Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Общие вопросы разработки маловентильного асинхронного электропривода для производственных механизмов 9
1.1. Современный асинхронный электропривод как средство реализации потребностей производства. Основные области применения ...9
1.2. Уточнение требований к асинхронным электроприводам с учетом особенностей эксплуатации оборудования 16
1.3 Анализ особенностей квази частотно го управления АД на базе ТРИ...21
1.4. Постановка задач по созданию системы АД с тиристорным управлением при питании от однофазной сети 27
Выводы 32
Глава 2. Разработка алгоритмов формирования пониженной частоты и математической модели ад при однофазном питании 32
2.1. Принципы формирования пониженной частоты напряжения на АД при однофазном питании 32
2.2 Разработка способа формирования вращения результирующего вектора напряжения 35
2.3 Общие положения по разработке математических моделей АД
с тиристорными преобразователями 40
2.4. Разработка вычислительных блоков модели АД 46
2.5. Особенности реализации компьютерной модели системы 53
2.6. Установление адекватности модели реальной системе
электропривода 54
Выводы 60
Глава 3. Исследование на компьютерной модели системы асинхронный электропривод с тиристорным управлением при однофазном питании 61
3.1. Основные расчетные соотношения для анализа процессов электромеханического преобразования энергии 61
3.2.-Моделирование и анализ электромеханических процессов при питании электропривода от сети с номинальным напряжением 64
3.3. Моделирование и анализ электромеханических процессов при питании электропривода от сети с пониженным напряжением 71
Выводы 77
Глава 4. Экспериментальная установка и исследование механических характеристик ад с тиристорным управлением при однофазном питании 78
4.1. Описание экспериментальной установки 78
4.2. Вопросы разработки устройства управления 79
4.3. Разработка универсального микропроцессорного комплекса и аппаратных средств 82
4.4. Описание программы управления 86
4.5. Экспериментальное определение механических характеристик АД при формировании напряжения из однофазной сети 89
4.6 Описание блок-схемы программы управления 92
4.7. Экспериментальные исследования АД в специальных режимах ,..96
Выводы 103
Заключение и основные выводы по диссертации 105
Литература 106
Приложения 117
- Современный асинхронный электропривод как средство реализации потребностей производства. Основные области применения
- Принципы формирования пониженной частоты напряжения на АД при однофазном питании
- Основные расчетные соотношения для анализа процессов электромеханического преобразования энергии
- Описание экспериментальной установки
Введение к работе
Для механизмов многих технологических агрегатов, а также в
общепромышленных установках всегда существует потребность в
реализации специальных режимов эксплуатации асинхронных
электроприводов. Создание таких режимов сопряжено во многих случаях с
необходимостью осуществления пониженной частоты вращения, вплоть до
ползучей скорости. Применение стандартных технических средств
регулирования, например, преобразователей частоты только для реализации
подобных режимов, нецелесообразно по технико-экономическим
соображениям, если в основном рабочем режиме нет необходимости в
регулировании частоты вращения электропривода. Часто бывает
необходимым перевод механизмов на пониженную частоту вращения
(создание «резервного хода») при снятии технологических нагрузок. В
условиях низких температур такой режим позволяет, сохраняя ход
механизмов на пониженной скорости, предотвратить смерзание смазки и
облегчить последующий пуск асинхронного электропривода
технологического агрегата до основной рабочей скорости. Кроме того, в процессе монтшка механического оборудования постоянно существует потребность прокрутки электроприводов механизмов на пониженных ступенях частоты вращения, в том числе на «ползучей скорости» при питании АД по временной схеме, используя однофазную сеть. Причем потребность в этом в большей степени имеет место при наладке агрегатов большой мощности, электроприводы которых реализованы на базе высоковольтных асинхронных электродвигателей, а также синхронных с пусковой беличьей клеткой. К ним относятся электроприводы шаровых мельниц, обжиговых печей и других механизмов горно-обогатительных предприятий и цементно-доломитового производства. При проведении ремонтных работ на прокатных станах такие специальные режимы позволят в черновой группе прокатных клетей (электропривод которых, как правило,
5 выполнен на базе высоковольтных электродвигателей переменного тока),
осуществить с помощью низковольтных устройств прокрутку прокатных
валков и его подшипниковых узлов. Необходимость такой операции
обусловлена тем, что возникновение многократных ударных динамических
моментов при прямом пуске часто приводит к срыву вкладышей
подшипников и другим неполадкам. Кроме того, в условиях
электроремонтных цехов обычно не проводятся испытания высоковольтных
двигателей подачей питающего напряжения и не создаются режимы работы
для обкатки узлов трения в виду отсутствия высоковольтного напряжения и
оборудования соответствующего исполнения. В этой ситуации реализация
специальных режимов электродвигателей переменного тока с
использованием пониженного напряжения до 1000 В становится весьма
актуальной.
На кафедре электроники и микроэлектроники МГТУ была установлена
возможность практической реализации на базе АД с тиристорыым
управлением специальных режимов за счет установления пониженных
ступеней пониженной частоты вращения в условиях использования
однофазной питающей сети. Применение однофазной сети для этих целей
обусловлено тем, что создание специальных режимов работы
высоковольтных асинхронных электроприводов может потребовать
применения нестандартных значений напряжения, что в трехфазной системе
питающего напряжения не всегда может быть реализовано. Кроме того,
использование однофазной питающей сети становится целесообразным в
условиях удаленных фермерских хозяйств и других объектов
хозяйственного назначения. Таким образом, в диссертационной работе поставлена и решена задача реализации специальных релшмов работы асинхронного электропривода на пониженной частоте вращения с тиристорным управлением и питании от однофазной сети является актуальной.
Целью работы является улучшение эксплуатационных и технологических показателей оборудования за счет реализации специальных режимов асинхронного электропривода с тиристорным управлением при однофазном питании.
Содержание работы изложено в четырех главах.
В первой главе проведен краткий обзор существующих технических средств, применяемых в асинхронных электроприводах различного назначения и выделены группы механизмов, для которых необходимо реализовать специальные режимы: обеспечение минимального хода технологического процесса, создание пониженной частоты вращения с целью точного позиционирования механического оборудования и инструмента в процессе монтажа и наладки его, обкатка подшипниковых узлов мощных электродвигателей и механического оборудования после ремонтов и замены узлов и др., На примере промышленных предприятий приведены объекты, для которых подобные режимы необходимы. Проведен обзор существующих способов и средств, реализующих подобные режимы и анализ возможностей квазичастотного управления в системе ТРН-АД. Обоснована потребность реализации специальных режимов при питании от однофазной сети. Сформулированы задачи по диссертационной работе.
Во второй главе обоснован принцип и алгоритмы формирования пониженной частоты, а также разработана математическая модель электропривода в которой реализованы предложенные алгоритмы управления вентилями при питании от однофазной сети. Дано обоснование предложенному принципу формирования пониженной частоты напряжения на АД при однофазном питании на основе понятия результирующий вектор. Приведены временные диаграммы фазных напряжений двигателя, поясняющие алгоритмы работы вентилей при формировании ступеней пониженной частоты f/3, f/б, f/9 и fill. На основе разработанной компьютерной модели проведены расчеты типовых режимов и процессов, на
7 основе которых установлена адекватность результатов вычислительных
процессов реальным.
В третьей главе приведены результаты исследований на компьютерной модели переходных и стационарных процессов в системе НПЧ - АД при однофазном питании. Моделирование и анализ электромеханических процессов проводились при питании электропривода от сети с номинальным напряжением и при пониженным напряжении. Исследования процессов пуска и работы в режиме без нагрузки проводилось при формировании частоты 1/3fc; l/6fc; 1/9ґси l/12fc. Была определена нагрузочная способность двигателя в специальных режимах при питании номинальным напряжением и пониженным. Проведен также анализ гармонического состава.
Режим питания АД в предложенной системе электропривода при пониженном напряжении исследовался с позиции реализации специальных режимов электроприводов на базе высоковольтных электродвигателей. Наилучшая нагрузочная способность по моменту достигается при частоте 1/12fb что позволяет использовать данный режим для прокрутки механизмов, как основной.
В четвертой главе решены вопросы, связанные практической реализацией способа и алгоритмов формирования ступеней пониженной частоты вращения системы АД с тиристорным управлением при питании от однофазной сети. Дано описание экспериментальной установки и системы управления, реализованный на однокристальной ЭВМ КМ1816ВЕ48 с интерфейсной БИС серии К580 и других функциональных модулях, включая клавиатуру и шестизначный восьмисегментный дисплей. В данной главе приведено подробное описание вычислительного модуля и элементной базы всего отладочного устройства. В процессе подготовки к экспериментальным исследованиям были разработаны принципиальные схемы и изготовлены блоки, реализующие функциональные узлы микропроцессорной системы управления, разработаны алгоритмы и управляющие программы. Приведены результаты экспериментальных исследований в виде механических
8 характеристик и фрагментов осциллограмм. Сопоставление расчетных и
экспериментальных характеристик проведенное в работе показывает
реализуемость разработанных алгоритмов формирования пониженных
ступеней частоты и возможность использования их для создания
специальных режимов асинхронного электропривода с тиристорным
управлением при питании от однофазной сети.
На защиту выносятся следующие основные положения:
Принцип формирования пониженной частоты вращения АД с тиристорным управлением при питании от однофазной сети положен в основу реализации специальных режимов асинхронных электроприводов механизмов технологических агрегатов.
Предложенные алгоритмы формирования симметричного трехфазного напряжения из однофазного питающего напряжения, позволяющие получить ряд ступеней пониженной частоты для питания трехфазного АД.
3. Компьютерная модель асинхронного электропривода, в которой на
основе известного математического описания АД реализованы
предложенные алгоритмы формирования трехфазного напряжения из
однофазной сети, позволяющая исследовать электромеханические
процессы в специальных режимах на различных ступенях пониженной
частоты вращения.
4. Результаты теоретических и экспериментальных исследований,
полученные на модели и опытно-промышленной установке,
подтверждающие возможность реализации предложенных алгоритмов для
реализации специальных режимов асинхронных электроприводов.
Современный асинхронный электропривод как средство реализации потребностей производства. Основные области применения
Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором находит наиболее широкое применение в современной промышленности, чем все остальные виды электропривода. Это объясняется простотой конструкции данного вида двигателя, его высокой надежностью и низкой стоимостью. Так установленная мощность асинхронных двигателей в России и странах СНГ составляет около 300 млн. кВт [1,2].
До недавнего времени регулирование асинхронного двигателя осуществлялось параметрическими методами (изменение активного сопротивления ротора, изменение индуктивного сопротивления в цепи статора, изменение числа пар полюсов статора). В связи с низкой эффективностью этих методов они применялись в основном для реализации пуско-тормозных режимов. Для регулирования скорости в широком диапазоне применялись электромашинные преобразователи, отличающиеся низким КПД и большими габаритами [3,4]. Низкие энергетические и экономические показатели этих способов регулирования ограничивали применение регулируемых асинхронных двигателей. Однако введение регулирования асинхронным приводом позволяет улучшить энергетические характеристики самого двигателя и установки в целом.
Развитие науки и техники привело к возможности реализации новых способов управления для асинхронного короткозамкнутого привода, основанных на применении полупроводниковых средств силовой и информационной электроники. Наиболее распространенными являются способы частотного и фазового управления. Эти способы управления реализуются при помощи следующих видов преобразователей. Двухзвенный преобразователь частоты (ДПЧ) или цикл о инвертор (рис. 1.1) имеет в своем составе звено постоянного тока в виде трехфазного выпрямителя и инвертор. Для построения таких преобразователей в настоящее время используются современные полностью управляемые ключи (GTO-тиристоры и IGBT-транзисторы и другие современные силовые ключи) [5,6]. Эти преобразователи отличаются высокой стоимостью из-за дороговизны силовых элементов и высокоинтеллектуальной системы управления. При помощи ДПЧ возможна реализация частотного или векторного способа управления с диапазоном регулирования по частоте от 1:20 до 1:1000 и точности регулирования не хуже 1-10% [7].
Второй тип частотного преобразователя - это непосредственный преобразователь частоты (ІіПЧ) [8] или циклоконвертор [9]. В ШТЧ в качестве силовых ключей используются в них однооперационные тиристоры. Их выпуск хорошо освоен электротехнической промышленностью России. Благодаря этому такой преобразователь имеет более низкую стоимость, чем ДПЧ, однако отсутствие полного управления тиристорами резко ограничивает возможности преобразователя. ТГТЧ на этой элементной базе имеет ограниченный диапазон регулирования выходной частоты. С помощью преобразователей данного типа можно также формировать совокупность фиксированных значений выходной частоты с формированием симметричных систем трехфазного выходного напряжения [10], т.е. осуществлять ступенчатое регулирование частоты вращения АД. Существует множество вариантов построения І-ІПЧ [11,12]. Это обусловлено тем, что в преобразователях такого типа используется модульный принцип построения.
Самым простым является тиристорный преобразователь напряжения (ТГТЯ), который также называют тиристорным регулятором напряжения (ТРН) [13-16]. По количеству тиристоров имеются варианты исполнения из 4-х или 6-й ключей. Для реверсивных ТПН используется 10 тиристоров. На основе ТПН реализовать фазовое или импульсное управление двигателем[17-20], однако в последнее время все больший интерес вызывает так называемое квазичастотное управление (КЧУ). Этот преобразователь при фазовом управлении в замкнутой системе позволяет кратковременно регулировать частоту вращения в диапазоне 1:10 [17, 21].
Первая группа - электроприводы, нуждающиеся в постоянном регулирующем воздействии. Это электроприводы, работающие с леременной нагрузкой, например тяговые установки, вентиляторы или насосы систем снабжения и другие механизмы, производительностью которых необходимо непрерывно управлять в функции поддержания заданных параметров, или реализовать определенный закон ее изменения. Как правило, такие электроприводы требуют глубокого регулирования частоты или момента с заданной точностью и поэтому требуют применения сложных систем управления с использованием полностью управляемых силовых ключей. Для таких приводов наиболее подходят векторный способ [23] управления или прямое управление моментом [24].
Вторая группа - это электроприводы механизмов, требующие длительной работы на одной из нескольких возможных значениях частоты вращения. Такая работа механизма требуется для обеспечения заправочных операций или для снижения скорости протекания технологических процессов. К этой группе механизмов можно отнести, например, транспортные конвейеры или системы охлаждения. Для таких приводов целесообразно применять частотный способ управления.
Третья группа - электроприводы, для которых главной проблемой становится пуск АД в условиях ограниченной мощности источника питания. Для таких приводов стоит задача ограничения пускового тока при формировании требуемого пускового момента. Для этой группы приводов целесообразно применить фазовый способ регулирования напряжения на основе ТГШ.
Четвертая группа - приводы, работающие в пуско-тормозных режимах. К этой группе относятся в первую очередь подъемно-танспортные механизмы, примером такого механизма может служить мостовой кран или лифт. Для этой группы приводов, как и для предыдущей целесообразно использовать фазовое регулирование напряжения в сочетании с импульсным или квазичастотным управлением.
Пятая группа - электроприводы, которые в технологической цепи производственных процессов могут по различным причинам длительно работать с малой нагрузкой или на холостом ходу. Часто существует необходимость перевода на пониженную частоту вращения. К этой же группе следует отнести обеспечение работоспособности в специфических условиях, например при неполиофазном питании.
Принципы формирования пониженной частоты напряжения на АД при однофазном питании
Наиболее распространенным способом представления алгоритмов управления вентилями является способ, который базируется на понятии «результирующий вектор напряжения» [46-48]. Результирующий вектор применительно к трехфазной машине определяют для трех периодических временных функций, представляющих собой прямоугольные импульсы с единичной амплитудой и длительностью Т/3, сдвинутых друг относительно друга во времени на Т/3 (рис. 2.3). В каждый момент времени значения двух функций равны единице, а третьей - нулю. Амплитуда результирующего вектора в этом случае равна 7з и располагается он на плоскости перпендикулярно той оси, вдоль которой один из сигналов имеет нулевое значение. При каждом изменении состояния одной из временных функций результирующий вектор D совершает скачкообразный поворот на плоскости на угол п/6 и за период Т занимает шесть фиксированных положений. При этом происходит неравномерное вращение результирующего вектора. Общеизвестно, что равномерное вращение обобщенного вектора происходит только при питании двигателя симметричным трехфазным синусоидальным напряжением.
Положение результирующего вектора напряжения зависит от состояния ключей преобразователя. Следует отметить, что положение результирующего вектора напряжения в каждый момент времени зависит от установленных алгоритмов управления вентилями. Такой подход широко применяется при анализе переключения силовых ключей в системе ПЧ с АИН-ШИМ [47].
С позиций общего подхода к анализу алгоритмов формирования напряжения на статоре использование понятия результирующего вектора позволяет наглядно представить алгоритмы управления вентилями.
Переход из одного состояния в другое, согласно показанным на рис. 2.4. положениям результирующего вектора, происходит прерывисто. При этом после спадания напряжения (тока) в одной фазной обмотке статора происходит нарастание напряжения (тока) на следующей фазе. На каждом временном интервале одновременно происходит два процесса. С одной стороны смена положения результирующего вектора, с другой стороны спадание и нарастание величины напряжения (тока). На рис. 2.4,а наблюдается прерывистое вращение с поворотом результирующего вектора на угол 120 градусов. Такой закон управления не имеет практического применения вследствие низкой эффективности процесса электромеханического преобразования энергии, обусловленной значительной долей составляющей нулевой последовательности. При квазичастотном регулировании широко применяется плавное вращение результирующего вектора со сменой ориентации с интервалом в 60 градусов, как это показано на рис. 2.4,6. В дальнейшем предлагается при разработке алгоритмов управления осуществлять такой способ управления, при котором формируется показанная картина прерывистого вращени результирующего вектора.
Ниже предлагается к рассмотрению способ регулирования скорости вращения асинхронного двигателя, при котором изменяют частоту напряжения подаваемого на статорную обмотку путем поочередного подключения каждой фазы обмотки к однофазному напряжению питающей сети. На данный способ получен патент Российской Федерации [49 ].
Суть предложенного способа регулирования частоты вращения заключается в том, что в зависимости от полярности полуволны сетевого напряжения любое положение обобщенного вектора формируется подачей управляющих импульсов на один или два тиристора. Например, положение вектора «а» можно сформировать двумя способами: либо подать питание от положительной полуволны на фазу «а» двигателя, либо на интервале «отрицательной» полуволны управляющие импульсы подать на тиристоры, обеспечивающие прохождение тока в фазных обмотках «в» и «с». При смене комбинаций тиристоров в определенной последовательности обеспечивается заданная частота и направление вращения результирующего вектора напряжения. Максимальная частота первой гармоники напряжения;, которая может быть получена, при этом составляет fi/З, где fr частота сетевого напряжения. Другие возможные значения частоты определяются по формуле fi/Зп, где п - натуральное число. На рис. 2.5 представлена схема тиристорного устройства и диаграмма формирования результирующего вектора [50,51]. По своей сути эта схема аналогична схеме однофазного питания, приведенной на рис. 1.7.
Основные расчетные соотношения для анализа процессов электромеханического преобразования энергии
Во всех указанных случаях угол управления установлен равным а=100. По мере снижения частоты наблюдается незначительное возрастание тока статора и относительно незаметное снижение фазного напряжения на двигателе. В случае формирования напряжения с частотой f=l/3f i первая гармоника тока является преобладающей. Во всех остальных случаях, т.е. при формировании на двигателе напряжений с частотой 1/6, 1/9 и 1/12f преобладающими являются соответственно гармоника под номером 6, 9 и 12, а также явно выраженными являются гармоники кратные трем. Указанные гармонические составляющие, как известно, образуют систему нулевой последовательности, т.е. гармоники, кратные трем в фазных обмотках двигателя совпадают по фазе. Учитывая, что магнитные оси фазных обмоток статора смещены друг относительно друга на угол 120, то результирующее действие указанных гармонических составляющих на процессы электромеханического преобразования энергии в двигателе сводятся к нулю. При этом указанные гармонические составляющие приводят лишь к дополнительным электрическим потерям в двигателе. Гармоническими составляющими, образующими системы прямой и обратной последовательностей в рассматриваемых случаях можно пренебречь, так как их доля по сравнению с первой гармоникой и гармоническими составляющими кратными трем значительно ниже.
Так как выбор электродвигателей в большинстве случаев осуществлен с запасом по мощности, то исследования работы предложенной системы электропривода в дальнейшем проводились при нагрузках М=0.8М„. В частности в ОАО «ММК» эксплуатация практически всех электродвигателей ведется с таким запасом по мощности и соответственно по моменту. На рис.3.6 приведены результаты моделирования процесса пуска АД под нагрузкой при частоте напряжения f=l/3fc.
Из полученных результатов следует, что при данной частоте и питании от однофазной сети обеспечивается работоспособность двигателя с нагрузками близкими к значениям, достигаемым при обычном питании.
На основе рассмотрения расчетной осциллограммы в увеличенном масштабе времени (рис. 3.6) можно отметить, что фазный ток двигателя по форме такой же, как и при формировании напряжения с данной частотой на R- и RL- нагрузке. Электромагнитный момент, развиваемый двигателем хотя и имеет пульсирующий характер, но при этом отсутствуют участки с отрицательным моментом и, кроме того, отсутствуют также временные интервалы с нулевым значением момента. В тоже время, если обратиться к типичным осциллограммам квазичастотного управления при трехфазном питании, показанным на рис. 1.4, то можно отметить существование пульсирующего момента положительного знака с чередованием интервалов времени, когда мгновенные значения момента двигателя равно нулю. Таким образом, можно отметить преимущество предложенного способа управления АД при формировании частоты напряжения f=f[/3. Коэффициент искажения синусоидальности тока при таком питании АД достигает достаточно высокого значения kj=0,68.
Коэффициенты искажения синусоидальности тока находятся на уровне 0,5 и ниже. При частоте f=f]/6 заметно преобладает 6-тая гармоника тока. Действующее значение её превышает практически на 15% величину действующего значения 1-ой гармоники. Согласно данным, показанным под рис. 3.7, фазный ток двигателя при формировании частоты f=f\/6 увеличился на 40 %. В этом режиме заметны также доли 3-ей, 9-ой и 11- гармоник. На осциллограммах тока наблюдаются при этом периодические выбросы фазного тока статора. В целом, данный режим может иметь практическое применение, как промежуточный, так как действующее значение тока при указанной нагрузке вдвое превышает номинальный ток двигателя.
Доля 12-ой гармоники достигает значения 65%. Наличие колебаний скорости в данном случае, как и при формировании значений частоты f=f)/6 и f=f/9 обусловлено колебательным характером электромагнитного момента двигателя в этих режимах и появлением участков с отрицательными значениями момента. В целом наилучшие показатели при питании от сети с номинальным напряжением дает режим формирования частоты f=f1/3. В табл.3.1 приведены основные параметры, характеризующие процессы электромеханического преобразования энергии в данной системе электропривода при реализации предложенных алгоритмов формирования напряжения.
Режим питания АД в предложенной системе электропривода при пониженном напряжении рассматривается с позиции применения такого электропривода для прокрутки высоковольтных электродвигателей в лослеремонтных испытаниях, связанных с «притиркой» подшипниковых узлов двигателей. Кроме того, при проведении монтажных, ремонтных и наладочных работ в механической части оборудования часто возникает необходимость создания пониженной частоты вращения.
Моделирование процессов проводилось при напряжении U=36 В. Выбор данного уровня напряжения обусловлен тем, что на экспериментальной установке был использован источник питания с таким же напряжением. Все это позволяет в дальнейшем сопоставить результаты, полученные при проведении модельного эксперимента с данными, полученными на реальной установке. В режимах формирования ступеней частоты вращения l/3fi; l/6f,; l/9f, и l/12f были проведены при пониженном напряжении те же исследования, что и при номинальном напряжении.
Особенность исследуемых процессов заключалась в том, что при формировании каждой из ступеней выбиралась предельная нагрузка (значение момента нагрузки на валу двигателя), при которой становился возможным разгон двигателя и последующая устойчивая работа. На рис. 3.10. приведены результаты моделирования при формировании частоты l/3f]. Было установлено, что при такой кратности понижения питающего напряжения (в 4 раза), возможности по загрузке двигателя моментом сопротивления существенно снижены.
Описание экспериментальной установки
Испытуемый двигатель имеет следующие основные параметры: Тип -MTF112-6У, номинальная мощность иа валу Рн—5 кВт, номинальное питающее напряжение UH=380/220 В, номинальный ток статора 1н=14,7/25 А и номинальная частота вращения пи=925 об/мин. Нагрузочная машина (М2) характеризуется следующими данными: тип - П-32М, номинальная мощность Рь,=2,2 кВт, номинальное напряжение U„=220 В, номинальный ток якоря 1,,=12,2 А и номинальная частота вращения пи=1500 об/мин. Для измерения частоты вращения электромашинного агрегата используется тахогенератор ЭТ-7/110 УЗ Питание якоря постоянного двигателя (М2) осуществляется через трехфазный трансформатор TV2 и управляемый тиристорный преобразователь UZ2. Обмотка возбуждения двигателя М2 подключена к источнику тока. Амперметр РА1 предназначен для измерения тока якоря двигателя М2. Вольтметр PV1 предназначен для контроля уровня напряжения тахогенератора G1. Шунт Rml типа 75 ШСМЗ-50-0,5 предназначен для контроля общего статорного тока двигателя Ml. Шунты Rjii2-Rm4, аналогичного с R]U1 типа, предназначены для контроля токов на каждой из статорыых обмоток двигателя Ml. Шунт R,„5 типа 75ШС-1-20-0,5, предназначен для контроля тока на одном из вентилей преобразователя UZ1, для контроля напряжения на этом же вентиле построен делитель из ограничивающего резистора Rorp и RUIH.
Управление преобразователем UZ1 в экспериментальной установке осуществляется посредством формирования управляющих импульсов в соответствии с алгоритмом управления, описанном в главе 2. Формирование импульсов осуществляется с помощью устройства управления, а задание формы импульсов и закона их формирования во времени производится посредством ПК со следующими минимальными системными требованиями: Р1 100 Mhz, 16 Mb SIM, HDD 160 Mb. 4.2. Вопросы реализации устройства управления для опытной установки
В процессе разработки устройства управления силовыми тиристорами были применены схемные решения, позволяющие при использовании оптоэлектронных средств гальванической развязки значительно повысить надежность и защищенность каналов управления. На рис. 4.2 приведена принципиальная схема выходного устройства управления тиристорами.
Схема управления работает следующим образом: параллельный шестиразрядный код поступает на входы логических элементов входного каскада, причем вторые входы каждого из шести логических элементов И-НЕ входного каскада подключены к логической «1». Выход соответствующего транзистора замыкается, и на первичной обмотке импульсного трансформатора преобразователя формируется импульс тока. Каждый последующий цикл вывода шестиразрядного кода осуществляется программно по сигналу синхроимпульса, формируемого на логических элементах и подаваемым на параллельный порт персонального компьютера.
Все более широкое внедрение средств вычислительной техники привело к созданию дешевых микроконтроллеров для управления различными объектами. Широко развившиеся в последнее время однокристальные микроЭВМ (ОЭВМ), у которых функции ввода — вывода, хранения, обработки информации и управления реализованы в одной БИС, дают возможность повысить надежность, упростить и удешевить микропроцессорную систему.
Ограниченный объем памяти и система команд, ориентированная на побитовую обработку данных, не позволяют создавать на основе ОЭВМ контроллеры, работа которых связана с обработкой больших объемов информации или с использованием сложных арифметических операций. Несмотря на это, круг применения ОЭВМ весьма широк. Они с успехом применяются для построения систем управления различного рода контрольно-измерительной аппаратуры, периферийных устройств, вычислительной техники, бытовой аппаратуры, а также контроллеров нижних уровней децентрализованных систем управления. Отладочный комплекс реализован на основе БИС КМ1816ВЕ48 и использует вычислительные средства самой ОЭВМ.
Отладочный комплекс предназначен для формирования управляющих импульсов, поступающих на тиристоры, питающие статорные обмотки асинхронного двигателя.
Выбор серии К1816 в качестве базовой для построения комплекса обусловлен наличием в ней всех характерных особенностей, присущих классу ОЭВМ, хорошим ее развитием, возможностью ее совместного использования с интерфейсными БИС серии К580, простотой реализации отладочных режимов.
Отладочный комплекс (ОК) имеет открытую конструкцию и позволяет при необходимости осуществлять гибкое изменение структуры и программного обеспечения в зависимости от выбранных алгоритмов управления асинхронным двигателем. Комплекс построен на основе трех модулей. Все модули являются функционально завершенными устройствами, позволяющими решать задачи различных этапов построения устройства управления АД на основе ОЭВМ. В состав ОК входят базовый модуль микроЭВМ, или вычислительный модуль (ВМ) и набор модулей расширения (MP).
Вычислительный модуль (ВМ) (рис. 4.4) включает в себя: ОЭВМ КМ1816ВЕ48; схему пошагового выполнения программ; элементы коммутации и индикации для демонстрации работы линий ввода - вывода ОЭВМ и ее внутренних узлов, связанных с ними; буферы магистралей данных (БМД) и управления (ЕМУ); схему формирования магистрали адреса (ФМА) ОЭВМ для внешних ЗУ на других модулях и ее индикации; БИС интерфейса клавиатуры и дисплея КР580ВВ79; клавиатуру и шестизначный восьмисегментный дисплей; дешифратор адреса, позволяющий отключать БИС КР580ВВ79 для демонстрации автономной работы ОЭВМ.
Все сигналы ОЭВМ, включая буферированные магистрали данных (МД), адреса (МА) и управления (МУ), выведены на соответствующие разъемы для подключения других модулей. Ряд выводов БИС КР580ВВ79 и ОЭВМ подключены к специальным контрольным точкам, которые используются для исследования временных диаграмм при использовании различных алгоритмов управления АД.
