Система управления асинхронным тиристорным электроприводом

1. Постановка задачи.

Системы «Тиристорный преобразователь напряжения — асинхронный двигатель» («ТПН-АД») широко используются при построении устройств плавного пуска АД. Существующие устройства плавного пуска, как правило, обеспечивают формирование заданной диаграммы напряжения, ограничение тока или электромагнитного момента [1] двигателя.

При выполнении научно-исследовательской работы, проводимой на кафедре «Электропривод и автоматизация промышленных установок» УГТУ-УПИ, возникла необходимость анализа свойств системы ТПН-АД, имеющей в своём составе контур электромагнитного момента.

В работе рассматриваются вопросы построения системы автоматического регулирования (САР) электромагнитного момента асинхронного двигателя без датчика на его валу, питаемого от ТПН.

2. Описание решения.

Для реализации САР электромагнитного момента двигателя на базе системы ТПН-АД требуется наличие сигнала обратной связи по моменту. Установка датчика момента на валу двигателя, как правило, невозможна из-за повышенной сложности его конструкции. Поэтому возникает задача косвенной оценки момента АД на основе измерения электрических переменных двигателя (напряжение, ток).

Оценка мгновенного значения электромагнитного момента АД может быть получена при использовании следующего выражения:

где т — мгновенное значение электромагнитного момента двигателя; k = 1/ ω_s — масштабный коэффициент, определяемый как величина, обратная угловой частоте напряжения на статоре ω_s; P_s— активная мощность, потребляемая двигателем, которая может быть определена по выражению

где u_sa, u_sb, u_sc, i_sa, i_sb, i_sc— мгновенные значения напряжений и токов фаз А, В и С статора соответственно; ∆P_S — мощность потерь в меди статора, вычисляемая по формуле

где R_s— активное сопротивление фазы обмотки статора.

Структура САР электромагнитного момента приведена на рис. 1. На рис. 1 изображены следующие элементы: РМ — регулятор момента интегрального типа; ФБ — функциональный блок, необходимый по условиям линеаризации и выполняющий операцию извлечения квадратного корня; СИФУ -система импульсно-фазового управления; ВМ — вычислитель момента.

Рис 1. Структура САР электромагнитного момента АД

Описанная система выполнена в виде стенда [2], структура которого показана на рис. 2. Стенд состоит из короткозамкнутого асинхронного двигателя, тиристорного преобразователя напряжения, датчиков мгновенных значений тока i_s(ДТ) и напряжения u_s (ДН) и персонального компьютера (ПК), оснащенного платой сбора данных Nl PCI-6221 с системой LabVIEW.

Рис. 2. Структура исследовательского стенда

При практической реализации САР момента нет необходимости в выдаче управляющего преобразователем сигнала на выбранном такте работы АЦП (т.е. каждые 0,0001 с) поэтому вместо выражений (2) и (3) использованы следующие алгоритмы:

расчёт которых проводится на периоде сети, равном 0,02 с. Стенд позволяет реализовать практически любые типы САР системы ТПН-АД путём модификации его программного обеспечения.

Особенностью ПО стенда является то, что часть программы, отвечающая за обработку сигналов, выполнена в виде функций динамически подключаемой библиотеки (DLL), созданной в системе программирования Delphi. В функциях библиотеки реализованы следующие задачи: определение электромагнитного момента двигателя по выражениям (1), (4) и (5), расчет регулятора момента и функционального блока.

Средствами LabVIEW выполнен опрос датчиков, выдача управляющих воздействий, отображение временных диаграмм всех сигналов (от датчиков и вычисленных программой) и формирование заданного значения момента двигателя. Код программы системы управления электроприводом показан на рис. 3.

Рис. 3. Программа системы управления, реализованная в LabVIEW

Информация от датчиков тока и напряжения передается в узел вызова основной функции библиотеки в виде указателей на массивы, содержащие значения соответствующих сигналов, при этом рабочая частота АЦП и размер буферов выбраны таким образом, что массивы содержат значения сигналов на одном периоде сети (0,02 с). На рис. 4. показано диалоговое окно параметрирования узла вызова основной функции библиотеки, производящей все расчёты и формирующей сигнал управления преобразователем.

Рис. 4. Параметры узла вызова основной функции библиотеки

Функции библиотеки рассчитываются на частоте 50 Гц, сигналы датчиков тока и напряжения оцифровываются на частоте 10 кГц.

Диаграммы пуска электропривода с контуром электромагнитного момента представлены на рис. 5, 6.

Рис. 5. Пуск привода с контуром момента на холостом ходу: 1 — скорость, 2 — электромагнитный момент АД

Рис. 6. Пуск привода с контуром момента при моменте сопротивления на валу М_с = 0,4 Мм: 1 — скорость, 2 — электромагнитный момент АД

Из приведённых диаграмм видно, что темп запуска привода сильно зависит от момента сопротивления на валу двигателя, а поддержание электромагнитного момента двигателя на заданном уровне обеспечивает плавный и безударный пуск двигателя, не гарантируя при этом постоянства темпа его разгона.

Список литературы:

1. Chouffier J., Cornilleau H., Duclos P. Control method for a start-up control unit and an apparatus to make use of this method // United States patent № 5859514, 01.12.1999.

2. Зюзев А. М., Нестеров К.Е. Стенд для исследования системы управления асинхронным тиристорным электроприводом на основе программно-аппаратных средств Natonal Instruments // Материалы пятой международной НПК «Образовательные, научные и инженерные технологийй в среде LabVIEW и технологии National Instruments». Москва: РУДН, 2006. С. 395-399.

3.4. Схема тиристорного управления пуском и торможением асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (рис.5).

В типовой схеме разомкнутого управления
асинхронным двигателем с короткозамкнутым
ротором в качестве силовых элементов,
включенных в статорную цепь двигателя,
используются тиристоры в сочетании с
релейно-контактными аппаратами в цепи
управления. Тиристоры выполняют роль
силовых коммутаторов и, кроме того,
легко позволяют осуществить необходимый
темп изменения напряжения на статоре
двигателя регулированием угла включения
тиристоров.

При пуске плавное изменение угла
включения тиристоров дает возможность
изменять приложенное к статору напряжение
от нуля до номинального, тем самым
ограничить токи и моменты двигателя.
Схема содержит устройство динамического
торможения в виде демпфирующего контура.
Применение шунтирующего тиристора,
замыкающего цепь тока между двумя
фазами, приводит к увеличению постоянной
составляющей тока, что создает достаточный
тормозной момент в области высокой
угловой скорости.

Рассмотрим типовую схему комплектного
устройства, состоящего в силовой части
из группы включенных встречно-паралельно
тиристоров v1. . .v4
в фазах A и C
и одного коротко-замкнутого тиристора
между фазами A и B
– v5, для управления
асинхронным двигателем. Схема управления
предполагает наличие блока управления
тиристорами БУ и релейно-контактного
узла управления.

Нажатием кнопки S 1
включается реле К1М и К2М, на управляющие
электроды тиристоров v1.
. .v4 подаются импульсы,
сдвинутые на 60 относительно питающего
напряжения. К обмоткам статора двигателя
подается пониженное напряжение,
уменьшаются пусковой ток и пусковой
момент. Ротор двигателя увеличивает
скорость вращения, разгоняется.
Размыкающий контакт реле К1.2 отключает
реле К3М с задержкой времени, зависящей
от параметров резистора R7
и конденсатора С4. Размыкающими контактами
К3М шунтируются соответствующие резисторы
в блоке управления тиристорами БУ, и к
статору прикладывается полное напряжение
сети.

Для остановки двигателя нажимается
кнопка S3, обесточивается релейная схема
управления, тиристоры V1…V4, и напряжение
со статора двигателя снимается. При
этом за счёт энергии, запасённой
конденсатором С5, включается на время
торможения реле К4М, которое своими
контактами К4.2 и К4.3 включает тиристоры
V2 и V5. По фазам А и В в обмотки статора
двигателя течёт ток однополупериодного
выпрямления, что обеспечивает эффективное
динамическое торможение.

Сила тока, а, следовательно, время
динамического торможения регулируются
резисторами R1 и R3. Эта схема имеет также
шаговый режим. При нажатии кнопки S2
включается реле К5М, которое своими
контактами К5.3 и К5.4 включает тиристоры
V2 и V5. В этом случае по фазам А и В в
обмотке статора двигателя протекает
ток однополупериодного выпрямления.
При отпускании кнопки S2 выключается
реле К5М и тиристоры V2 и V5, при этом на
короткое время за счёт энергии, запасённой
в конденсаторе С6, включается реле,
которое своими контактами К6.2 включает
тиристор V3, и ротор двигателя поворачивается
на некоторый угол вследствие поворота,
примерно, на такой же угол результирующего
вектора потока статора.

Величина шага поворота зависит от
напряжения сети, момента статической
нагрузки, момента инерции привода и
среднего значения выпрямленного тока.
Реализация шагового режима работы
двигателя проводиться после его
остановки, т.к. реле К5М первоначально
можно включить только после замыкания
размыкающих контактов К1.5 и К4.1. Шаговый
режим работы двигателя создаёт
благоприятные условия наладки.

Содержание
работы.

В процессе подготовки к работе
необходимо изучить электрическую
аппаратуру управления и защиты, работу
реле времени, выяснить преимущества и
недостатки контактных и бесконтактных
электрических приборов управления,
запомнить их графические и буквенные
обозначения, уяснить принцип работы
схем автоматического управления
электроприводом, рассмотренных выше.

В процессе выполнения лабораторной
работы необходимо

— изучить схему и устройство экспериментальной
установки, определить назначение всех
её аппаратов и переключателей.

— составить схему управления, которая
реализует установка и вычислить
циклограмму её работы (вариант – по
заданию преподавателя ).

— проверить работу составленной схемы
на экспериментальной установке и дать
заключение об её функциональных
возможностях.

Назначение и
состав экспериментальной установки.

Экспериментальная установка
предназначена для исследования схемы
автоматического управления электроприводом
в функции пути и времени.

В состав экспериментальной установки
входят:

1) асинхронный трёхфазный электродвигатель
с короткозамкнутым ротором М1;

2) кнопки управления SB1 «стоп», SB3
«вперёд», SB6 «назад»; конечные (путевые)
переключатели S2 и S5; тумблеры для выбора
одного из вариантов схем S4 и S7;

3) контакторы КМ1 «вперёд» и КМ2 «назад»;

4) моторное (электронное) реле времени
КТ1;

5) автоматический выключатель QF.

Варианты заданий

Схема экспериментальной установки.

Рис. 6. Схема экспериментальной установки
(вар. 1).

Работа схемы (вар. 1)

Включаем автоматический выключатель
QF. Цепь подключается к трёхфазному
источнику переменного тока.

Нажимаем кнопку SB3 «вперёд».
Запитывается контактор КМ1, замыкаются
силовые контакты КМ1.1 и статор двигателя
подключается к сети. Одновременно с
этим замыкается вспомогательный контакт
КМ1.2, который шунтирует кнопку SB3. Ротор
электродвигателя начинает вращаться,
перемещая каретку. Когда каретка
достигнет крайней точки, сработает
путевой переключатель S2. Катушка КМ1
обесточится, силовые контакты разомкнуться,
и двигатель остановится. Схема приходит
в исходное состояние.

Нажимаем кнопку SB6 «назад».
Запитывается контактор КМ2, замыкаются
силовые контакты КМ2.1 и статор двигателя
подключается к сети. Одновременно с
этим замыкается вспомогательный контакт
КМ2.2, который шунтирует кнопку SB6. Ротор
электродвигателя начинает вращаться,
перемещая каретку. Когда каретка
достигнет крайней точки, сработает
путевой переключатель S5. Катушка КМ2
обесточится, силовые

контакты КМ2.1 разомкнутся, двигатель
остановится.

При нажатии на кнопку SB1 «стоп»
во время работы двигателя цепь управления
обесточится, силовые контакты разомкнутся,
и статор электродвигателя отключится
от сети.

Тиристорное управление двигателями — EEEGUIDE.COM

Тиристорное управление двигателями. Для использования в управлении двигателем были разработаны различные схемы тиристорного управления в зависимости от типа питания (переменный/постоянный ток), а также типа и размера двигателя.

Для управления двигателем постоянного тока регулируемая мощность постоянного тока от источника переменного тока постоянного напряжения получается с помощью управляемых выпрямителей или преобразователей , использующих тиристоры и диоды. Управление постоянным напряжением достигается за счет включения тиристоров под регулируемым углом по отношению к приложенному напряжению. Этот угол известен как угол обжига а схема управления называется фазовым управлением . Другой базовый метод управления известен как интегрально-цикловое управление . Здесь ток пропускают от источника переменного тока в течение нескольких полных циклов, а затем гасят в течение еще нескольких циклов, при этом процесс повторяется непрерывно. Управление осуществляется путем регулировки соотношения длительности включения и выключения. Этот метод подходит для управления двигателями постоянного тока мощностью в несколько десятков кВт. Линейная коммутация легко применяется для обеих этих схем управления.

Методы фазового управления и управления с интегральным циклом также применимы для двигателей переменного тока, для которых не требуется схема преобразователя.

Управление двигателями постоянного тока, питающимися от источника постоянного тока, осуществляется с помощью схемы тиристорного переключения, называемой прерывателем . Контроллер прерывателя периодически открывается и закрывается, при этом управление средним напряжением достигается путем изменения продолжительности включения и выключения. Это обеспечивает эффективное и бесступенчатое управление двигателями. Тиристорное управление двигателями также может работать в режиме рекуперативного торможения. Контроллер прерывателя требует принудительной коммутации тиристора.

Для управления двигателями переменного тока, питающимися от источника постоянного тока, используются инверторы на основе тиристоров, транзисторов или полевых МОП-транзисторов. Эти схемы переключения передают энергию от источника постоянного тока к нагрузке переменного тока с переменной частотой и/или переменным напряжением. Из-за операции переключения формы сигналов переменного напряжения ступенчатые, гармоники которых отфильтровываются двигателем переменного тока. Поскольку источником питания обычно является переменный ток, полная схема получения мощности с переменным напряжением и частотой включает использование как инвертора, так и преобразователя.

Циклоконвертер представляет собой блок управления для получения мощности переменного напряжения и частоты непосредственно от источника фиксированной частоты без необходимости использования промежуточного каскада постоянного тока. Механизм управления напряжением и частотой представляет собой комбинацию механизмов, используемых в фазоуправляемом преобразователе и инверторе с импульсной модуляцией. Циклопреобразователи, несмотря на привлекательность прямого преобразования переменного тока в переменный, имеют определенные недостатки, из-за которых они не получили широкого распространения. Вот некоторые из этих недостатков: циклопреобразователи могут производить только субчастотный выходной сигнал, они производят выходной сигнал с высоким содержанием гармоник и имеют низкий входной коэффициент мощности. Циклопреобразователи используются для низкоскоростных приводов и для управления линейными двигателями в высокоскоростных транспортных системах.

симистор — Регулирование скорости трехфазного асинхронного двигателя с помощью тиристора

Задавать вопрос

спросил
5 лет, 11 месяцев назад

Изменено
5 лет, 11 месяцев назад

Просмотрено
9к раз

\$\начало группы\$

Я работаю над проектом управления скоростью трехфазного асинхронного двигателя. Для управления скоростью двигателя я использую тиристор TYN16-600CT . Когда я искал различные исследовательские работы и учебные материалы по управлению скоростью трехфазного асинхронного двигателя, я нашел это моделирование MATLAB…

В этом моделировании я обнаружил, что для каждого тиристора требуется отдельный импульс. Этот пусковой импульс генерируется с использованием этого уравнения,

t = альфа/омега= альфа/2*pi*f

Для простоты, если альфа = 30 градусов , то t= 30/50*360

Мой вопрос: можно ли работать все тиристоры, применяя тот же импульс??

Могу ли я использовать приведенную ниже схему для управления скоростью двигателя??

Но, как я уже сказал, я должен использовать тиристор, а в этой схеме используется симистор.

Итак, если эта схема работает нормально, какие изменения я должен сделать, чтобы заменить симистор на тиристор??

• трехфазный
• симистор
• асинхронный двигатель
• двигатель-контроллер
• тиристорный

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Можно ли управлять всеми тиристорами одним и тем же импульсом?

Нет. Для управления напряжением асинхронного двигателя импульсы должны быть синхронизированы, чтобы каждая фаза происходила в точке, отстоящей от точки пересечения нуля на одинаковое количество градусов для каждой фазы. Проходит одна и та же часть каждого цикла. Остановка или прохождение определенного количества циклов слишком грубо для управления двигателем.

Кроме того, управление скоростью асинхронного двигателя путем управления напряжением имеет очень ограниченное применение. Для трехфазных двигателей требуется конструкция с высоким скольжением. Единственными подходящими нагрузками для этого подхода являются вентиляторы и центробежные насосы.

См.:

Расчет значения сопротивления для управления скоростью вентилятора переменного тока

Дополнительные сведения

На приведенной ниже диаграмме показана базовая синхронизация и диапазон управления, необходимые для стробирующих импульсов. Углы задержки относятся к точке А. Цепи управления затвором требуют гальванической развязки друг от друга и от схемы управления.