоров длительностью около 200 мкс. Каналы Y и Z работают аналогично.

Система защит преобразователя

В приводе предусмотрены следующие защиты:

- от обрыва или неправильного чередования фаз;

- отсутствия пилообразного напряжения;

- отсутствия напряжения питания —30 В.

Эти три защиты объединены общим усилителем и индикацией  СР—connecting protection:

- превышения максимально допустимого тока и обрыва обратной связи по току ОС ;

- обрыва обратной связи по скорости TG — taxogenerator;

длительной перегрузки OL — overload;

- превышения  максимальной  частоты  вращения  OS — overspeed.               Предусмотрено запоминание сигналов защит ОС, TG, OL и OS.

 При срабатывании какой-либо из защит пуск привода возможен только после новой, подачи сигнала включения привода.

Рисунок 19 - Схема защиты от неправильного чередования и обрыва фаз

 

Готовность привода  к работе индикатируется светодиодом RD — ready. При включении преобразователя  загорается светодиод ON. Все защиты при срабатывании блокируют регуляторы скорости и тока, а также управляющие импульсы в СИФУ.