КОМПЛЕКТНЫЙ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД БТУ-3601

ВВЕДЕНИЕ

Комплектный тиристорный электропривод БТУ-3601 предна­значен для электроприводов станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Применение в станках с ЧПУ автоматизиро­ванных электроприводов с тиристорными преобразователями обеспечивает расширение технологических возможностей станков, рост производительности, увеличение точности и чистоты обработ­ки деталей. В состав комплектного электропривода БТУ-3601 вхо­дят тиристорный преобразователь, система автоматического регу­лирования скорости, система защиты. В лабораторной работе рас­сматриваются схемы и работа отдельных узлов и элементов ком­плектного электропривода.

1. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОПРИВОДА БТУ-3601

Функциональная схема представлена на рис.1 и содержит следующие основные узлы и элементы:

- задатчик частоты вращения ЗЧВ;

- регулятор скорости РС;

- адаптивный регулятор тока АРТ;

- систему импульсно-фазового управления СИФУ;

- логическое устройство ЛУ;

- датчик проводимости вентилей ДП;

- датчик напряжения ДН;

- датчик тока ДТ;

- тиристорный преобразователь ТП;

- нелинейное звено НЗ;

- функциональный преобразователь ФПЕ;

- тахогенератор ВР;

- двигатель постоянного тока (якорь М и обмотка возбуждения ОВМ).

Задатчик частоты вращения предназначен для установки ве­личины задания скорости в заданном диапазоне частоты вращения электропривода. Он представляет собой потенциометр, который может подключаться к напряжениям +15 В или -15 В.

с; 00 * со го со ^р Оч Ш СО С[ X О лэ со с; 2: го о. х с о о з: о. х ш е ° V-6 а.

Регулятор скорости выполнен пропорционально-интегральным на операционном усилителе А1. На входе регулято­ра сравниваются сигналы задания скорости и сигнал отрицатель­ной обратной связи по скорости вращения двигателя от тахогенератора. Адаптивный регулятор тока позволяет линеаризовать структуру вентильного электропривода в режиме прерывистого то­ка и, тем самым, улучшить динамические свойства системы автоматического регулирования скорости. Адаптивный регулятор тока состоит из пропорционально-интегрального регулятора, по­строенного на операционном усилителе А2, нелинейного звена НЗ и функционального преобразователя ЭДС ФПЕ. Управляющее на­пряжение на выходе АРТ представляет собой сумму сигналов, пропорциональных величине тока и ЭДС двигателя.

U_у = К_н • Uрт + агсsinЕ,

где К_н - коэффициент передачи нелинейного звена;

U_РТ - сигнал, пропорциональный заданной величине тока;

Е - сигнал, пропорциональный э.д.с. якоря двигателя.

В однозонных приводах, где скорость регулируется измене­нием напряжения на якоре двигателя при неизменном.потоке возбуждения, и где э.д.с. якоря пропорциональна напряжению тахогенератора, на вход ФПЕ можно подавать напряжение тахогенератора (как выполнено в рассматриваемой схеме).

На входе регулятора тока сравниваются сигналы задания то-
ка, поступающие с выхода регулятора скорости, и обратной связи
по току, поступающие с выхода датчика тока.

Система импульсно-фазового управления предназначена для преобразования постоянного управляющего сигнала в после-довательность управляющих импульсов соответствующей фазы, подаваемых на управляющие переходы тиристоров.

Логическое устройство осуществляет управление силовыми группами вентилей в реверсивном преобразователе и выполняет следующие функции:

- выбор группы вентилей в зависимости от знака сигнала с вы­хода НЗ;

- включение ключей Н2 и В2 в цепи обратной связи по току для обеспечения отрицательной обратной связи по току;

- блокировку входа ЛУ сигналом датчика проводимости вентилей и управляющими импульсами;

- создание выдержки времени между снятием импульсов с рабо­тавшей ранее группы вентилей и подачей их на вступающую в работу группу.

Датчик проводимости предназначен для контроля состояния тиристоров и работает по принципу контроля напряжения на тири­сторах анодной или катодной группы. Датчик напряжения предна­значен для гальванической развязки системы управления от сило­вой части и получения на выходе напряжения, пропорционального либо э.д.с,, либо напряжению на якоре двигателя. В узел датчика напряжения входят элементы, образующие тахометрический мост, который используется в системах с обратной связью по э.д.с.

Датчик тока предназначен для гальванической развязки сис­темы управления от силовой части и получения на выходе сигнала, пропорционального току якорной цепи. На выходе выпрямителя V образуются напряжения обеих полярностей, а на вход регулятора А2 через ключи Н2 и В2 подается сигнал той полярности, которая соответствует работающей группе.

2. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ

Система управления однозонным реверсивным электропри­водом собрана на двух платах. Регулятор скорости и адаптивный регулятор тока в совокупности с соответствующими обратными связями образуют замкнутую двухконтурную систему регулирова­ния частоты вращения электродвигателя.

Сигнал от задатчика частоты вращения поступает непосред­ственно на вход усилителя А1. Выходной сигнал регулятора скоро­сти является задающим для внутреннего токового контура, поэтому ограничение максимальной величины выходного напряжения регу­лятора скорости с помощью резистора R17 соответственно приво­дит и к ограничению максимально возможного тока якоря в пере­ходных режимах пуска и торможения или при перегрузках. Когда усилитель А1 не насыщен, то сопротивление резистора R17 не влияет на выходное напряжение А1. Когда же А1 находится в на­сыщении, то напряжение задания тока определяется напряжением насыщения А1 и делителем напряжения R13-R17.

Для линеаризации характеристик электропривода в режиме прерывистого тока в канал регулирования введено нелинейное звено с характеристикой, обратной регулировочной характеристике управляемого выпрямителя в режиме прерывистого тока. Нели­нейное звено выполнено на операционном усилителе А4 на плате № 1 с нелинейной обратной связью.

Функциональный преобразователь э.д.с. имеет арккосинусную характеристику и реализован на операционном усилителе АЗ.

Величина сигнала, пропорционального э.д.с. якоря двигателя, ус­танавливается потенциометром R16 при номинальной частоте вращения электродвигателя в режиме холостого хода таким образом, чтобы среднее значение выходного напряжения регулятора тока (усилитель А2) было равно нулю. При такой настройке выходное напряжение А2 становится пропорциональным току двигателя и поэтому ограничение его максимального уровня с помощью резистора RЗЗ обеспечивает также ограничение макси­мальной величины составляющей выпрямленного напряжения, ко­торая непосредственно определяет ток двигателя.

 

Ud = Е – Id • Rэ,

где Ud - выпрямленное напряжение;

Id - выпрямленный ток;

Е - э.д.с. якоря двигателя;

Rэ - эквивалентное сопротивление якорной цепи.

Таким образом, осуществляется дополнительное так назы­ваемое упреждающее ограничение максимального тока двигателя.

Для согласования выхода системы регулирования с входами каналов фазосмещения СИФУ и для ограничения углов регулиро­вания тиристорного преобразователя, а. также для установки на­чального угла регулирования, служит управляющий, орган СИФУ, выполненный на операционном усилителе А5 платы № 1. Началь­ный угол регулирования выставляется с помощью потенциометра R41, максимальный - с помощью резистора; R49, минимальный угол ограничивается с помощью резистора R50.

Управление транзисторными ключами, атакже подключение СИФУ к необходимой группе вентилей реверсивного тиристорного преобразователя, осуществляются логическим устройством.

Для согласования однополярной регулировочной характери­стики СИФУ ά = f(Uвх) с разнополярным сигналом с выхода адап­тивного регулятора тока служит переключатель характеристик ПХ, расположенный на плате № 2. Переключатель характеристик реа­лизован на операционном усилителе А1 и транзисторных ключах VI. Изменение полярности напряжения на промежуточном входе нелинейного звена (потенциальная точка 23) приведет к измене­нию полярности сигнала UНЗВ на входе нуль-органа (НО) логиче­ского устройства. При этом отрицательный сигнал устанавливает нуль-орган в состояние "1", а положительный - в состояние "0". Ес­ли на блокирующем входе (контакт 12) имеется сигнал "1" отдат­чика проводимости тиристоров и нет импульсов с формирователя импульсов, то элементы совпадения 1Д1 и 2Д1 разрешают прохо-

ждение сигнала нуль-органа на триггер заданного направления то­ка. Элементы совпадения 1Д2 и 2Д2 при наличии на их общем вхо­де сигнала "1" переводят триггер истинного направления тока (ТИНТ) в положение, соответствующее триггеру заданного направ­ления тока (ТЗНТ). Выходы триггеров ТЗНТ и ТИНТ подключены на элементы совпадения 1ДЗ и 2ДЗ, которые управляются общими ключами КН и КВ, а последние, в свою очередь, управляют тремя парами ключей: Н1, В1, Н2, В2, НЗ, ВЗ. Силовые ключи Н1, В1 раз­решают выдачу управляющих импульсов на комплекты тиристоров "Назад" и "Вперед". Ключи Н2, В2, НЗ, ВЗ осуществляют переклю­чение в цепи обратной связи по току и на входе управляющего ор­гана СИФУ.

При изменении знака сигнала UHЗВ меняется полярность на­пряжения на выходе нуль-органа. Ток в силовой цепи спадает и, как только станет равным нулю, с датчика проводимости вентилей по­ступает сигнал "1", разрешающий нуль-органу через элементы сов­падения 1Д1 и 1Д2 перевести триггер заданного направления тока в новое состояние. На выходе элементов совпадения 1ДЗ и 2ДЗ на­ступает соответствие (на входах сигнала "1"). При этом отключается ключ КН и снимается сигнал UР, разрешающий подачу импульсов на тиристоры. Начинается отсчет выдержки времени на приведение триггера истинного направления тока в новое состояние. В момент снятия сигнала UР на выходе элемента ЗДЗ появляется логический сигнал "1". Конденсатор С8 начинает заряжаться и как только на­пряжение на нем достигает уровня "1" элементы совпадения 1Д2 и 1ДЗ переведут ТИНТ в то же состояние, что и ТЗНТ. При этом вклю­чается ключ КВ. На выходе элемента 4ДЗ появится сигнал, разре­шающий подачу импульсов на тиристоры группы "Вперед".

Если во время отсчета задержки времени на вход нуль-органа поступит команда на включение (работавшей) группы вен­тилей, то ТЗНТ возвращается в прежнее состояние, соответствую­щее ТИНТ, и сразу разрешается выдача импульсов на тиристоры первоначально выбранной группы. Это позволяет исключить поте­рю информации в системе регулирования тока нагрузки и умень­шить бестоковую паузу.

3. СХЕМА ЗАЩИТ ЭЛЕКТРОПРИВОДА БТУ-3601

В комплектном приводе БТУ-3601 предусмотрены следую­щие виды защит:

- от перегрузок, ^ь;

- от перегрева двигателя,

 

- от недопустимого снижения напряжения питающей сети,

- от "ползучей" скорости при отсутствии сигнала от задатчика частоты вращения.

Все виды защит агрегата воздействуют на RS-триггер (плата № 1), который при срабатывании переводит угол (регулирования тиристорного преобразователя в область инверторного режима и вызывает загорание сигнальной лампы "Авария", Триггер выполнен на базе логических элементов ЗД2 и 4Д2 микросхемы Д2.