/
Текст
Е. А. ЧЕРНОВ
В. П. КУЗЬМИН
С Г. СИНИЧКИН
ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ
ПОДАЧ СТАНКОВ
С ЧПУ
СПРАВОЧНСМ
посоык
ББК 34.63-SV
4-49
Рецензенты
доктор техн, наук, проф. G Н Шевчук;
начальник отдела Горьковского авиационного завода
• .им. С Орджоникидзе В М. Дроздов.
Черно^Р- А., Кузьмин В. П., Синичкин С. Г.
4-49 Электроприводы подач станков с ЧПУ: Справочное пос<
бие —Горький: Волго-Вятское кн. изд-во, 1986.—271 с., ил.
85 коп. . *
Справочное пособие посвящено описанию принципов работы я наложению м<
томи валами наиболее распространенных в стаяиостроевии приводов: БТУ ЗЫ>
ЭТВ, <КемроЯ». «Меэоматнк» в TNP. ___
• Книга рассчитана ва инжеиерно-техинческих работников, аанимающихся проект;
рованием, налядкий в эксплуатацией электрооборудования ставков с ЧПУ, элехтрв
коВ'наладчиков промышленных предприятий. а также студентов, спецндлизжруюши<ч
в обдаств электропривода.
2703000000—021
М140(03)-8в 2
ББК 34.63^
© Волго-Вятское книжное издательство, 19»
; к
щие
ПРЕДИСЛОВИЕ
Пр1
кладок,
гериала
Кш
npOCKTI
электрг
зоиатъс
специа-
*’ тельиог
По
пронзэ*
предпр
что ои<
меч а нн
Аи
за цен
Одним из приоритетных направлений в решении поставленных партией на пе-
i до 2000 года задач по ускорению научно-технического прогресса н НИЛнсн-
ацни производства является комплексная автоматизация машиностроения па
>ве широкого применения станков с числовым программным управлением,
<ыш ленных роботов и гибких автоматизированных производств.
В последние годы выпуск такого технологического оборудования осуществ-
:я опережающими темпами. Значительно расширились возможности станков
1У, в том числе и многооперационных. Резко возросли требования, предъяв-
ите к их техническим характеристикам, прежде всего к максимальным скоро-
i перемещения рабочих органов, плавности движения на низких скоростях,
гродействию. Эти характеристики в значительной степени определяют пронз-
гтельность и качество обработки деталей и зависят в первую очередь от типа
«еняемого привода подач и главного движения.
Наибольшее применение в отечественном станкостроении в настоящее время
ли широкорегулируемые электроприводы постоянного тока для приводов ЦО-
1, как правило, с высокомоментными двигателями. Средн них электроприводы
। БТУ3601 и ЭТ6 отечественного производства и типа «Кемрон», «Мезоиатнк»
ЧР производства стран — участниц «Интерэлектро», однако литература, посев-
ная их описанию к наладке, практически отсутствует.
Предлагая вниманию читателя данную книгу, написанную на основе богато
га Горьковского станкостроительного производственного объединения по пр
рованию, наладке и внедрению в эксплуатацию комплектных электропривод
а также обобщения многолетнего опыта подготовки спсдналистов, автор
мялись ликвидировать этот пробел. .
В целях облегчения понимания основного материала приведены сведения о
•ателях постоянного тока, выпускаемых отечественной промышленностью, рас-
грены принципы работы операционных усилителей как основной элементной
я современных преобразователей, а также основные сведения по теории тн-
-орных электроприводов.
Сановной раздел книги (главы 4—8) посвящен подробному описанию прин-
эв работы и изложению методик наладки перечисленных выше электропрнво-
прн этом авторы стремились максимально иллюстрировать текст фрагмея-
а схем, характеристиками и диаграммами работы. В конце соответствующих
। приведены полные принципиальные схемы электроприводов. Сохранены ус-
ные обозначения элементов схем В соответствии с технической документацией.
Заключительный раздел (главы 9 и 10) посвящен оптимязацин переходных
Деесов электроприводов И особенностям их работы в следящем режиме.
_• •
При подготовке рукописи авторы избегали громоздких математически вы-
кладок, обращая основное внимание на физическое понимание излагаемо! ма-
териала.
Кинга предназначена для инженерно-технических работников, занимаю! шея
проектированием, наладкой и эксплуатацией электроприводов станков с нПУ,
электриков-наладчиков промышленных предприятий. Она может с успехом исполь-
зоваться на курсах повышения квалификации специалистов, а также студентами.
что оно не лише
мечання и Предложения. направленные.
>амеча
специализирующимися в области электропривода и автоматизации машинострои-
тельного производства.
такое издаине, включающее в себя материалы по электроприводам
FIосколь
произведет
предприми!
алистнческих стран — участниц программы «Интерэлектро»,
в СССР впервые, авторы полностью от да ют'себе отчет в том,
определенных и ед ост , и с благодарностью примут все за-
Авторы благод
за ценные
шис улу
le^ira улучшение материала книги.
. Н. Шевчука и инженера В. М. ,
Дроздова
рецензировании рукописи и способствовав*
?
ГЛАВА ПЕРВАЯ
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ
О ДВИГАТЕЛЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА,
ПРИМЕНЯЕМЫХ В ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ
ДАЧ СТАНКОВ С ЧПУ
Электрический привод с тяристорными преобразователями и двигахрлями '
постоянного ток» (ДПТ) является в настоящее время основным типом привода
станков с ЧПУ. В силу целого ряда эксплуатационных преимуществ он практм-.
чески вытеснил гидравлический регулируемый и следящий привод, а также злек-
трогидраплическнй привод с шаговымй двигателями. Основные характеристики
указанного электропривода определяются главным образом типом применяемого
Основным преимуществом ДПТ, определяющим их широкое применение в
станочных регулируемых и следящих приводах, является высокая линейность
механических характеристик, что позволяет плавно регулировать частоту враще-
йии вала двигателя в очень широких пределах (диапазон регулирования частоты
вращения современных ДПТ составляет 10 000 и более). К недостаткам ДПТ,
по сравнению^ асинхронными электродвигателями-переменного "тока, относят
большие габариты, меньший к. п. Д- необходимость в щетках и коллекторе для
оодвода~гока в обмотку якоря. Последнее существенно снижает их перёгрузоч^-
вую способность из-здряда ограничений, связанных с процессами коммутаций и
—ВСИОПЬЮ образов а ния кругового огня на коллекторе. Несмотря на эти недо-
ЙЩИЕ, ДПТ продолжают совершенствовать в направлении повышения быстро-
Дгйстрия и увеличения перегрузочной способности, повышения к. п. д., равномср-
пости вращения на низких скоростях и т. д.
^Потребности -Совершенствования технических характеристик регулируемых
следящих электроприводов^ станков с ЧПУ привели к разработке специальных
ШГГ. Общими особенностям и двйгателе^для следящих приводов являютси~~воз-
МПЮСТь длительной работы на малых скоростях при полном моментеГчто требует
МНКлмых мер для их охлаждения, а также возможность многократной пере-
грумж по току-в течение небольшого временного связало с необходимостью
ХПМчиии высокого быстродействия привода. В частности, специально для ста-
МЧВМЖ следящих приводов были разработаны электродвигатели серии ПБСТ
(«ря» П беэобдувная станочная со встроенным тахогенераторомУГособсннЬстью
ВШрЫ» *митса наличие встроенного тахогенератора с болЬШйм "числом (96)
коллекторных пластин и коллектора яуоря также с увеличенным чиеддм
пластин. Эти меры значительно повышают равномерность вращения вала двига-
теля на низких скоростях. Необходимый тепловой режим на этих скоростях обес-
печивается за счет снижения электромагнитных нагрузок, т. е. за счет недоИсПбЛБ^
зования по тбКу~В~ТГа"пр^я~жению, что приводит к увеличению габаритов таких дви-
сателей по сравнению с нормальными двигателями общепромышленной серии П.
но вместе с тем увеличивается и тепловая постоянная времени двигателя. Д*и~-
гатели этой серии допускают перегрузку на 40% в часовом режиме, четырех-
кратную перегружу по току в течение 1 мин и десятикратную—в течение 1 с.
Были разработаны также специальные малоянерционные двигатели с глад-
ким якорем-серин ПГ (ПГТ — со встроенным тахогенератором). УНИШИНС-’
момента инерции, а следова , и постоянных Времени (в 5—6 раз меньше?-
чем у обычных) достига
за счет уменьшения диаметра и увеличения длиньГу
_-==гъ. меди прямоугольного сечения наклеиваются на гладкую наруж-
ного якоря из меди пР”м<уг—— ГТЯЛЬНых круж^^Гу^ля-
иую поверхность якоря_( ----^ги,ноа~^.олой. Такая конструкция обмотки
а при~
рощую коммутацию
в ном
нагрузках двигателя (допускается проте-
ого значений тока в переходных режимах).
какие 10-кратных п _________
Бе'спазовая конструкций позволяет также, при определс1щрм_распрсделенин об-
мотки на поверхности якоря, исключить пульсации момента, обычно имеющиеся
при входе пазов в полюсную зону н выходе из нее. Увеличению перегрузочной
способности таких двигателей способствует хорошее охлаждение обмотки якоря,
расположенной на его поверхности, обеспечиваемое за счет принудительной вен-
тиляции (от отдельного вентилятора с приводом от асинхронного двигателя, ук-
репляемого на корпусе двигателя серии ПГТ). Двигатели с гладким якорем обес-
печивают отработку максимальных ускорений порядка (24-6) • 10* рад/с1. Однако
нз-за сложности изготовления, высокой стоимости и малой надежности эти двн- •
гатели не нашли широкого применения в станкостроении, кроме того, из-за уве-
личенной длины они плохо встраиваются в станки.
Более удобными для приводов подач станков с ЧПУ оказались высокомо-
ментные электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов. Относитель-
но низкие значения номинальной частоты этих двигателей (500—1000 об/мин)
и возможность длительной работы на малых оборотах с большими моментами
позволяют обходиться без редукторов и связывать такой двигатель непосредст-
венно с ходовым винтом рабочего органа. При этом значительно упрощается ки-
нематика станка, увеличивается надежность н точность работы. Такие двигатели
в настоящее время стали основными для приводов подач станков с ЧПУ. Ло
этой причине ниже будут более подробно рассмотрены особенности конструкции
И характеристики высокомоментных электродвигателей.^
Особенности высокомоментных двигателей (ВМД). ВМД впервые начали
выпускаться в 1968—1970 гг. в США на базе двигателей, применяемых в спе-
циальной технике. Большие преимущества таких двигателей по сравнению с ма-
лоииерционными с гладким якорем обеспечили быстрое их внедрение в приво-
дал подач станков с ЧПУ. Главные конст-
руктивные особенности ВМД следующие:
— возбуждение осуществляется от вы-
сокоэнергетических постоянных магнитов;
— увеличено число пазов якоря и число
коллекторных пластин;
— применение изоляционных материа-
лов с высокой допустимой температурой;
. — усиленная конструкция вала и под-
шипников;
— ужесточенная конструкция корпуса;
— повышено отношение длины якоря к
его диаметру;
— используются специальные щетки с
большой перегрузочной способностью;
— высокие значения электромагнитного
вращающего момента.
Как правило, ВМД выполняются с вст-
роенными: тахогенератором (с малым уров-
нем пульсаций при малых частотах враще-
Рвс. 1.1. Система возбуждения вы
сокомоментных электродвигател! '
от постоянных магнитов
I — корпус двигателя: 2 — феррит
вне иапшты для возбуждения; 3
якорь
или), датчиком пути высокой точности (многополюсный ВТ-резольвер) и электр*
магнитным тормозом.
Отмеченные конструктивные особенности придают ВМД ряд ценных свойст
Таи. замена электромагнитного возбуждения на возбуждение от постоянных bi
to—a«tpi I гических магнитов обеспечила возможность многополюсного (6—12
ап аю го») исполнения двигателей (рис. 1.1) и полную компенсацию реакции яко
ра бив добавочных полюсов. При этом значительно повышается к. п. д. двнгател!
(М 15-20%), достигаются высокие значения развиваемых двигателем моменто)
Относительно небольших габаритах и массе (ряс. 1.2). Работа двигателя <
бмывамн пусковыми токами потребовала совершенствования конструкции кол
маяора и щеточного аппарата. Использование пазового якоря с большим числом
МВ и коллекторных пластин обеспечило равномерность вращения якоря до»*
NRM ка малых частотах и сравнительно высокую температурную постоянк^
авали (до 120 мин). Очень важно для повышения качества и устойчивое
МВММего привода отсутствие люфтов в соединениях двигателя и датчиков ск
рВСЯ К пути, что обеспечивается в ВМД наличием встроенных тахогенератора
В рмммера. ВМД обладают следующими техническими характеристиками [1]:
— отлосятельно низкие номинальные (До 1000 об/мин) и максимальные ча-
пищ вращения (до 1500—2000 об/мин);
• » высокие перегрузочные моменты (6—10-кратные) при малых частотах со
ВВПШМЫм их уменьшением (1,5—3-кратные) при номинальных и особенно
ВВМЫш частотах вращения;
— большая термическая постоянная времени (60—120 мни);
— оВасоечение равномерного вращения якоря на низких скоростях (до
•
Е -1
тентов
пеля с
гос
о,J
ов ско-
spatopa
<н [1]:
<ме ча-
Рис. U. Сравнение ВМД с ДПТ обычного исполнения по габаритам (а),
общей массе (б), массе меди (в), потерям (г). ДПТ с электромагнитным
возбуждением и самовентиляцией (/) и ВМД с ферритовыми магнитами
(2) имеют момент 30 Нм при 1000 об/мин
(6-12
<и яко-
числом
>я дп
— момент инерции ВМД сравним с моментом инерции ДПТ нормального
исполнения; t
— относительно небольшие диаметр и вес двигателей, что позволяет встраи-
вать их в механизм подач станков с ЧПУ.
Необходимость значительного снижения допустимого максимального момен-
та по мере увеличения частоты вращения якоря связана с ухудшением коммута-
ции в двигателе при отсутствии добавочных полюсов. При этом требуется приме-
нение нелинейных схем токоограничения. В приводах подач станков с ЧПУ ВМД
соединяются с шариковыми ходовыми винтами при помощи специальных соеди-
нительных муфт.
Подробные технические данные, габаритные и присоединительные размеры
электродвигателей серий 2П, ПБСТ, ПСТ, ПСПТ и ПГТ приведены в [2]. Отече-
ственной промышленностью освоен выпуск высокомоментных электродвигателей
серий ПВ и ДК1, которые применяются для приводов подач станков с ЧПУ.
Технические данные этих двигателей приведены в (3, 4]. Двигателями этих
серий охватывается достаточно широкий диапазон моментов (табл. 1.1).
:обеиао
ЯХ (до
Таблица 1.1
Номинальный момент. Нм Тип вдектро- дввгатела Номинальная частот! вращения, обмин Номинальный момент, Нм Тип влежтро- лвкгатяля Номинальная частота вращения» об < м«н
1.7 ДК1-1.7 1000 21 I1BB112L 500
2.3 ДК1-2.3 1000 35 ПБВ132М 600
3,5 ДК1-3.5 1000 47.7 ПБВ1321 600
5.2 ДК1-5.2 1000 76,4 ПБВ160М 500
7.2 ПБВ100М 1000 105 ПБВ1601. 500
10,5 ПБВЮОЬ 1000 143 ПБВ1605 500
14 ПБВ1128 750 175 ПБВ160М 600
17<5 —— ПБВ112М 600 *
Электродвигатели серии ПВ предназначены для применения в приводах стан-
ков с управлением от тиристорных или транзисторных преобразователей. Конст-
руктивно двигатели этой серии имеют фланцевое исполнение и допускают эксплу-
атацию при любом положении в пространстве.
Расшифровка условного обозначения электродвигателей серин ПВ произво-
дится следующим образом;
Климатическое исполнение и категория
размещения по ГОСТ 15150—69
Шифр исполнения: Е — с тормозом: О —
с датчиком положения: ЕО — с тормо-
зом и датчиком положения
Условная длина якоря: S — короткая;
М — средняя; L — длинная
Высота оси вращёния, мм
В — высокомоментный
Исполнение: Б — закрытое с естествен-
ным охлаждением, степень защиты 1Р44;
Ф — защищенное со степенью защиты
1Р54
П — электродвигатель постоянного тока
с тахогенератором
Для электродвигателей ПВ допустима в течение 1 мин перегрузка по току
М 50% сверх номинальной, в течение 0.2 с возможен ток. соответствующий
току максимального пускового момента, в течение 3 мин повышение частоты
•ращении на 30% сверх максимальной, приведенной в табл. 1.2. Практически
режим работы двигателя должен выбираться с учетом кривых допустимых мо-
мгтов [3J
Двигатели с номинальным моментом до 47 Н м развивают максимальный
оыеят Afm.iJalO AfB0H в диапазоне частот вращения от 0 до 0.3 nB0H. Двига-
ема с номинальным моментом 76,4 и 105 Н м развивают максимальный момент
Ма«1>4,8 AfaeM в диапазоне частот вращения от 0 до лаОм- Двигатели с по-
МЛаьвыми моментами 143,2 и 175 Н-м развивают Afnaz—3 Afaoa в диапазоне
Шстот. вращения от 0 до лаам. Зависимость между величиной вращающего мо-
яга и тюка якоря практически линейна до Af—0,7—0.8 Мшаж- Допу-
•МПСЖ длительная раф>та двигателей при частоте вращения 0,1 мин-' с момен-
ЯМ М менее номинального, при этом неравномерность вращающего момента не
фамшвет 6—8%.
Ямггродвнгателн серин ПВ комплектуются тахогенератором ТС-1М со сле-
ДрЯВВмм техническими характеристиками: крутизна выходной характеристики,
10
Величин параметра электродвигателе теша
ПБВ100 ПБВ112 ПБВ1Э2 ПБВ16О . ПФВ160
* прав условно* длине акора 1 •
• /Л • L S М L М L м L , S м
Номинальные: момент, Нм 7.W 10,5 14 17,5 21 35 • » 1 47.7 76,4 105 143,2 175
частота вращения, об/мин 1000 1000 750 600 500 600 600 500 500 500 600
мощность, кВт 0,75 1.1 1.1 1.1 1.1 2,2 3,0 4,0 5.5 7.5 11,0
напряжение, В 52 • 56 44 47 50 53 70 66 78,5 58 82
ток, А 18 24 31,5 29 28 50 50 78.5 90 - 182 180
Длительный момент в за- торможенном состоя- нии, Нм * 8,2 12 17,5 22 29 47 62 84 ПО 157 185
Максимальный момент при пуске, Нм 70 . 100 130 • 170 210 350 • 470 490 510 490 510
Максимальная частота вращения в продол- жительном режиме, об/мин 2000 2000 2000 ' 2000 » 2000 • 2000 2000 1000 1000 1000 1 1000
ИМЩ ЕЙ • £ - * »- об 0.045 • 0.044 0.051 0.053 0.065 0,077 » 0,105 0,118 0,141 0,094 0,118
Мамт мерцим якоре Электродвигателя, кг-м* с тахогенератором 0,01 0,013 0,035 0,042 4 0,049 4 0,188 0,233 0,242 0,298 0,194 /0,242
с тахогенератором и тор- мозом 0,0112 0,0142 0,0366 0,0433 0,0504 0,1901 0,2401 0.2464 0,3024 * 0,1984 0,2464
Электромеханическая по- стоянная времени электродвигателя, мс. с тахогенератором 10,3 7,6 • 13,2 10,1 8,6 14,2 12,3 8,5 7.9 1 9,9 .4 8,5
с тахогенератором и тор- мозом 11,5 7,8 13,8 10,4 8,8 14,4 12,4 8,63 8,02 10,05 8,63
Электромагнитная посто- янная времени, мс м. 5,75 6.75 7.3 7,65 7.35 7,85 10,63 11,8 ' 1 9.25 10,63
Сопротивление обмотки якоря при 15®С, Ом 0,222 0,139 0,109 0,123 0,144 0,0574 0,0707 г 0,0317 0,0343 0,0292 0,0317
Индуктивность обмотки якоря, мГн 1,18 0,8 0,732 0,898 1,102 0,422 0,554 0,337 0,405 0,270 0,337
Тепловая постоянная вре- мени, мин 60 70 60 70 t 80 90 100 — я (
Масса электродвигателя с тахогенератором, кг 27 33 41 45 52 83 100 168 182 J62 176
•*•
Высота оси врашемиа влектролви- гатала. мы Типоразмер тормоза Момент тормоза, Нм Рабочая той. А Сопротивле- ние обмотки пре MFC, Ом Момент инерцмн, кг • м’
100 ЭТДВ22УЗ 8 0,6 25,4 0,00119
112 ЭТДВ32УЗ 20 1.1 14,2 0,00130
132 и 160 ЭТДВ42УЗ 63 1.53 • 9,55 0,00214
160 ЭТДВ41УЗ 160 1,68 9,55 0,00214
В/об/мнн — 0,02; сопротивление нагрузки, кОм, не менее — 4; сопротивление об-
мотки якоря при 15°С, Ом — 138; индуктивность обмотки якоря, Гн —0,6. Датчик
положения типа ПМБ-1, которым комплектуются двигатели серии ПВ, имеет
следующие основные технические характеристики: число пар полюсов — 10. чис-
ло фаз источника питания—2; сдвиг фаз источника питания, м. град. — 0 или
90; напряжение питания, В — 5 ±0,25; частота питания, Гц —500; потребляемый
ток, мА. не более —10; выходное напряжение при сопротивлении нагрузки
10 кОм, В — 0,5; погрешность в статическом режиме при сопротивлении нагруз-
ки 10 кОм, угл. мин, не более —20. Технические данные применяемых в электро-
двигателях серии ПВ электромагнитных тормозов серии ЭТДВ с напряжением
питания 24В (на ЭТДВ41УЗ—НОВ) приведены в табл. 1.3.
Электродвигатели серии ПВ комплектуются температурным датчиком, обес-
печивающим подачу сигнала в цепь управления при недопустимых для изоляции
перегревах.
Электродвигатели серий ПВ без тормоза и датчика положения характеризу-
ются следующими показателями надежности: средний ресурс работы электродви-
гателя—не менее 20 000 ч; средний срок службы—не менее 15 лет; вероятность
безотказной работы за период 10000 ч составляет не менее 0.9 при доверитель-
ной вероятности 0,8.
Электродвигатели серии ДК1 предназначены для эксплуатации в составе
следяще-регулируемых электроприводов (преимущественно типа ПРП) механиз-
мов подач металлообрабатывающих станков и манипуляторах промышленных ро-
ботов. Двигатели имеют фланцевое исполнение МЗОО по СТ СЭВ 246—76, сте-
пень защиты IP44 по ГОСТ 14254—69 (закрытые), естественное охлаждение и
допускают эксплуатацию при любом положении в пространстве Конструкция
ВМД серии ДК1 близка к конструкции ВМД серин ПВ, при уменьшении диа-
метра якоря, насколько это возможно, с целью максимального снижения момента
его инерции. Возбуждение осуществляется от литых постоянных магнитов из
сплава ЮНДК35Т5, обеспечивающих повышенную (до 0.6 Т) индукцию в воз-
душном зазоре и снижение диаметра и момента инерции двигателей. Исполнение
индуктора — четырехполюсное. Все типоразмеры двигателя имеют одинаковый
наружный диаметр, но разную длину с целью максимальной унификации де’галей
и узлов. Расшифровка условного обозначения электродвигателей серин ДК1 про-
изводится следующим образом:
A*L- * - XXX - AT
Индекс предприятия-разработчика
Шифр исполнения:
О — без тормоза;
1 — с тормозом
О — без датчика положения;
I — с датчиком положения;
О—без тахогенератора;
/ — с тахогенератором;
Номинальный момент, Нм
Серия: Д — двигатель;
К — коллекторный;
I — порядковый номер серии.
Электродвигатели серии ДК1 могут находиться в заторможенном состоянии
при номинальном токе не более 3 ч, а в течение 1 мни выдерживают 1.5-кратную
перегрузку по току. Допускается работа электродвигателя в течение 2 мин при
повышенной до 2000 об/мнн частоте вращения при номинальном моменте. В пе-
реходных режимах электродвигатели этой серии способны обеспечить макси-
мальны* момент до 7-кратного номинального за счет соответствующего увелнче-
па той якоря. При этом кратность максимального тока не превышает крат-
ность максимального момента более чем на 10%. Технические характеристики
•яастродвигателей серии ДК1 приведены в табл. 1.4.
Двигатели серии ДК1 имеют следующие показатели надежности:
* — минимальная наработка с заменой щеток в процессе эксплуатации —
1*000 ч; срок службы с учетом срока хранения — 12 лет.
В комплект электродвигателя могут входить тахогенератор типа ТГ1; тор- .
моа типа ЭТДВ12УЗ и датчик положения типа ПМБ-1. Технические данные та-
аогвтратора ТП следующие: крутизна выходной характеристики — 0,03 ±
B001S В/об/мин; частота вращения—1000 об/мин; сопротивление нагрузки —
Ю0 Ом; момент инерции ротора тахогенератора не превышает 0,4-10-* кг м*.
Кроме описанных отечественных ВМД, в приводах подач станков с ЧПУ,
Окупаемых отечественными станкостроительными производственными объедн-
мвакмя, широко применяются ВМД производства социалистических стран: НРБ,
ЧССР. ПНР. Технические характеристики ВМД производства этих стран, а так-
В фирм Fanuc (Япония) и Inland motor (США) приведены в [3].'
Оптические и динамические характеристики ВМД. Как отмечено выше, ВМД
ПМОатса электродвигателем постоянного тока (ДПТ) с некоторыми конструк-
«ммш особенностями. Поэтому для ВМД справедливы уравнения, опнсываю-
* роботу обычного ДПТ, а также их статические и динамические характери-
ВЯВ Про учете особенностей ВМД. Рассмотрим эти характеристики с учетом
МОбВВПГТТЙ ВМД и его использования в современных электроприводах, вы-
ВПММВМХ ио структуре подчиненного регулирования.
Параметр Вепчииа параметра апктроагагателя типа:
ДК1-1.7 ДК1-2.3 AK1-S.S ДК1-5.2
Номинальные: • • 3,5 • •
момент, Нм 1.7 * 2,3 < 5.2 ;
частота вращения, об/мин 1000 1000 1000 1000
мощность, кВт 0,177 0,24 0,364 0.54
напряжение, В 36 48 65 ПО
ток, А Максимальный момент, Нм, в диапазоне частот вра- щения, об/мин 8.0 7,5 7.5 6.5
0...500 11.9 16,1 24.5 36,4
500...1000 •11,9 16,1 . 17,5 26
1000...2000 11,9 11,5 10,5 15.6
Ток холостого хода, А 1.5 1.3 1.0 0.8
Сопротивление обмотки яко- • • •
ря при 20°С, Ом Электромагнитная постоянная 0,75 0,95 1.15 2,10
времени, мс Электромеханическая посто- янная времени двигателя с тахогенератором, тор- мозом и датчиком положе- 2.5 3,0 3,5 5.3 4
НИЯ, мс 25 20 ' 15 10
кпд, % Тепловая постоянная вреие- 61,5 67 74,5 •75,5
ни, мин Масса двигателя с тахоге- нератором, тормозом, дат- 45 50 60 ' 60
чнком положения, кг 22,9 25,5 2S.. 33,3
Р°стыо (частотой) вращения
На рис. 1.3 показана характеристика ВМД, определяющая зави-
симость момента, развиваемого двигателем от частоты вращения М(п), где
Г об ] _ .
п | --— | — скорость (частота) вращения двигателя. Ее связь с угловой схо-
определяется следующим образом:
Г об 1
Г рад 1 Г об 1 2х__________мин ]
L с ] ” [ мин ] 60 9,&5
На характеристике ВМД выделяют три зоны: длительной работы—/; крат-
“^Ременной работы —2 и работы в переходных режимах—3. Из характеристн-
К‘1 видно, что ВМД в отличие от ДПТ обычного исполнения, способен во 2 и 3-й
аоп»х развивать моменты, намного превосходящие номинальные. Однако макси-
14
п од/мин
Рис. 1.3. Диаграммы зависимости допустимых моментов от частоты вра-
щении дли высокомомеитного электродвигателя:
I — *оаа длатслыюВ работы: t — аока кратковременно* работы; 3 — зова ра-
боты переходам! режимах
мальмы* момент Л4аааа .такой Двигатель способен развивать в течение весьма
короткого интервала времени (ОД с). Если номинальный момент определяетси
по допустимым условиям нагрева и является длительным, то максимальный мо-
мент при я—0 ограничен размагничивающим действием тока якори (при приме-
нении высокоэнергетических постоянных магнитов для возбуждения максимально
допустимы* ток якоря может в 10 и более раз превышать номинальный), * при
увеличении частоты вращения допустимая величина максимального момента зна-
чительно снижается из-за ухудшения коммутации. Поскольку зависимость мак-
симально допустимого момента от частоты вращения имеет нелинейный вид, то
практически она обеспечивается специальной схемой нелинейного токоогрдниче-.
кия, которая имеется в составе электропривода. ВМД допускает кратковремен-
ную работу и на повышенной частоте вращения, которая, с учетом возбуждения
от постоянных магнитов, может обеспечиваться только за счет увеличения на-
арнжепия на якоре двигателя, что должно быть предусмотрено схемой тирнстор-
мго преобразователя, от которого питается такой двигатель (рис. 1.4).
Км статические, так н динамические характеристики ВМД могут быть по-
лучемы КЗ следующих уравнений (5):
u = e + t^ + L—; (1.1)
at
е-КФы:
М-КФ».; '
Рис 1.4. Эквивалентная схема Подключения
ВМД к выходу тиристорного преобразователя:
UTB — напряжение ТП; Дтв и гтв — индуктивность
и сопротивление выводков цепи ТП; L„ и г, — ии-
дуктнвность и сопротивление якорной цепи двигателя
M-Mc = /4r- (!•*)
«X
Здесь г—полное активное сопротивление якорной цепи. Ом; L — полная ин-
дуктивность якорной цепи, Гн; е — ЭДС вращения двигателя, В; K—pN)2 ла—
конструктивный коэффициент двигателя; р, N, а — соответственно числа пар
полюсов, активных проводников и параллельных ветвей обмотки якоря; Ф — маг-
нитный поток возбуждения двигателя, Вб; <> —механическая угловая скорость
двигателя, рад/с; М, Мс — соответственно момент, развиваемый двигателем, и
момент статического сопротивления на валу двигателя. Нм; /—момент инерции
привода, включающий в себя момент инерции двигателя /дв и приведенный к
валу двигателя момент инерции механической передачи /м.
Поскольку для ВМД произведение КФ является величиной постоянной, ее
обозначим как с—КФ. Значение с определяется по паспортным данным двигате-
ля для установившегося номинального режима
• ^^-/я.яомГ (1Л)
“•кои
/Совместное решение уравнений системы (1.1—1.4) относительно угловой
скорости <о и момента М при с—const и Мс =const я последующая запись ре-
зультата в операторной форме при нулевых начальных условиях дают:
1 1 1 Г С/(р) г 1
РЧР) + — рш{р) + y-L_ «(,) - уу- | - — Мс(р)|; (1.6)
рЩр) + 4" рад + vV ад=vv" Г“Х/(р>+аМр)]' on
Г, 1 »/ II 1 fl и L е J
где г/е* Мс(р) — Дюс(р) — изображение статического перепада скорости, вызван-
ного падением напряжения от тока статической нагрузки на активном сопротив-
лении якорной цепи, рад/с; Г,—L/r —электромагнитная постоянная якорной це-
пи, с; Гц «/г/с1 —электромеханическая постоянная времени, с.
Рис. 1.5. Структурная схема ДПТ, где промежу-
точная переменная — момент двигателя М
Из уравнений (1.6—1.7) легко записываются передаточные функции ВМД
при возмущении по управлению ‘ -
WJp) ------ ((.8)
Г U(p) Т,Тыр^+ Т^+1' 1 ’
при возмущении по нагрузке
Wjp)-----____________, (1.9)
где Кжв->1/с.
По полученным уравнениям и передаточным функциям можно составить
структурную схему ВМД. При этом в качестве промежуточной переменной, от-
ражаемой на структурной схеме, может приниматься момент двигателя для учета
момента статического сопротивления. При использовании двигателя в электропри-
воде, выполненном по структуре подчиненного регулирования для выделения
ввмтура тока, 'необходимо в структурной схеме электродвигателя в качестве
промежуточной переменной принять ток якоря. Структурная схема ВМД для
арвого случая приведена на рис. 1.5. Здесь U-U(p) — изображение напряже-
ны питания, a E—efp) —изображение ЭДС двигателя. Передаточные функции
авеяьев структурной схемы легко получаются из системы уравнений (1.1—1.4>
осле ааписи их в операторном виде
U-E-(f+Lp)i.(p); (1.10)
M-ci,(p); (111)
M-M,~Jpn. (1.12)
Первое уравнение (1.10) после выноса г за скобку и, учитывая, что Д/г—Г»,
можно записать в виде
(/-£-г(1+Г^>)4.(р). (1.13)
Решая это уравнение относительно iK(p) я подставляя его значение в урав-
оаипа (1.11), получим
(«/-£). (1.14)
1+7»Р
Пырнмое выражение соответствует первому эвену, изображенному на струк-
туркой схеме ВМД. Передаточная функция, соответствующая второму звену, по-
лучается из уравнения (1.12), если его записать относительно и
»=-y-(A<-Me) (1.15)
JP
Г„
и учесть, что /— согласно введенному выше обозначению. Тогда
- = -^-(М-Мс). (1.16)
‘мР !
Обратная связь по частоте вращения изображается по выражению
Е—сш. (1-17)
Построение структурной схемы ВМД для второго случая, /огда в качестве
промежуточной переменной принимается ток якоря, производится следующим
образом Передаточную функцию, соответствующую первому звену структурной
схемы (рис. 1.6), можно записать непосредственно по уравнению (1.10), решая
его относительно i»(p):
П1 + т *р)
Уравнение (1.12) с учетом уравнения (1.11) и, приняв Afe=O, можно запи-
сать в виде
ci,(p)-JfXa. (1-1®)
или ’ - '
<-=-£~GG>). О»)
JP
учитывая связь / и Г„. окончательно можно записать
“ = '-T-UPY ’ (1-21)
сГм(р)
Последнее уравнение соответствует второму звену структурной схемы па
рис. 1.6. г
При изображении структурной схемы ДПТ (в том числе и ВМД) в составе
электропривода, выполненного по структуре подчиненного регулирования, обрат-
ная связь по частоте вращения, как правило, не учитывается. Это связано со
следующими соображениями [6J. Как всякая замкнутая система, токовый контур
стремится воспроизводить на своем выходе входной сигнал, которым в данном
случае является напряжение регулятора скорости Изменение ЭДС. возникающее
при изменении скорости двигателя, является для. него возмущением и приводит
к отклонению тока якоря от значения, задаваемого входным сигналом. Если из-
менение скорости, вследствие значительной электромеханической постоянней вре-
мени Г„ (что характерно для ВМД), происходит сравнительно медленно, а быст-
родействие токового контура велико, ток якоря изменяется в соответствии с из-
менением напряжения регулятора скорости независимо от действующего на кон-
тур возмущения в виде изменения ЭДС двигателя. По этой причине на структур-
ной схеме эта обратная связь может не учитываться.
Рис. 1.6. Структурная схема ДПТ, где проме-
жуточная переменная —ток якорной цепи /«
Как известно, характер переходного процесса при ступенчатом приложении
напряжения к якорю двигателя зависит от соотношения постоянных времени Т,
и Гн. При выполнении условия 4 Т*>ТИ переходный процесс носит колеба-
тельный характер, при условии 4 Т><ГМ — апериодический характер, а переда-
точная функция двигателя (1.8) соответствует апериодическому звену второго
порядка и может быть представлена в виде
“ </(/>) “ (1 + TiPx'l + Т1Р) ’ ‘ (ЬИ>
где
Г., Л = —
При условии, что Т»<Гм, передаточная функция двигателя будет соответ-
ствовать апериодическому звену первого порядка и иметь вид
К
^>«7-. V (Ь23)
1 + Г мР
На практике для ВМД, устанавливаемого непосредственно на ходовой винт
• приводе подач станка, электромеханическая постоянная времени, с учетом при-
МДеаиого момента инерции механизма, оказывается весьма значительной, и пе-
реводный процесс соответствует апериодическому звену второго, а чаше первого
прядка С учетом этого по рекомендациям СЭВ принято оценивать быстро-
Мйствие двигателя по среднему угловому ускорению, которое определяется по
формуле [3]
, 0.63
5ср~ I
‘0,63
(1-24)
ПВ Uaa — время, за которое двигатель, нагруженный моментом инерции механиз-
ма разгонится до 63% от Шаом (для разгона по экспоненциальной кривой /»,ц-
где — время переходного процесса).
ГЛАВА ВТОРАЯ
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ
ТИРИСТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
электроприводов ПОСТОЯННОГО ТОКА
Управление двигателями постоянного тока в электроприводах подач стан-
ков с ЧПУ осуществляется в настоящее время с помощью тиристорных преоб-
разователей (в широтно-импульсных преобразователях небольшой мощности в
качестве силовых элементов могут применяться мощные транзисторы). Тиристор-
ный преобразователь ТП, работающий на нагрузку в виде ДПТ, состоит из двух
основных частей (рис. 2.1): силовой схемы и системы импульсно-фазового уп-
равления. Основное назначение силовой схемы — преобразование 3-фазного пе-
ременного напряжения сети в постоянное напряжение 1/т« для питания якорной
цепи ДПТ, величина которого зависит от величины управляющего напряжения
U,af. подаваемого на вход ТП. В отличие от обычного управляемого выпрями-
теля силовая схема ТП в определенных режимах работы ДПТ осуществляет об-
ратное преобразование напряжения постоянного тока в напряжение переменного
тока (так называемый инверторный режим). Для регулирования величины вы-
прямленного напряжения изменяют длительность проводящего состояния тири-
стора путем измевення фазового угла открывания тиристора а относительно на-
чала положительной полуволны анодного напряжения. Эту задачу решает си-
стема импульсно-фазового управления СИФУ, осуществляя преобразование не-
прерывного входного сигнала управления 1/тжр в фазовый сдвиг отпирающего
импульса а. что иллюстрируется рис. 22. Здесь для фазы А показано пилообраз-
ное опорное напряжение с линейно-нарастаюшнм рабочим участком
я—d. Значение начального угла управления а««ч. отсчитываемого
от момента естественного отпирания тиристора, устанавливается напряжением
смещения 1/ем. При увеличении действующего встречно смещению входного уп-
равляющего напряжения угол управления а уменьшается. Зависимость уг-
ла а от С/у.р может быть определена нз следующих соображений. Пусть измене-
ic
нию со/» — (ш — круговая частота напряжения питания) соответствует изме-
нение напряжения на выходе генератора пилообразного напряжения, равное Uri,
тогда на основании соотношения, которое непосредственно следует нз рассмот-
рения рис. 2.2,
Рис. 2. J. Блок-схема тиристорного преобразователя
«/2
Un
(2.1)
можно записать выражение, связывающее угол управления с сигналом на входе
СИФУ
* Уупу
а = а“*'~ 2
(2.2)
Практически в СИФУ в качестве опорного напряжения может использовать-
ся ие только пилообразное напряжение, но и синусоидальное, косинусоидальное,
сформированное нз отрезков синусоид напряжений нескольких фаз питающей
сити и т. д. Опорное напряжение должно быть синхронизировано с соответствую-
ваН фазой питающей сети.
Структурная схема СИФУ для управления тиристором фазы А1 показана на
рак. 2JJ. Она состоит из фаэосдвигающего устройства ФСУ и усилителя-форми-
рммтеля импульсов УФИ. ФСУ состоит из блока опорного напряжения БОН, уз-
ла суммирования опорного напряжения Uaa с входным управляющим напряже-
нием и нуль-органа НО. Формирование опорного напряжения в БОН осу-
мвствлиется из напряжения в», жестко привязанного по фазе к напряжению пи-
твюмий сети А!. Напряжение с выхода узла суммирования подается на вход НО,
мтврый формирует импульс в момент сравнения напряжений Uaa и (/уВр или
момент прохождения через нуль суммарного напряжения. Далее этот импульс
МСМ усиления и формирования подается на управляющий электрод тиристора
ам «го открывания. Управляющие импульсы должны иметь достаточную мощ-
Мп высокую крутизну. необходимую для четкого открывания тиристоров.
в импульсе должен превышать ток управления спрямления тиристора, а дли-
«вмветь импульса должна превышать время нарастания силового тока тнри-
«ЯфВ ВО величины тока удержания.
Рис. 2.2. Принцип фазировки импульсов СИФУ
Наибольшее применение нашел так называемый вертикальный принцип по-
строения СИФУ, при котором в результате суммирования Uau и 1/,«р получает-
ся напряжение С/ai.ao, повторяющее по форме напряжение 1/о«. но смещенное
по вертикали в ту или иную сторону в зависимости от величины и знака напря-
жения Ujev (рис. 2.4).
Ниже рассматриваются особенности и принципы работы силовых схем ти-
ристорных преобразователей (для краткости далее просто тиристорных преоб-
разователей). Тиристорные преобразователи выполняются однофазными и много-
фазными. При небольшой мощности нагрузки и невысоких требованиях к каче-
Рис 2 3 Структурная схема СИФУ
стау управления применяются более простые однофазные ТП. В приводах подач
станков в основном применяются многофазные ГЛ, что связано с существенным
уменьшением пульсаций выпрямленного напряжения, более высоким быстродей-
ствием и т. д. Все многофазные силовые схемы ТП делятся на нулевые и мо-
стовые.
В нулевых схемах (рис. 2.5, а) нагрузка, например якорная цепь электро-
двигателя, подключается к пулевой точке вторичной обмотки трансформатора н
к обще* точке, в которой объединяются тиристоры, подключенные к вторичным
обмоткам трансформатора. Если тиристоры объединены своими катодами, такое
включение называют катодной группой тиристоров, если же анодами — анодной
группой тиристоров. Для сглаживания пульсаций выпрямленного тока последо-
вательно с нагрузкой включается реактор, представляющий собой дроссель с
большой индуктивностью L Мостовая схема (рнс. 2.5, б) получается путем по-
следовательного соединения двух нулевых схем: анодной и катодной. При этом
вовользуются оба полупериода переменного напряжения, однако число тири-
< горов в такой схеме в 2 раза больше, чем в нулевой. Мостовые схемы обеспе-
шавют более высокое выпрямленное напряжение, меньшую величину и большую
частоту пульсаций, лучшее использование силового трансформатора. Приведенные
«вяыы относятся к нереверсивным ТП.
На примере более простой нулевой схемы ТП (рис. 2.5) рассмотрим иеко-
•врям особенности и принцип работы ТП. Более подробные сведения по теории
роботы управляемых вентильных преобразователей и необходимые соотношения
«ваво найти в работах [5—в]. Первоначально положим, что вместо тиристо-
ров включены обычные диоды VI—V3, аноды которых находятся под потенциа-
ав«я выводов соответствующих вторичных обмоток относительно нулевого выво-
де (вавряжения еА, е0. «с). Эти напряжения сдвинуты относительно друг друга
•в угол 2я/ш (где m — число фаз), как показано иа рис. 2 6. В промежуток вре-
юяяв 1г— 6 ток проходит только через диод VI, поскольку напряжение о, прн-
дмвютое к катодам диодов V2 и V3, больше напряжений е» в Вс, приложенных
• вводам, и, следовательно, запирает их. В момент напряжение е> сравни-
Рис. 2.5. Схемы ТП:
в — нулевая; 6 — мостовая
вается с ес и далее превышает последнее. Следовательно, с этого момента начи-
нает проводить ток диод V2, а напряжение еа. приложенное к катодам диодов
VI и V3, запирает их. Процесс перехода тока с одного диода на другой под дей-
ствием ЭДС вторичной обмотки трансформатора называется естественной комму-
тацией. Соответственно период Л—G называется периодом естественной комму-
тации. Естественная коммутация свойственна неуправляемым выпрямителям. При
этом среднее значение выпрямленного напряжения равно
= УТ Ef^- tin —. (2.3)
к т
где — действующее значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора. Реаль-
но процесс коммутации вентилей протекает не мгновенно, а в течение некоторого
промежутка времени. Это связано с действием индуктивности рассеяния вторич-
ных обмоток травсформатора, которая поддерживает ток в вентиле, выходящем
из работы, и уменьшает ток в вентиле, входящем в работу. По этой причине су-
ществует период, когда ток проходит через два вентиля. Фазовый угол у, соот-
ветствующий этому периоду, называется углом коммутации (рис. 2.6). В комму-
тационный период потенциал общей точки катодов, который должен был иметь
значение «в, равен полусумме ЭДС двух фаз '/> (ед + еа). В конце процесса ком-
мутации, когда вентиль VI закрывается, этот потенциал скачком возрастает до
величины, определяемой ЭДС фазы В. В результате среднее значение выпрям-
ленного напряжения уменьшается на величину
Рис. 2.6. Коммутация токов в неуправляемом вы-
прямителе
(2.4)
где — индуктивное сопротивление рассеяния вторичной обмотки трансформа-
тора; / — ток нагрузки. В контуре коммутации, состоящем из вторичных обмо-
тав трансформатора (фазы А1 и В1) и вентилей VI, V2, действует разность ЭДС
та—ед. показанная штриховой линией иа рис. 2.6. Заштрихованные площадки
отражают эффект уменьшения выпрямленного напряжения, связанный с процес-
сом воммутацнн.
В управляемых выпрямителях вместо диодов применяют тиристоры, на уп-
рмлнюший электрод которых подается управляющий нмпульс, смещенный отяо-
ситалыю точки естественного открывания на некоторый фазовый угол а, назы-
моашй углом запаздывания зажигания, так как он характеризует запаздывание
«врывания тиристора по сравнению с моментом естественного зажигания
(рае. 2.7). При этом соответственно смешается во времени момент вступления
работу очередного тиристора и затягивается работа предыдущего. Наблюдается
паем а процесс коммутации. Среднее значение выпрямленного напряжения U,
брмт пропорционально cos а.
cos а. (2.5)
Эффект управления ТП иллюстрируется рис. 2.8, на котором показаны графи-
IB мамдиого напряжения при изменении угла управления а от 0 до 90*. Здесь
* мемам минимальный угол aBi«, при котором ТП теряет управление, так как
МС метателя £а> в эоне ami. больше мгновенного значения напряжения фазы,
О Маремм не на тиристоре становится отрицательным. Кривая мгновенных зна-
Рис. 2.7. Коммутация токов в управляемом выпря-
мителе
ченнй выпрямленного напряжения выделена жирной линией. Для наглядности
на одном графике показано изменение угла а от Q до 90*, тогда как реально при
каждом значении а может проходить любое количество периодов напряжения
фаз питающей сети. Можно видеть, что прохождение тока будет и при отрица-
тельном значении фазного напряжения. Это объясняется наличием индуктивности
в цепи нагрузки. Также следует отметить, что при работе ТП напряжение на его
зажимах будет меньше, чем среднее значение выходного напряжения выпрями-
теля.'Это связано с падением напряжения на тиристорах, на активном сопро-
тивлении силовой цепи, а также с процессом коммутации тиристоров Последнее
имеет наибольшее значение и обычно превышает два предыдущих. Падение на-
пряжения на тиристорах можно принять примерно постоянным ДС/т = 0,5—1,0 В.
Падение напряжения на активном сопротивлении силовой цели пропорционально
току нагрузки Д1/я —
Тогда на зажимах ТП среднее выпрямленное напряжение равно
U,-U4. cos ' (2.6)
или
Последнее выражение представляет собой внешнюю характеристику ТП
(рис. 2.9), нз которой следует, что с увеличением угла а напряжение на зажимах
ТП уменьшается, а при постоянном значении а уменьшение этого напряжения
происходит с увеличением тока нагрузки. Наклон внешней характеристики от-
ражает внутреннее сопротивление ТП, которое определяется отношением
= t/rfOcos я — /н
-Д(/т. (2.7)
Можно видеть, что в области больших токов нагрузки /?,тв относительно
ало, однако с уменьшением тока нагрузки наклон характеристик увеличивается,
ото говорит об увеличении внутреннего сопротивления ТП. Последнее связано с
том. что ТП переходит из режима «непрерывного тока» нагрузки в режим «прет
раиистиг токов». Физическая картина появления прерывистых токов поясняется
р*. 110. При уменьшении тока нагрузки уменьшается количество энергии, за-
Ряс. 2.9. Внешняя характеристика ТП
Рис. 2.10. Кривые выпрямленного напря-
жения:
в — режим ««прерывного ток»; б — режим
прерывистого ток»
пасаемой в индуктивности силовой
цепи, так как последняя в реальных
условиях имеет конечное значение, и
наступает момент, когда накоплен-
ной энергии оказывается недостаточ-
но, чтобы поддерживать ток при от-
рицательных напряжениях на аноде
тиристоров, вследствие чего ток в
цепи якоря уменьшается до нуля,
т. е. становится прерывистым. Умень-
шение энергии, запасаемой в индук-
тивности силовой цепи, при уменьше-
нии тока нагрузки отражается на
рис. 2.10 уменьшением заштрихован-
ной площадки 5Ь соответствующей
проводящему состоянию вентиля при
отрицательном напряжении на его
аноде. В промежутках Л—I» при от-
сутствии тока в цепи нагрузки напря-
жение на зажимах ТП равно ЭДС
двигателя £»».
Существует определенная связь
между углом регулирования а и гра-
ничным током нагрузки /«», разделя-
ющим указанные два режима работы
ТП. По мере уменьшения напряже-
ния холостого хода I/»» величина
граничного тока увеличивается, и ре-
жим прерывистых токов будет наб-
людаться при больших значениях то-
ка нагрузки. В общем виде эта связь
определяется формулой
— ctg——) sin в, (2.9)
тп ТП ]
где хь — индуктивное сопротивление нагрузки.
Этому выражению на рис. 2.9 соответствует штриховая линия, ограничива-
ющая режим прерывистых токов н представляющая собой дугу эллипса.
Выше был рассмотрен выпрямительный режим работы ТП. Однако исполь-
зование только такого режима работы существенно ограничивает возможности
управления двигателем постоянного тока. Обратимся к рис. 2.2, 2.5, 2.8 и выра-
жению (2.5). При'значении угла регулирования а—90’ среднее значение выпрям-
ленного напряжения ТП Ut=-0 и двигатель находится в покое. Для пуска дви-
гателя и его разгона необходимо уменьшать угол а, при этом увеличивается (/
н двигатель разгоняется. Одновременно возрастает и ЭДС двигателя £»». В ус-
таноеившемся режиме работы электродвигателя, если пренебречь падениями
напряжения в силовой цепи, напряжение ТП будет уравновешиваться ЭДС дви-
гателя. Предположим, что требуется уменьшить частоту вращения двигателя.
С этой целью должен быть увеличен угол регулирования а, что вызывает соот-
ветствующее уменьшение напряжения ТП. Поскольку ЭДС двигателя мгновен-
но измениться не может, она оказывается больше напряжения ТП, при этом ти-
ристоры запираются и электродвигатель оказывается как бы отключенным от
ТП. Начинается свободное торможение двигателя, определяемое только момен-
том сопротивления нагрузки. В процессе торможения двигателя наступит мо-
мент времени, когда в результате уменьшения £я« она снова сравняется с Ut.
При этом установится новое значение частоты вращения двигателя. Такой про-
цесс торможения оказывается, как правило, недопустимо длительным. С целью
его сокращения применяют динамическое торможение ДПТ, при котором якорь
двигателя подключается с помощью силовых ключей (в качестве которых также
могут использоваться тиристоры) к резистору динамического торможения. Од-
нако при этом наиболее интенсивное торможение наблюдается только в началь-
ный момент. Далее, по мере уменьшения тока якорной цепи двигателя, тормо-
зящий момент также уменьшается, что затягивает «процесс торможения.
Наиболее рациональным с точки зрения сокращения времени торможения и
экономичности является так называемый режим рекуперативного торможения,
ори кагором часть энергии возвращается в сеть, а электродвигатель в процессе
такого торможения работает в качестве генератора. Таким образом, необходимо
реализовать обратное преобразование энергии из цепи постоянного тока в питаю-
щую сеть переменного тока. Такой процесс называется инвертированием, а уст-
ройство, с помощью которого осуществляется этот процесс,— инвертором.
Рассмотрим, при каких условиях ТП может работать в режиме инвертора.
Прежде всего необходимо, чтобы £ж» стала больше U,, именно с этого условия
•очиняется процесс торможения. Однако, как мы видели выше при рассмотре-
нию этого процесса на примере схемы ТП (рис. 2.5, а), в этом случае происходит
каанраине тиристоров и отключение двигателя от ТП. Для осуществления ин-
вертирования энергии необходимо, чтобы проходил ток по силовой цепи, что
•вжосредствеяно не может быть реализовано вследствие односторонней прово-
замости тиристоров
Для того чтобы, появилась возможность создать ток через вентиль в процессе
мрааожания, необходимо изменить полярность подключения якоря электродвига-
ввм в тнрвсторам, что можно сделать, например, с помощью контактней схемы.
В этою случае ЭДС двигателя и напряжение ТП совпадают по направлению и
мв силовой цепи будет проходить через вентиль, т. е. в том же направлении,
ВОВ В давга тельном режиме. Двигатель оказывается в режиме противовключе-
ние В начнет тормозиться, отдавая энергию в силовую цепь. Однако рекуперации
вямргав в сеть переменного тока происходить не будет. Это объясняется тем, что
фмаВШ соотношения между током вторичной обмотки трансформатора, током
ваша! ЭДС вторичной обмотки остались те же, что и в двигательном режн-
В Тавам образом, для получения режима рекуперации необходимо изменить
Фовр Вава ми напряжения во вторичной обмотке трансформатора на противо-
Рис 2 11- Схемы замещения нереверсивного
ТП:
а — «ыпрямительвый режим; 6 — инверторный ре-
жим
двигателя. Таким образом, для осуществления
положную. Первое не представ-
ляется возможным из-за одно-
сторонней проводимости тири-
сторов, поэтому необходимо из-
менить фазу напряжения вто-
ричной обмотки. Следует иметь
в виду, что здесь речь идет не
об изменении фазы питающего
напряжения вообще, а об ее
изменении только в период про-
хождения тока через обмотку
трансформатора и тиристор в
процессе торможения электро-
режима инвертирования необхо-
димо выполнить два условия:
— изменить полярность ЭДС двигателя на противоположную;
— обеспечить подачу открывающих импульсов на тиристоры таким образом,
чтобы ток большую часть времени протекал бы при отрицательной полуволне
питающего напряжения (а>9Й°).
При выполнении этих условий двигатель работает в режиме рекуперативного
торможения генератором, вентиль и трансформатор — в инверторном режиме пе-
редачи энергии в сеть.
На рНс. 2.11 в упрощенном виде показана работа ТП в выпрямительном (а)
н инверторном (б) режимах. Здесь регулировочные свойства преобразователя учи-
тываются источником регулируемого напряжения Ui„ cos а, а эффект односто-
ронней проводимости — включением диода VI. В выпрямительном режиме по-
лярность U, положительная, поскольку открывание тиристоров происходит при
положительных полупериодах анодного напряжения (а< —, рис. 2.8) и направ-
ление тока совпадает с направлением напряжения £/», но противоположно на-
правлению ЭДС двигателя Еяя.
В инверторном режиме (рис. 2.11, б), наоборот, направление тока совпадает
с направлением £дв, полярности напряжения ТП и ЭДС двигателя противопо-
ложны по сравнению с выпрямительным режимом.
Протекание тока при отрицательных значениях питающего напряжения обес-
печивается заданием угла регулирования а большим, чем 90 эл. градусов
—j. Кривые напряжений силовой схемы в инверторном режиме показаны
на рис 2.12. Отметим еще раз, что несмотря на то, что импульсы для открыва-
ния тиристоров могут подаваться при отрицательных полупериодах анодного
напряжения, его включение и прохождение тока через тиристор обеспечивается
за счет положительного результирующего напряжения, приложенного между
анодом и катодом тиристора, поскольку в этом режиме, как было отмечено вы-
ше, должно выполняться условие |£д«|>|(/>|.
Угол регулирования а в инверторном режиме больше 90°. Для удобства ана-
Рис. 2.12. Выходное напряжение ТП в инверторном режиме
лита его обычно заменяют углом опережения зажигания р, который связан с уг-
лом а соотношением ,
Р-180*—а (2.10)
тоже не будет превышать 90*. Название <угол опережения зажигания» связа-
•о е тем. что в инверторном режиме этот угол показывает, насколько момент
витч отрывающего тиристор импульса предшествует (опережает) момент ес-
нгогяаого зажигания тиристора в этом режиме (рис. 2.12. например, р—60*).
В*««ае аараатерисгика инвертора будет определяться выражением
(/м=(/лсоа ₽ + /. ( +М/Т. (2.11)
Необходимо отметить еще одну особенность осуществления режима ннвер-
«•рмаимя Она связана с необходимостью ограничения минимального значения
увм р. Для обеспечения нормальной работы тиристоров в инверторном режиме
вмвмалыюс значение угла опережения зажигания р должно быть ограничено
Мвлм образом, чтобы за время Л—(рис. 2.12) закончились процессы комму-
VMM а вентиль, выходящий из работы (ес). восстановил свои управляющие
ВМйгтаэ. т. е. полностью заперся. Отсюда
P.i.>V+fl+t, (2.12)
Мв у—угол коммутации (время спадания тока в вентиле);
8 — угол восстановления управляющих свойств;
♦ — угол запаса, связанный с несимметрией подачи управляющих импульсов
во фазам.
U* же это условие не будет выполнено, то при коммутации тока с фазы
М М фазу »д к моменту времени G ток через тиристор фазы ес не успеет стать
МММ» гака удержания, и так как в этот момент тиристор фазы ес снова будет
МММ под более положительным потенциалом, чем тиристор с ЭДС ел» он
Мфмт вновь, выключив тиристор фазы ел (этому случаю сответствует жир-
Рис. 2.13. Реверсивные схемы силовых цепей:
а — перекрести»»; 6 — нулем»; в — мостов»»
в
ная линия —ЭДС ес и пунктирная еА на
рис. 2.12. В результате полярность ЭДС
двигателя и напряжения ТП совпадут, т. е.
наступит короткое замыкание или, как гово-
рят, опрокидывание инвертора.
Для того чтобы иметь возможность осу-
ществить рекуперативное торможение элект-
родвигателя с использованием режима ин-
вертирования и не производить переключе-
ний в силовой цепи, применяют схемы с дву-
мя комплектами тиристоров. Достоинством
таких схем является возможность реверси-
рования двигателя. Поэтому такие двух-
комплектные тиристорные преобразователи
называются реверсивными.
Наиболее распространенные силовые
схемы реверсивных тиристорных преобразо-
вателей с двумя комплектами тиристоров
представлены на рис. 2.13: перекрестная (о);
нулевая (6) и мостовая (в). Эти схемы лег-
ко получаются объединением схем двух не-
ргмрсивиых ТП. При этом в зависимости от
кавравлгмия вращения электродвигателя
одам комплект ТП работает в выпрямитель-
ном режиме, а другой — в инверторном. Эк-
вивалентная схема (рис. 2.14), отражающая
работу двухкомплектного реверсивного ТП.
получается путем объединения эквивалент-
ных схем на рис. 2.11, соответствующих вы-
Рис. 2.14. Схемы замещения ре-
версивного ТП:
1 — выпрямательный режим; б — ин-
верторный режим
рямительному и инверторному режимам ра-
боты ТП. На рис. 2.14, а первый комплект
тврестороз работает в качестве выпрямите-
ля (IB), а второй — инвертора (2И). что
«бвомчивает вращение двигателя по часовой
стрелке (для примера). На рис. 2.14, б, наоборот, первый комплект работает ин-
евртором (1И). а второй — выпрямителем (2В). чему соответствует вращение
миматсля в противоположном направлении — против часовой стрелки.
Хтя равновесного состояния схемы можно записать
E„-UU—&U; (2.13)
E„-Ua + bU,
•Я* kU — падение напряжения на тиристорах, откуда
U. -U.-2 6U,
Ue» cos ₽ = Ue» cos a—2 At/.
(2.13)
(2.14)
(2 15)
Рис. 2.15. Диаграмма напряжений реверсив-
ного ТП при согласованном управлении
Это уравнение позволяет устано-
вить связь между углами а и 0. На
основании (2.15) можно записать
2Д(/
cos 3 = cos а---—----, (2.16)
</дв
или. при пренебрежении членом
S Д L
— вследствие его малой ве-
udo
личины,
а-₽. (2.17)
Рис. 2.16. Статические характери
реверсивного ТП:
а — регулировочная; б — внешняя
I стики
или, с учетом соотношения (2.10),
а. + ая-180Г. (2.18)
Управление двухкомплектным ти-
ристорным преобразователем по та-
кому закону называется согласо-
ванным. В качестве примера на
рис. 2.15 приведены графики на-
пряжений для перекрестной схемы
реверсивного ТП (см. рис. 2.13, а)
при согласованном управлении.
Особенностью такой силовой схемы
является то, что анодные напря-
жения обоих комплектов тиристо-
ров находятся в фазе. В отличие
от этой схемы, для встречно-парал-
лельных схем, к которым относятся
нулевые (см. рис. 2.13, б) и мосто-
вые (см. рис. 2.13, в), анодные на-
пряжения комплектов тиристоров
находятся в противофазе.
При согласовании регулиро-
вочных характеристик вентильных
групп в 90е (из условия 2.18) ре-
зультирующая регулировочная ха-
рактеристика имеет вид, показан-
ный на рис. 2.16, а сплошной лини-
ей. При согласованном (по усло-
вию 2.18) совместном управлении
комплектами тиристоров (когда
отпирающие импульсы подаются
на обе группы тиристоров, одна из
которых работает в выпрямитель-
Рис. 2.17. Природа статического уравнительного тока
•м. а другая в инверторном режимах) возникает так называемый урав-
инлмиА ток. который замыкается внутри выпрямительной и инверторной групп
минуя цепь нагрузки, и может быть непрерывным или граннчно-не-
>1 |рыа»мм. В этом случае даже при отсутствии тока нагрузки устраняется зона
токов и внешние характеристики становятся линейными. Если пре-
падением напряжения в вентилях, то внешние характеристики будут
н«амаа линиями, проходящими без излома из режима выпрямления в режим
«мармронаиии (рис. 2.16, б). Прохождение уравнительного тока, минуя цепь
мгртма. показано на эквивалентных схемах двухкомплектных ТП (см. рис. 2.14).
Ир* совместном согласованном управлении, даже если допустить, что сред-
ам* мал;.«мленные напряжения выпрямителя и инвертора одинаковы, мгновенные
ие равны и для ограничения уравнительного тока на требуемом
г|а *1»* «п^юлимо в контур между выпрямителем и инвертором включить то-
••»»**«т«вак>щис реакторы (индуктивности LI—L4 на рис. 2.13). Индуктивность
выбирается такой, чтобы уравнительный ток не превышал 10% номи-
в»**** гма нагрузки.
tot
Рнс. 2.18. Природа динамического уравнительного тока
В качестве примера, наглядно иллюстрирующего наличие уравнительного то-
ка, на рнс. 2 17 приведены кривые фазных напряжений для выпрямительной и
инверторной групп (напряжения этих групп, как отмечалась выше, находятся в
противофазе), диаграммы уравнительных напряжений и токов для наиболее рас-
пространенной реверсивной нулевой силовой схемы (см. рис. 2.13, б). Как вид-
но из рис. 2.17, статический уравнительный ток имеет начально-непрерывный ха-
рактер, т. е. в конце своего периода достигает нулевого значения. Это обстоя-
тельство позволяет ограничивать статический уравнительный ток с помощью
индуктивности. Чем больше L, тем меньше уравнительный ток. однако при этом
уменьшается быстродействие привода, поскольку увеличивается индуктивность
якорной цепи электродвигателя.
При реверсах электропривода может появляться динамический уравнитель
ный ток, что поясняется рис. 2.18 для перекрестной схемы, т. е. когда анодные
напряжения находятся в фазе. Пусть в момент времени tB подана команда на
реверс. При этом группа вентилей, работавшая в инверторном режиме (пунктир-
ная линия), переходит в выпрямительный режим мгновенно (при предельном
быстродействии системы управления преобразователем), тогда как группа вен-
тилей, работавшая в выпрямительном режиме (непрерывная линия), может пе-
реходить в другой режим лишь по отрезку синусоиды напряжения анода тири-
стора, проводившего ток в момент подачи команды на реверс. При этом, как вид-
но из кривых, несоответствие напряжений двух групп вентилей в переходном ре-
жиме вызывает толчок динамического уравнительного тока, который затем будет
уменьшаться до значения статического уравнительного тока. Очевидно, что наи-
больший динамический уравнительный ток будет в случае подачи команды на
реверс в момент открывания очередного вентиля. Следует отметить, что величи-
ну уравнительного тока можно значительно уменьшить и даже исключить совсем
за счет нелинейного согласования групп вентилей.
Уравнительных токов не будет при так называемом раздельном управлении
вентильными группами, когда отпирающие импульсы подаются только на одну
из групп в зависимости от требуемого режима работы ТП в данный момент. По-
скольку одна из групп вентилей всегда заперта, контур для протекания урав-
нительного тока отсутствует. Такой способ управления, несмотря на значитель-
ное усложнение схемы управления группами вентилей, нарушение непрерывности
управления и появление эоны неоднозначности в регулировочной характеристике,
находит в настоящее время все большее и большее применение. Это стало воз-
можным за счет миниатюризации цифровых и аналоговых интегральных схем,
оихволяющих устранить многие недостатки данного способа управления при
сохранении приемлемых габаритных размеров преобразователей. Экономия же в
см-юаой части (исключение уравнительных дросселей, полное использование га-
баритной мощности силового трансформатора и т. д.) очевидна.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ —
ОСНОВНАЯ ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СОВРЕМЕННЫХ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
Название операционный усилитель (ОУ) было дано первоначально усилите-
лям с большим коэффициентом усиления, предназначенным для выполнения ма-
тематических операций сложения, вычитания, умножения и деления. Это были,
в основном, ламповые усилители, работающие с высокими напряжениями. От
них и заимствовал свое название современный линейный интегральный операци-
онный усилитель.
Интегральный ОУ обладает следующими основными свойствами:
— симметрия двух дифференциальных входов;
— нулевое напряжение на выходе при отсутствии сигналов на входах;
— большие коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности (в иде-
але — бесконечность);
— большая полоса пропускания, начиная от постоянного тока (в идеале —
бесконечность);
— большое входное сопротивление (в идеале — бесконечность);
— малое выходное сопротивление (в идеале — нуль);
Такие замечательные свойства, приданные ему разработчиками, позволяют
ОУ служить схемотехнической основой разнообразных схем, свойства ко-
торых определяются подключенными к нему внешними компонентами.
На принципиальных схемах
ОУ обычно изображается в ви-
де треугольника или прямо-
угольника (рис 3.1).
ОУ имеет пять основных
выводов:
— положительное напря-
жение питания +ОИ;
— отрицательное напряже-
ние питания —Vu'.
— инвертирующий вхо<
(-);
а не собственно операционным усилителем.
Рис. 3.1. Схема подключения ОУ
— неинвертирующий вход
(+);
— выход.
Остальные выводы являются
вспомогательными и предназначе-
ны для подключения элементов
коррекции, указываемых в пас-
портных данных каждого ОУ.
Следует обратить внимание
из то, что для питания ОУ приме-
няется источник с расщепленным
питанием, при этом земля (общая
точка) нс подключена к ОУ.
Полярность напряжения на
выходе ОУ зависит от разности
напряжений на входах усилителя.
гм К» — коэффициент усиления
ОУ по напряжению в
схеме включения без об-
ратной связи;
(’•«. — напряжение на неиявер-
тпруюшем входе;
Г.а — напряжение на инверти-
рующем входе.
величина К» очень велика, по-
переходит в состояние
ыжмквгкка при малых входных
(рве. 3.2, 3.3).
Здесь можно говорить об ОУ
об идеальном компараторе.
аю'4 сигнал сравнивается с
••«•чма опорным напряжением на
вчщию входе, и переход входного
ежявжжхпвя через ноль определяет
«паям ихреключекия выходного
ежив**«мя
Гжжх ва второй вход ОУ no-
te* аивиторое опорное напряже-
«м •* —гр гтся детектор ненуле-
МРжм (рас 3.4).
Сдммча оценку диапазона
евгвала. при котором ОУ
уяКяявв» а аипвеймой зоне, т. е. не
4WB* •ептенвя.
Рис. 3.2. Реакция ОУ при подаче вход-
ного сигнала на неинвертирующий вход
Рис. 3.3. Реакция ОУ при подаче вход-
ного сигнала на инвертирующий вход
Рис. 3.4. Влияние смещения на форму выходного напряжения
С/Мс
Очевидно, что ± ±—“—• Если учесть, что при UB«t“±15 В. на-
Ло
пряжение насыщения около 13 В, а коэффициент усиления достигает величины
150000 и более, то
13
* ^«ша*= 150000 " ± 87 ИКВ’
В условиях производства и даже в лаборатории измерение подобных вели-
чин представляет собой весьма трудную задачу, поэтому можно сделать очень
важное упрощение: в практических случаях, если 1/,ых не равно насыщению,
напряжение между входными зажимами ОУ можно считать разным нулю.
Отрицательная обратная связь
в операционном усилителе (ООС)
Охват ОУ отрицательной обратной связью (рис. 3.5) позволяет получить
схему, коэффициент передачи которой определяется только внешними элемента-
ми, подключенными к ОУ, и не зависит от коэффициента усиления Kt самого ОУ.
Получить расчетную формулу для коэффициента передачи такой
схемы можно двумя способами: на основе соотношения между напряжениями
или между токами, протекающими в схеме. Приведем оба способа, что позволит
лучше понять физику происходящих здесь процессов. При этом будем считать
ОУ идеальным (Kq-*oo; /?•«-*<»; Я»ых-*0).
1. Анализ на основе токовых соотношений
Поскольку напряжение между входами ( + ) и (—) практически равно ну-
лю, то можно считать, что вход (—) потенциально заземлен, и. следовательно
все входное напряжение приложено к Rt. Тогда
Весь входной ток протекает через сопротивление Roe, так как ОУ тока не
потребляет (/?,»-► оо). Следовательно. £/Иое-/»«#»«. Один вывод Rae подсо-
Рис. 3.5. ОУ с отрицательной обратной связью
единен к выходу, а второй — к потенциально заземленному входу (—). поэтому
1/„ ^яос
Итак. /,ж = —~ = —-— = — —~. Знак «минус» учитывает разные по-
/?1 °ое °ос
лярности напряжений U,t и U,ut.
Окончательно коэффициент передачи схемы
, ^яых________*ос
** 14х “ Л, ’
т •. нс зависит от параметров самого операционного усилителя.
2. Анализ на основе соотношений напряжений
В общем случае выходное напряжение ОУ равно:
II нашем случае t/.1+-0, а (/»>_ состоит из двух составляющих: части на-
•*«агиия С/.,, снимаемого с делителя напряжения Rt, R„c, и части выходного
•мфяяения Utui, подаваемого через цепь обратной связи на вход. Величина
мжгдигго определяется делителем Roe, Rt-
я + i/»« я '
«iTnoc /'(ICTA|
KpUeiRoc
«.pF4
\ Ло
•♦•Ффнциснт передачи Кос = —
-Ktu,ul п R'
Rt+Roc
______ц Ro*
. ___ ивх
? \ я»
Rpc
R, '
ЯМХ----KaUti
Ниже приводится выведенная аналогичным способом зависимость выходного
напряжения от входных для обобщенного дифференциального ОУ (рис. 3.6).
^»м* “Д«о
Положительная обратная связь
в операционном усилителе (ПОС)
ПОС осуществляется путем подачи части выходного напряжения на неин-
вертирующий вход. Это напряжение является своего рода <опорным>, благодаря
которому достигается «гистерезис» в выходной характеристике ОУ (рис. 3.7)
Таким образом, ПОС дает эффект триггера Шмитта и положительно сказы-
вается при работе с сигналами, имеющими большую амплитуду шумов. Если
«опорные» напряжения превышают по величине амплитуду шумов, то полностью
исключаются ложные срабатывания схемы (рис. 3.8).
Включив в цепь ПОС диод, можно получить одностороннюю гистерезисную
характеристику.
Дифференциальный усилитель (ДУ)
Дифференциальные усилители предназначены для усиления разности сигнз
лов. подключенных к инвертирующему и неннвертнруюшему входам и широко
равен нулю. Это обстоятельство часто используют, подавая задающее напряже-
ние управления приводом, в случае длинных связей, через ДУ. Тогда сигналы
помех, наводимые в нулевой шине, оказываются включенными сннфазно и не
усиливаются.
Функциональные усилители
Функциональные усилители — это устройства с отрицательной обратной свя-
зью. коэффициент усиления которых зависит от уровня входного сигнала, т. е.
они фактически являются нелинейными усилителями.
Обратимся к классическому усилителю-инвертору (см. рис. 3.5). В общем
,, ^ПС
случае для увеличения коэффициента усиления АОе = — % с ростом входно-
го напряжения 1/в1 требуется уменьшение глубины обратной связи, а для уменьше-
ния Кае с ростом l/.i, наоборот, ее увеличение.
На рис 3.10 показаны две возможные простые схемы, поясняющие форми-
рование нелинейной зависимости U,vx-f(U,t). По мере изменения входного и
выходного сигналов последовательно открываются смещенные диоды, подключая
к основным сопротивлениям Ri или Rae дополнительные параллельные, изменяя
тем самым коэффициент передачи схемы.
Генератор пилообразного напряжения (ГП Н)
Схема типового ГПН и диаграмма его работы показаны на рис. 3.11.
При разомкнутом ключе происходит заряд конденсатора С. подключенного
в цепь отрицательной обратной связи ОУ. Поскольку сам ОУ тока не потребляет.
»> т .н придя определяется входным
• • м / Г,, ——. Тогда напря-
ix
«• а ’Идс нс а торс, как известно
• • • • в.1гь тригсхннаи, равно
.. t
RC ‘ п т
Напряжение на выходе ОУ имеет
знак
С ,ы« —•
т
|l<n>«>utno тока заряда обес-
...mhi линейность характеристики.
Н.а ««минутом ключе конленса-
# Ты-’рп р.нряжзется, и выходное
••ярями паллет до нуля.
«ии<-м и размыканием клю-
ж а • достижения выходным
* уровня насыщения до-
Рис. 3.11. Генератор линейно изме-
няющегося напряжения
• ^>рмирование пилообраз-
«»« митяагния Частота генерации определяется выражением
t/.x 1
-— • —, а период
ПИЯ
Рис. 3.13. Принцип формирования
треугольного напряжения
Генератор напряжения
треугольной формы
Схема генератора и диаграмма
напряжений его работы показана
на рис. 3.12. Схема включает два
элемента: генератор лииейно-изме-
няющегося напряжения н компа-
ратор. Понять принцип работы
такой схемы довольно сложно.
Диализ значительно упростится,
если его разбить на три этапа.
На первом этапе рассмотрим
работу генератора линейно-изменя-
юшегося напряжении, управляе-
мого вручную (рис. 3.13). Когда
переключатель находится в верх-
нем по схеме положении, на входе
ОУ напряжение —15 В и выход-
ное напряжение С/.ы» растет; при
нижнем положении переключателя
U, UI падает.
В момент <=0 при верхнем
положении переключателя на схе-
му подается питание. Напряжение
отрицательное, растет.
При достижении С/»м« верхнего
порогового напряжения t/B ключ
переключается в нижнее положе-
ние, У.х становится положитель-
ным. а выходное напряжение спа-
дает. В момент достижения ниж-
него порогового напряжения Uu'a
вновь переключается ключ, С'вш
снова растет и т. д. Чтобы добить-
ся автоматического переключения,
необходимо заменить ручной ключ
компаратором.
На втором этале следует разо-
браться в работе компаратора, вы-
полненного на операционном уси-
лителе с положительной обратной
связью (см. рис. 3.7). Принцип его
работы приведен выше, только
вместо синусоидального входного
сигнала в нашем случае используется сигнал треугольной формы (см.
рис. 3.13).
На третьем этапе подключим выход генератора линейно-нарастающего на-
пряжения ко входу компаратора, а выход компаратора — ко входу генератора,
т. е. получим полную схему генератора напряжения треугольной формы, пока-
занного на рис. 3.12. Работа генератора ясна из приведенной на этом же рисун-
ке диаграммы.
Используя аналогичный принцип заряда-разряда конденсатора, можно стро-
ить различные схемы одновибраторов, мультивибраторов, временных элементов.
При необходимости следует обратиться к специальной литературе [9, 10].
Генератор синусоидальных колебаний
Как известно из теории колебаний, для возникновения самовозбуждения не-
обходимо выполнение двух условий:
— п замкнутой цепи коэффициент передачи должен быть равным единице,
г. е выполняться баланс амплитуд.
— сумма фазовых сдвигов при прохождении сигнала определенной частоты
о тракту схемы должна быть равна 2 Кя (где Х-1, 2, л), т. е. выполняться
taaaac »*’
На риг. 3.14 приведена одна
• <ъаебаиий — мостового гепера-
'•Фа Вина Предположим, что
аа выходе генератора возникло
емусоядальиое напряжение
VbBb определенной частоты
f. - - * - и амплитуды.
4 С»
> , иапряжснне по цепи обрат-
•»4 сва>и подается на ЯС-цепоч-
«р еред^ввляюшую собой час-
•••*> селектор по схеме моста
Ьма Напряжение U,t с выхо-
м «гота моста поступает на
«ткмртирующий вход ОУ. Ча-
селектор ослабляет
-имчжв с частотой ft в три раза.
• -• вАвффицнснт усиления ОУ
нз возможных схем генератора синусоидальных
Рис. 3.14. Генератор Вина
равным трем, что легко осуществить регулировочным потенциометром,
•• м ммоде возникнет такой же выходной сигнал с которого мы начали
-««• рмгувлеиня Таким образом, будут выполнены условия баланса амплитуд
• Uh«i фа>. т. е. возникнут незатухающие колебания.
DJ R
Схема выделения абсолютной величины сигнала
(выделения модуля)
Подобные схемы применяются, когда нужно получить информацию о вели-
чине разнополярного сигнала, одновременно приведя его к одному знаку. При-
мер такой схемы показан на рис. 3.15. Для сигнала отрицательной полярности
диод Д/ открыт, а диод Д2 заперт. При этом входной сигнал подается на ин-
вертирующий вход ОУ, и выходной сигнал будет положительной полярности.
Дли положительного сигнала заперт диод Д/, а диод Д2 открыт, что обеспечи-
вает поступление сигнала на неннвертнруюший вход. Выходной сигнал в этом
случае будет также положительной полярности При равенстве величин сопро-
тивлений всех резисторов коэффициент передачи схемы для обеих полярностей
входного напряжения будет равным единице.
Регулирование коэффициента передачи
При использовании ОУ часто необходимо изменять коэффициент передачи
схемы. На рис. 3.16 показаны некоторые из возможных вариантов схем регули-
рования:
а) ^.ых = —где 3 = -^-; Ri^>Ra;
Ki хп
лк IГ Г Г * Roc R
°) l'bkx = — I'm —z—, тле « = ——;
*1 «ос
. ir ,, 1—3 R'
в) хАых ——t>ex , где в»——;
«
г) — (/„ - , где а= -— ; Ra < Roz.
Рнс. 3.16. Способы регулирования коэффициента усиления
Рис. 3.17. Регулирование коэффициента
усиления дифференциального усилителя
Па рис. 3.17 показана схема регулирования коэффициента передачи диффе-
ренциального усилителя. Зависимость коэффициента передачи от угла поворота
потенциометра обратно пропорциональная:
(1 \ о
1 + Г-)
. “ / “i 1
Компенсация погрешностей ОУ
При использовании ОУ в реальных усилителях постоянного тока возникают
• «»•<'• и в выходном напряжении по сравнению с идеальным ОУ. Основные па-
рм. вносящие ошибки, следующие:
входные токи смешения;
входной ток сдвига;
входное напряжение сдвига;
дрейф усилителя.
При использовании ОУ в усилителях переменного тока перечисленные пара-
п-;ч практически не влияют на выходное напряжение.
<* фшикой причин возникновения ошибок можно познакомиться в спецналь-
««гературс [9], здесь же приведем несколько практических схем (рис, 3.18).
Для компенсации токов смещения и сдвига необходимо соблюдать следшо-
Рис. 3.18. Способы компенсации погрешностей ОУ
тсс правило: сопротивление постоянному току между входом (+) и общей точ-
кой должно быть равно сопротивлению между входом (—) и общей точкой. На
рис. 3.18, а в цепь неннвертирующего входа включено компенсационное сопротив-
R R
ленке величиной Rc„= ‘в"~’ На рис 3'18, б" в‘ г по|<азаны различные
“| + “ос
способы компенсации напряжения сдвига, в зависимости от типа ОУ.
Унифицированные регуляторы на базе ОУ
В общем случае на входе и в цепи обратной связи ОУ, выполненного с ООС
(см. рис. 3.5), могут быть включены комплексные сопротивления zt(p) и Zac(p)-
Передаточная функция такого усилителя по аналогии будет иметь вид
Ф(р) = = _ . Прн этом имеется возможность реализации бо-
^'пх(/О ^-|(Р)
лее сложных математических операций и передаточных функций различных аве-
ньев. Легко реализуются различные законы регулирования: пропорциональный
(П), интегральный (И), дифференциальный (Д), интегрально-пропорциональный
(ИП), пропорционально-интегральный (ПИ), пропорционально-интегрально-диф-
ференциальный (ПИД) и др.
Например, для ПИ-регулятора:
R 4-——
IT’z я) __ _ гог(Р> _ _ С _ PRocCnc I- I _ РГО' + \ t
Z^p) R, pR^Poc “ рТ»
где Tat =RaeCae — постоянная времени цепи обратной связи; Ta=RtCoa— посто-
янная времени интегрирования
В табл. 3.1 приведены схемы наиболее распространенных регуляторов, их
передаточные функции н переходные характеристики
Продолжен» е
Ч W
Переда точна*
фуикииа
Пераходяшаа
характеристика
_ Л.
V
Г, = /?1Ср
Tj -- (/?i+/?s)C|.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
КОМПЛЕКТНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
ПОДАЧИ ТИПА БТУ3601
Тиристорный преобразователь БТУ3601 (рис. 4 1) предназначен для регу-
лирования скорости вращения как обычных двигателей постоянного тока с неза-
висимым возбуждением, так и высокомоментных электродвигателей.
Силовая часть преобразователя состоит из двух трехфазных мостовых ком-
плектов тиристоров, работающих по принципу раздельного управления. Подклю-
чение преобразователя к силовой сети производится через согласующий транс-
форматор.
Управление скоростью вращения осуществляется двухконтурной системой ав-
томатического регулирования с ПИ-регуляторами тока и скорости.
Для линеаризации регулировочной характеристики преобразователя в зонах
ярерывистого и непрерывного токов используется нелинейное звено с сигналом
•«•.томительной обратной связи по ЭДС двигателя.
Для повышения термостабцльности и увеличения диапазона регулирования
»««-»тропривода применяется предварительный усилитель регулятора скорости,
•мтюлиеиный по схеме модулятор — усилитель — демодулятор.
Преобразователь состоит из двух печатных плат EI и Е2.
Плата El содержит функциональные узлы, необходимые для управления
шргмеренвным электроприводом:
— систему импульсно-фазового управления (СИФУ); •
— регуляторы скорости н тока (PC н РТ);
— функциональный преобразователь ЭДС двигателя (ФПЕ);
— нелинейное звено (ИЗ);
— блок питания (БП);
— узел защиты и блокировки (УЗ и Б).
Плата Е2 выполняется в двух модификациях в зависимости от диапазона
Я»» парования скорости Для диапазона регулирования 1:10000 плата Е2 содер-
следующие функциональные узлы:
-- логическое устройство раздельного управления УЛ с переключателем
••«рмтчристнк ПК и датчиком проводимости вентилей ДПВ;
— у»ел зависимого от скорости токоограничения УЗТ;
Рис. 4,1. Общий ИНД привода
— предварительный усилитель регулятора скорости ПУ PC..
Для диапазона регулирования 1:1ООСУ из платы Е2 исключается узел ПУРС.
Взаимодействие узлов электропривода показано на функциональной схеме,
приведенной на рис. 4,2.
Выходное напряжение регулятора скорости PC ограничивается уровнем на-
сыщения операционного усилителя и с помощью переменного резистора делите-
ли, подключенного к выходу усилителя, может плавно регулироваться, задавая
уставку тока ограничения. '
Параллельно узлу ограничения тока подключен узел зависимого от скорости
токоограничения. который осуществляет дополнительное ограничение тока в функ-
ции скорости
Регулятор тока формирует напряжение, пропорциональное разности сигналов
задания на ток и отрицательной обратной связи по току
При переключении комплектов тиристоров В и Н одновременно ключами Я
и Н производится изменение полярности выходного напряжения датчика тока
для сохранения отрицательного знака обратной связи по току.
Нелинейное звено суммирует выходное напряжение регулятора тока Upt,
пропорциональное току двигателя, и напряжение Ув обратной связи по ЭД<
с разнымн коэффициентами передачи. Коэффициент передачи ИЗ по входу
является нелинейным, имея зависимость, обратную коэффициенту передачи тн-
ристорного преобразователя в зоне прерывистого тока. Коэффициент передачи
НЗ ио входу Ув является постоянным.
Сигнал Uk формируется функциональным преобразователем ЭДС, имеющим
характеристику, близкую к арксинусной. т. е. обратную регулировочной харак-
теристике тиристорного преобразователя. Этим осуществляется приведение сиг-
нала тахогенератора, пропорционального ЭДС двигателя, ко входу СИФУ.
Разнополярное напряжение управления У, нелинейного звена преобразуется
переключателем характеристик в однополярное. Таким образом, я статическом
режиме работы привода на управляющий орган СИФУ подается только отри-
цательная полярность напряжения, независимо от работающего комплекта ти-
ристоров
Управляющий орган СИФУ обеспечивает ограничение минимального н мак-
симального углов регулирования, установку начального угла регулирования
СИФУ вырабатывает импульсы управления для тиристоров. Фазовый сдвиг
импульсов относительно силового напряжения на тиристорах пропорционален
напряжению, поступающему на СИФУ от УО.
Усилители импульсов согласуют по мощности выход СИФУ с импульсными
трансформаторами. Кроме этого, на УМ происходит сдваивание импульсов
Логическое устройство раздельного управления служит для формирования
сигналов кл.В и клН, управляющих ключами В и Н в датчике тока, переклю-
чателе характеристик и цепи импульсных трансформаторов.
Командой для УЛ на переключение комплектов является изменение полярно-
сти сигнала U,,. пропорционального напряжению Uft и коэффициенту переда-
чи НЗ.
Контроль отсутствия тока через тиристоры производится датчиком прово
димости вентилей.
Элемент И осуществляет логическое умножение блокировочных сигналов Ufm
и У», н имеет на выходе логический сигнал единичного уровня в тот промежуток
времени, когда отсутствуют ток через тиристор и управляющий импульс на ти-
ристоре.
При появлении команды на переключение комплектов (напряжение U„ из-
менило знак) и наличии на выходе элемента И сигнала единичного уровня УЛ
формирует сигнал У» «О нулевого уровня, который запускает элемент отсчета
выдержки времени. На период выдержки времени импульсные трансформаторы
обоих комплектов находятся в отключенном состоянии, дополнительно сигнал
Ур»О запрещает формирование импульсов управления в СИФУ. По истечении
выдержки времени происходит подключение импульсных трансформаторов к за-
данному комплекту, одновременно сигналом Ур=1 разрешается формирование
импульсов в СИФУ.
Силовая часть
Принципиальная схема силовой части электропривода приведена на рис. 4.3
Реверс выпрямленного напряжения достигается за счет антипараллельного со
единения двух трехфазных мостовых комплектов тиристоров При работе одного
Рис 4 3 Принципиальная схема силовой части
электропривода
комплекта устройство логики
запрещает подачу импульсов
управления и а другой.
Спецификой работы трех-
фазной мостовой управляемой
схемы выпрямления в области
прерывистого тока является
необходимость формирования
сдвоенных импульсов для уп-
равления тиристорами- На
рис 4.4 приведена форма им-
пульсов управления одним из
тиристоров моста в стационар-
ном режиме. Один импульс уп-
равления пары определяет угол
открытия тиристора в положи-
тельной полуволне, другой — в
отрицательной полуволне фаз-
ного напряжения. Сдвиг между
парами импульсов на противо-
фазных тиристорах моста—180
эл. град., на тиристорах одной
группы (анодной или катод-
ной) —120 м. град.
Временная диаграмма ра-
боты мостовой управляемой
схемы выпрямления в области
прерывистого тока, при ЭДС
двигателя, равной нулю, отсут-
ствии индуктивности в якорной
цепи и угле регулирования
а-90 эл. град приведена на
рас. 4.5. В мостовой схеме дол-
жны одновременно находиться
а проводящем состоянии минимум два тиристора. Напряжения на анодах у них
сдвинуты относительно друг друга на 60 эл. град. Поэтому, чтобы первоначально
получить проводящее состояние тиристоров, необходимо хотя бы иа один тири-
стор подать два сдвинутых на 60 эл. град импульса. Для режима непрерывного
тока этого будет достаточно, чтобы асе последующие вступающие в работу
тиристоры поддерживали проводящее состояние преобразователя при управлении
вин одиночными импульсами, поскольку в режиме непрерывного тока включен-
ный ранее тиристор находится в проводящем состоянии до прихода импульса
па последующий тиристор. В области прерывистого тока преобразователь начи-
•аег и прекращает работу шесть раз за период, а каждый тиристор два раза,
поэтому сдвоенные импульсы необходимо подавать на все тиристоры.
Рис, 4.5, Временная диаграмма работы мостовой схемы выпрямления в ре-
жиме прерывистого тока
Выпрямленное напряжение в режиме прерывистого тока принимает нулевое
значение при угле регулирования а=120 вл. град.
Регулятор скорости
В зависимости от диапазона регулирования электропривода PC имеет раз-
личную схемную реализацию. Принципиальная схема PC для диапазона регули-
рования 1:10000 приведена на рис. 4.6. Характерной особенностью исполнения в
»тоц случае является наличие предварительного усилителя PC, выполненного по
схеме модулятор — усилитель — демодулятор. Элементам», определяющими ПИ-
ххрактериоику PC, являются сопротивление RJ8 и конденсатор СИ. Резисторы
RIO, PJ4. конденсатор С4 не устанавливаются. Между лепестками 2—3 ставится
перемычка, включающая в обратную связь операционного усилителя At конден-
сатор Сз. Полученное интегрирующее звено используется в качестве фильтра вы-
ходного сигнала ПУРС. Масштаб скорости подбирается сменным резистором R12.
Для плавкой регулировки задания на ток якоря используется делитель на
резисторах R13, R17. В режиме токоограничения выходное напряжение усилите-
ля А1 достигает уровня насыщения. При напряжении питания ±15В напряже-
ние насыщения усилителя имеет величину около ±12,5 В. Изменяя R17, можно
регулировать выходное напряжение PC в режиме насыщения от 0 до 10 вольт.
В приводе предусмотрен режим внешнего уменьшения уставки ограничения
тока путем параллельного подключения к резистору R17 дополнительного со-
противления.
При использовании в комплекте с преобразователем высокомоментных элект-
родвигателей ограничение тока осуществляется УЗТ, подключенным параллельно
резистору R17.
Исполнение PC для диапазона регулирования 1:1000 отличается отсутствием
ПУРС. При этом устанавливаются резисторы R14, R10, перемычками 54—51 и
53—52 входы задающего напряжения электропривода коммутируются на вход-
ные сопротивления усилителя At, перемычка 2—3 отсутствует. ПИ-характери-
стика PC определяется элементами RIO, С4, масштаб скорости подбирается смен-
НЫм резистором RI4 и допускает плавную регулировку резистором R9.
Рис 4 8. Временные диаграммы сигналов ПУ PC
Оба варианта исполнения PC предусматривают подключение потенциометра
задания скорости таким образом, что сигнал задания сравнивается с сигналом
тахогенератора относительно входной клеммы 22. которая соединяется с неин-
всртируюшими входами ПУРС и AI. Такая дифференциальная схема подключе-
ния позволяет исключить неконтролируемое падение напряжения (синфазная по-
меха) па проводе, соединяющем потенциометр задания скорости с общей точкой
питания преобразователя.
Включение перед операционным усилителем Л1 предварительного усилителя,
не имеющего дрейфа выходного напряжения, позволяет уменьшить влияние на-
пряжения дрейфа усилителя AI на скорость вращения двигателя в замкнутой
системе регулирования в К раз, где К — коэффициент усиления термостабильного
усилителя. Принципиальная схема ПУРС, имеющего коэффициент усиления
К—100, приведена на рис. 4.7.
Усилитель со структурой М—У—Л не имеет температурного и временного
дрейфов, поскольку они, являясь по своей природе низкочастотными, практически
ие пропускаются разделительными конденсаторами С18 и CIS. Внутренними ис-
точниками дрейфа в ПУРС являются операционные усилители А4 и А5.
Модуляция и демодуляция входного н выходного сигналов осуществляется
с частотой 2~3 кГц, вырабатываемой мультивибратором на операционном уси-
лителе АЗ. Временные диаграммы сигналов в характерных точках схемы приведе-
ны на рис. 4.8. ПУРС построен по двухтактной схеме — модуляторы V1O, VII.
усилители А4. AS н демодуляторы VI4, V15 работают в разные полупериоды ча-
стоты, затем происходит суммирование однополупсриодных сигналов на усили-
теле AI. Усилитель А1 обеспечивает статический коэффициент усиления регу-
лятору скорости и является звеном, суммирующим и фильтрующим демодули-
рованныЛ сигнал Модуляция входного сигнала осуществляется полевыми тран-
зисторами типа КП301 с изолированным затвором, а демодуляция усиленного сиг-
нала— полевыми транзисторами типа КПЗО2 с диффузионным затвором. Тран-
зисторы указанных типов являются взаимно инверсными, т. е. КП301 открывается
отрицательным напряжением затвора, а КПЗО2 — нулевым. Поэтому, чтобы тран-
зисторы V10 и V14. VII и VIS работали н фазе друг с другом, а транзисторы
VI0 и VII, VI4 и VIS в противофазе, выходное напряжение генератора инверти-
руется транзистором VI3, а
затворы полевых транзисто-
ров соединены по перекрест-
ной схеме.
Работу схемы в режи
мах модуляции-демодуляции
рассмотрим на примере ка-
нала VIS—А4—VI4. Пер>-
дача и усиление полезной
информации происходит во-
время закрытого состоянии
транзисторов VI0 и VII
Принципиальная схема уси-
Рнс. 4.11. Расчетная схема усилителя А4
Рис. 4.10 Схема усилителя А4 в нерабочий полу-
период
4.10. В' этот полупернод происходят независимо
лителя А4 в рабочий полу-
период приведена на рис. 4.9
для случая входного напря-
жения положительной по-
лярности Поскольку посто-
янная времени заряда — раз-
ряда конденсаторов CI2 и
CIS Т-С12 Я27-С13 /?28а
170 мс. то за время иолупе-
риола частоты модуляции,
равное 0.3—0,5 мс, напря-
жение, поступающее на не-
иивертируюшнй вход ’ А4
(Илп), будет оставаться по-
стоянным. как и усиленное
выходное напряжение А4.
Величина напряжения Ukv
будет меньше входного на-
пряжения на величину
напряжения на конденсаторе
С/2. которое останется на
вем после полупериода от-
крытого состояния транзи-
стора V10. Принципиальная
схема усилителя А4 в нера-
бочий полупернод частоты
модуляции приведена на рис.
два процесса: конденсатор С12 заряжается напряжением ДУ/2. а выходное на-
пряжение усилителя А4. принимая произвольное значение между уровнями на-
сыщения, выравнивает напряжения на СИ и С13, устремляя таким образом
юдиос дифференциальное напряжение к пулю. Последний процесс обеспечива-
»ки наличием отрицательной обратной связи через /?2& Поскольку алгебраиче-
ская сумма напряжений на CI2 и С13 (дифференциальное напряжение усилите-
ля) должна быть равна нулю, то при нулевом входном напряжении АП уси-
литель будет поддерживать в среднем нулевую величину напряжений на
амтденсаторах Наличие напряжения AU/2 приведет к тому, что конденсато-
ры С12 и С13 будут иметь в среднем напряжения А77/2 указанной полярности.
Таким образом, к началу рабочего полупериода t/CiI“=t'ei3sA(//2. Расчетная
«имя усилителя А4 для определения коэффициента усилеиия приведена на
|«с. 4.11. В соответствии с полярностью напряжений я токов имеем
t/+
и.,-ис
101/?
• 100/? -
100
101
4- <4 р______U — ^'вЫ1
101/? е= 101
100
101
ис.
В линейном режиме работы усилителя {?+ — (/_. Приравнивая выражения
для U+ н Uнаходим
=К-= 100,
то есть коэффициент усиления схемы не зависит от величины напряжений кон-
денсаторов Важно, чтобы обеспечивалось равенство этих напряжений при соот-
ветствующей полярности. Как уже отмечалось, это достигается в нерабочий по-
лупернод за счет отрицательной обратной связи усилителя А4 через R28, кото-
рая дает возможность усилителю А4 поддерживать дифференциальное входное
напряжение равным нулю.
Рабочий импульс выходного напряжения усилителя А4 через разделитель-
ный конденсатор CI8 поступает на резистор R34. Поскольку постоянная времени
дифференцирующей цепочки С18, R34 равна приблизительно 1,7 мс, за время по-
луперпода 0,3-0.5 мс наблюдается некоторое снижение уровня напряжения на
R34. Этот импульс напряжения пропускается ключом VI4 на вход усилителя АЗ.
В следующий полупериод ключ VI4 замкнут, а на вход At ключом VI5 пропу-
скается импульс напряжения с резистора R35.
Регулятор тока, датчик тока
Принципиальная схема регулятора тока совместно с датчиком тока приведе-
на на рис. 4 12. РТ имеет ПИ-характеристику. которая определяется элементами
С7. R22. Уровень ограничения выходного напряжения РТ допускает плавную
регулировку резистором R33 в пределах от 0 до 10 вольт. Это позволяет в случае
необходимости использовать для ограничения тока режим так называемого уп-
реждающего токоограничения. Выходное напряжение PC поступает на резистор
R20, которым устанавливается масштаб тока в режиме токоограничения.
Рис. 4.12. Принципиальная схема регулятора тока и датчика тока
В качестве измерительных элементов тока в силовой цепи используют^
трансформаторы тока Т2—Т4, установленные в фазах вторичной обмотки силового
трансформатора. Сумма сигналов по току от всех трех фаз пропорциональна
току якорной цепи двигателя. Переменное напряжение трансформаторов тока,
пропорциональное току в фазах, выпрямляется двумя трехфазнымн нулевыми
схемами, которые создают на резисторах R62 и R63 падения напряжений, про-
порциональные току якоря, но противоположной полярности. С помощью ключей
V16 сигнал обратной связи по току становится реверсивным, т. е. полярность
сигнала, поступающего в точку сравнения РТ, меняется в соответствии с работа-
ющим комплектом тиристоров В или Н.
При работе комплекта тиристоров Н на управление ключом V16 поступают
сигналы: упр. кл. Н2 ( + 12 В) и упр. кл. В2 (—12 В),’которые приводят ключ Н2
в разомкнутое состояние, а ключ В2 в замкнутое и, таким образом, в точку срав-
нения РТ через резисторы R65, R69 подается напряжение положительной по-
лярности (+1<).
При работе комплекта тиристоров В состояния ключей меняются на проти-
воположные, а сигнал обратной связи по току имеет отрицательную полярность
(-*)-
Нелинейное звено
и функциональный преобразователь ЭДС
Принципиальная схема, отражающая основные особенности построения НЗ
ФПЕ, приведена на рис. 4.13. Взаимодействие узлов основывается на уравне-
нии якорной цепи двигателя постоянного тока (/» = £«»+/«/?». В соответствии
с этой зависимостью формируется управляющее напряжение для СИФУ
t + Kb-Uk, состоящее из двух слагаемых, первое из которых про-
порционально току якоря двигателя, а второе — ЭДС двигателя.
В режиме холостого хода двигателя U„ — Eit, поэтому напряжение управ-
Рис. 4.13. Принципиальная схема НЗ и ФПЕ
1 )••*> 4546
65
Рис. 4.14. Регулировочная характеристика преоб-
разователя при а«»ч=120’:
I — выпрямительны* режям группы «Я». 1 — инвертор
пый режим группы «В»; 3 — выаримитиниы* режим
группы «И»; 4 — инверторяыЯ режим группы 'л>
ления для СИФУ должно
определяться только сигна-
лом положительной обрат-
ной связи по ЭДС Ut—Kt-
Ur.. а выходное напряже-
ние регулятора тока должно
быть равно нулю 1/рТ=0.
При появлении момента
нагрузки на валу двигателя
напряжение управления (по
цепи — сигнал обратной свя-
зи по скорости, регулятор
скорости, регулятор тока,
нелинейное звено) возраста-
ет на величину Kat-Uft.
пропорциональную току яко-
ря. Этим увеличением U,
компенсируется падение на-
пряжения в якорной цепи
/>•/?., а скорость вращения
двигателя поддерживается
постоянной с точностью до
статической ошибки системы регулирования.
НЗ предназначено для улучшения динамических характеристик привода при
работе в области прерывистых токов, где регулировочная характеристика тири-
сторного преобразователя имеет участок с малым коэффициентом передачи При-
мерный вид регулировочной характеристики реверсивного тиристорного преоб-
разователя с согласованием комплектов при а.аа-120 эл. град показан на рис
4.14. Сплошная линия соответствует работе преобразователя в режиме прерыви-
стого тока, штриховая —в режиме непрерывного При ЭДС двигателя £пс0
режим прерывистых токов находится в диапазоне углов 90’<а<120‘ и характе-
ризуется низким коэффициентом передачи преобразователя, в области непрерыв-
ного тока при а<90° коэффициент передачи преобразователя возрастает НЗ
имеет статическую характеристику (рис. 4.15), обратную регулировочной харак-
теристике преобразователя в. области прерывистого тока. Последовательное вклю-
чение НЗ и преобразователя с взаимно-обратными характеристиками обеспечи-
вает постоянство совместного коэффициента передачи Kat-K,a в контуре тока
при переходе из области прерывистого тока в область непрерывного. Этим до-
стигается независимость динамических характеристик системы регулирования
от режима работы якорной цепи.
Схемная реализация НЗ выполнена путем включения в обратную связь уси-
лителя А4 цепочки, имеющей нелинейное сопротивление и состоящей из диодов
V9—V/3 и резисторов R35. R36, R39.
В области малых входных сигналов сопротивление цепи обратной связи
определяется следующими последовательно включенными элементами: R35. VI3
(V/4), R39 и имеет максималь-
ную величину При увеличении
входного сигнала последова-
тельно вступают в действие
сначала VII (VI2) и R36. затем
V9 (VIO). На последнем участ-
ке характеристики, где прово-
дит три последовательно вклю-
ченных диода, дифференциаль-
ное сопротивление цепи обрат-
но* связи определяется величи-
ной резистора R39 и имеет ми-
нимальную величину.
При необходимости форму
характеристики НЗ можно из-
менять сменными резисторами
R35. R36. С помощью сменного
резистора R34 изменяется мас-
штаб характеристики Ло оси
НЗ. кроме линеаризации
канала регулирования в конту-
ре тока, выполняет функцию
суммирования сигналов 1/рТ и
Ub. причем, чтобы иелиней-
яость цепи обратной связи не
влияла на коэффициент пере-
аачи по входу 1?в. суммирова-
еае происходит не на инверти-
рующем входе усилителя Л< а
Рис 4.15. Статическая характеристика
НЗ
Рнс. 4.16. Расчетная схема НЗ
• точке соединения резистора
R39 с нелинейной цепочкой. Расчетная схема для пояснения принципа
суммирования приведена на рнс. 4.16. Символом /?» обозначено нелинейное со-
•ритавлеиие цепочки обратной связи. Направления токов указаны для положи-
яяльмо* полярности Uy и отрицательной полярности сигналов Uyy и Ut. Такое
«•мггаошенне полярностей соответствует выпрямительному режиму комплекта ти-
рея торов В соответствии с расчетной схемой определим зависимость напря-
«мая управления от сигналов Upy Я Ut-
Из условия равенства токов /.,-/« на инвертирующем входе усилителя А1
—гм Ут __ _ ^рт
^ИЭ
lb условия равенства токов /я»"/я>4-/в*7 в точке С/я» имеем
t/y-^яэ <4э f/яз-^Е
Rn
Исключая из приведенных соотношений промежуточную переменную Up,, по-
лучим
.» .. / Rm+R)» Rp, Rlt\
’ “ -Uc R„ ~u- (—R„ +-rC. -r:]-
Принимая во внимание, что /?39//?37вО.З и RMcRa,. для последнего соотно-
шения получим
сг, — о.зиЕ-1,з
Знаки минус перед слагаемыми показывают, что полярность выходного напряже-
ния Up ИЗ является инверсной по отношению к полярностям входных сигналов
Uf т и l/в. Кроме того, напряжение Up имеет линейную зависимость от сигнала
Uk и нелинейную от Up т.
Дополнительно поясним принцип работы схемы (рис. 4.16) в двух режимах:
а) (/в = 0. Величиной сигнала Up г определяется входной ток /ц— Up,/R3t.
При появлении входного тока /» усилитель А4 будет формировать такое вы-
ходное напряжение Up, при котором обеспечится равенство входного тока и тока,
поступающего по цепи обратной связи на инвертирующий вход lp,= Up,/Ra,.
Итак, усилитель по цепи обратной связи поддерживает равенство токов на
инвертирующем входе /ах. При этом полярность напряжения Up должна
быть противоположной полярности сигнала t/pT;
б) t/FT-0. В этом режиме />3»0. поэтому при появлении сигнала Up уси-
литель А4 будет формировать такое выходное напряжение Up, при котором обес-
печится нулевой потенциал в точке £/«3 и, следовательно, нулевой ток /я1. чтобы
сохранилось равенство /!-/>. При этом полярность напряжений Up и Up дол-
жна быть противоположной.
Функциональный преобразователь ЭДС предназначен для преобразования
сигнала тахогенератора Upr, пропорционального ЭДС двигателя, в сигнал Up, ко-
торый пропорционален ЭДС двигателя, приведенной ко входу СИФУ. Приведе-
ние ЭДС двигателя ко входу СИФУ осуществляется в связи с нелинейной регу-
лировочной характеристикой тиристорного преобразователя, которая в режиме
непрерывного тока описывается зависимостью
« Up
л~ £’ joS I п ,
4 t'yo
где U«o и Upp —напряжение тиристорного преобразователя и напряжение уп-
равления СИФУ при угле регулирования а—0 эл. град. Вид регулировочной ха-
рактеристики реверсивного преобразователя при непрерывном токе показан на
рис. 4.17. Для того чтобы привести напряжение преобразователя (ЭДС двига-
теля) ко входу СИФУ, необходимо осуществить обратное преобразование
U1 ~ ^уо — arcsln ——.
* U do
Такую зависимость должна
обеспечивать статическая ха-
рактеристика ФПЕ. Практиче-
ски ФПЕ имеет характеристику,
состоящую из двух участков,
которая аппроксимирует арк-
сипусную зависимость. На рис.
4.18 приведена реальная харак-
теристика ФПЕ. здесь же для
сравнения показана арксинус-
ная зависимость.
Схемная реализация ука-
занной характеристики дости-
гается за счет включения в цепь
обратной связи операционного
усилителя АЗ (см. рис. 4.13)
резисторов R26, R30, диодов
V7. V8 н смещения их в пря-
мом направлении через резисто-
ры R31, R32 напряжением ±15
вольт. Для пояснения принципа
работы на рис. 4.19 приведена
расчетная схема ФПЕ, отража-
ющая направления протекания
гаков в цепях при напряжении
тахогенератора отрицательной
полярности.
Связь между входным и
выходным напряжениями уси-
лителя АЗ определим, исходя из
равенства токов /»i — /oci + /oea
ва инвертирующем вхоЛ опе-
рационного усилителя
Я18 ” Я26 ЛЗО
^М14~^ет . ^вмх—
R30 ‘
Рис. 4.17. Регулировочная характеристика ре-
версивного преобразователя при непрерывном
токе
Первый участок характеристики ФПЕ соответствует такому диапазону измене-
м« выходного напряжения усилителя АЗ, в котором через оба диода V7 и V8
•утекают токи и
Принимая падение напряжений Uri и (А» на диодах V7 и V8 одинаковыми,
•мучаем коэффициент передачи ФПЕ в первой воне
„ (/.ых /?2б I /ИО
— яг^-3'5-
Рис 4.19. Расчетная схема ФПЕ
Второй участок характери-
ристики ФПЕ соответствует та-
кому диапазону изменения вы-
ходного напряжения усилителя
АЗ. при котором ток через диод
V7 не протекает (/»т—0). В
»том случае напряжение на
аноде запертого диода V7 равно
U. = 15В-------—----------58.
А /?2б + /?31 -
Рис. 4.20. Принципиальная схема ПХ
Следовательно, при дости-
жении выходным напряжением
усилителя АЗ величины 5 В. ток
через диод V7 прекращается, и
при дальнейшем увеличении вы-
ходного напряжения диод V7
находится в непроводящем со-
стоянии за счет смещения в об-
ратном направлении. Величина
выходного напряжения усили-
теля 5 В соответствует точке
излома характеристики ФПЕ.
14а втором участке харак-
теристики при В при-
ращение входного тока будет
компенсироваться приращением
тока /о», а ток будет ос-
таваться постоянным. Из ра-
венства приращений токов
&/ai»A/oci на инвертирующем
входе усилителя АЗ находим
дифференциальный козффицн-
еит передачи на втором участке
характеристики ФПЕ
Д</. ДС/.МХ
Я18 ЛЭО R30 ’
Я»
Таким образом, арксннусная зависимость аппроксимируется отрезками двух при
мых, наклоны которых отличаются в два раза, а точка сопряжения соответствует
выходному напряжению усилителя АЗ U>m—5 В
С помощью резистора R16 из-
меняется масштаб характеристики
ФПЕ но оси UTr Этим достигает-
ся совмещение характеристики
ФПЕ с реальной характеристикой
тиристорного преобразователя,
приведенной ко входу СИФУ. Со-
вмещение производится в одной
точке, соответствующей макси-
мальной скорости вращения элек-
тродвигателя. Критерием совпаде-
ния характеристик в зыбранной
точке является равенство нулю
среднего значения выходного на-
пряжения РТ l/pt-О в режиме
холостого хода двигателя
Переключатель характеристик
служит для согласованна ревер-
сивного выходного сигнала ИЗ Uj
С однополярной регулировочной
аарактеристнкой СИФУ
В статическом режиме работы
иа выходе усилителя А1 формиру-
ется только отрицательная поляр-
ность напряжения.
При положительной полярно-
сти напряжения U,, которая в
ствиионарном режиме соответст-
вует выпрямительному режиму
комплекта тиристоров «В», ключ
Н вамкнут. к ключ в разомкнут.
Напряжение управления через ре-
амгторы RI и RI2 поступает на
вмертируюший вход усилителя
4/ я с коэффициентом передачи
Я14/(Я1 + /?12) =—1 приоб-
ретает иа выходе отрицательную
Рис. 4.21. Статические и динамические ха-
рактеристики ПХ:
I — выпрямптельиыЯ режим группы <в»; 1 —
иипсрторвыЯ режим группы «В»; 3 — пыпрямп-
твльиыя режим группы «Я»: « — инверторами
режим группы «Я»
•жирность рис 422. Регулировочная характеристика
При отрицательной полярно- СИФУ
«•• Ur. соответствующей выпря-
мительному режиму комплекта ти-
рмгторов «Н>, ключ Н разомкнут, а ключ В замкнут Напряжение управления
«•*> резистор R2 поступает на неинвертнрующий вход усилителя А1 с коэф-
Я13 ! Я14 \
•тиемтом передачи К- + Я1+Я12^“ ’’
Рис. 4 23. Принципиальная схема УО СИФУ
Статические и динамические характеристики ПК в четырех квадрантах ра
боты привода приведены на рис. 4.21. Отрицательная ось выходного напряжение
ЛХ соответствует выпрямительному режиму работы комплектов тиристоров «В»
и «Н», положительная — режиму рекуперативного торможения (инверторный ре-
жим работы комплектов тиристоров «В» и «Н»), Стрелками указана последова
телъность движения по характеристикам при реверсе преобразователя из выпри
мительного режима комплекта тиристоров <В» в выпрямительный режим комплек-
та тиристоров «Н>. Выпрямительный и инверторный режимы комплектов тнри
сторон <В> и <Н> показаны для случая согласования комплектов при а..,-90
м град.
Управляющий орган СИФУ служит для ограничения минимального и макси
мальиого углов регулирования, а также для установки начального угла регули
рования. т. е. формирует регулировочную характеристику СИФУ a~f(Utt)
(рис. 4.22). Принципиальная схема УО СИФУ приведена на рис. 4 23. Реализа-
ция функции ограничения углов ат и Омане осуществляется путем включения
в обратную связь операционного усилителя А5 транзистора V15, а установка
начального угла регулирования производится подачей напряжения смещения
на вход усилителя А5 от делителя R4I. R42.
Сигнал, поступающий с УО на нуль-орган СИФУ. снимается с резистора
R48 в эмиттерной цепи транзистора. В линейном режиме работы потенциал ин
вертирующего входа операционного усилителя А5 практически равен нулю, по-
этому напряжение С/., поступающее на НО СИФУ. равно падению напряжения
ив резисторе R48.
Коэффициент передачи подобной схемы определяется так же. как у обычного
ввертируюшего усилителя, т. е. из соотношения равенства токов на инвертирую-
щем входе. Например, коэффициент передачи схемы по напряжению
</»« K=UJU.t— RA&IR4S.
Отличие схемы с транзистором в цепи обратной связи заключается в том,
что ток в цепь резистора R48 поступает в основном через переход эмиттер — кол-
лектор транзистора (/<>«“/») от источника напряжения — 15 В. В этом случае
выходной ток усилителя, как равный току базы транзистора, в 0 раз меньше
тока обратной связи, поскольку /»-£/«. где 0 — коэффициент усиления транзи-
стора по току. Усилитель Л5 автоматически формирует такое выходное напря-
жение, при котором обеспечивается равенство токов на инвертирующем входе
При этом неважно, какой величины достигнет выходное напряжение (естествен-
•о. до уровня насыщения), поскольку полезный сигнал снимается с резисто-
м/МЦ
Расчетная схема, отражающая направления протекания токов в цепях уси-
лителя Л5, приведена на рис. 4.24. Начальный ток /*« определяет начальный
угол регулирования ааая. В статическом режиме (отрицательная поляр-
•ость I/,») ток />ж вычитается из />,. уменьшая тем самым /ее И соответственно
мление напряжения иа резисторе R48. Таким образом, чем более отрицательным
«таиовится 1/»ж. тем больше уменьшается падение напряжения иа резисторе R48
в тем больше закрывается транзистор. Для ограничения минимального угла ре-
«тлврования падение напряжения на резисторе R48 должно оставаться постоян-
ым и равным некоторой минимальной отрицательной величине. Это происходит
'жялуюшим образом. В режиме ограничения усилитель А5 выходит из ли-
вийкой зоны работы, и его выходное напряжение достигает уровня насыщения
авжпжительной полярности. Этим напряжением транзистор VI5 полностью за-
•йяавается Ток через резистор R48 определяется, с одной стороны, резистором
и напряжением питания —15 В, которое является постоянным, с другой
ины,— потенциалом инвертирующего входа усилителя Л5. Поскольку уси-
«мтчль нс находится в линейном режиме, потенциал инвертирующего входа мо-
ем* принимать произвольное значение, однако должен оставаться постоянным
при увеличении U,T в сторону отрицательной полярности, чтобы ток через рези-
стор RW оставался неизменным. Это обеспечивается малым дифференциальным
сопротивлением цепочки нз резистора R44 и диода V52, анод которого через
выход микросхемы в узле зашиты и блокировки имеет практически нулевой по-
тенциал. Таким образом, увеличение тока /аа компенсируется увеличением тока
/1SJ и за счет малого сопротивления V52 и R44 потенциал инвертирующего входа
практически остается постоянным. Величина напряжения U, в этом режиме мо-
жет изменяться путем подбора сменного резистора R50 Для уменьшения аааа
необходимо уменьшать U,. следовательно, увеличивать R50 При соединении си-
лового трансформатора по схеме YIY рекомендуется выставлять а«аа—(5—10)
вл. град
При изменении полярности Utl на положительную происходит сдвиг угла
регулирования в сторону ам*кс. Это соответствует увеличению падения напря-
жения на резисторе R48. т. е. приоткрыванию транзистора V15. Для ограничения
нма«с при увеличении и достижении им некоторой величины, падение на-
пряжения на резисторе R48 должно оставаться постоянным. В этом режиме
выходное напряжение усилителя А5 достигает уровня насыщения отрицательной
полярности, а транзистор V15 полностью открыт. Ток через резистор R48 опре-
деляется резистором R49 и напряжением питания — 15 В, резистором R47 и на-
пряжением насыщения усилителя, напряжением инвертирующего входа усилите-
ля. которое в этом режиме равно падению напряжения на диоде V43 и поэтому
при увеличении U,t остается практически постоянным. Таким образом, функцию
ограничения aaii выполняет цепочка R44. VS2. а аа>ае— диод V43. Величина
напряжения U, в режиме ограничения аааае может изменяться путем подбора
резистора R49. Для увеличения Омане необходимо увеличивать У», следователь
но, уменьшать R49, и наоборот. При соединении силового трансформатора по
схеме Y/Y рекомендуется выставлять амаае—(150—165) эл. град.
Начальный угол регулирования потенциометром R41 устанавливается рав-
ным 120 эл. град. Регулировочная характеристика управляющего органа СИФУ
для случая соединения силового трансформатора по схеме Y/Y приведена на
рис. 4.22.
Ограничение, накладываемое на минимальную величину угла регулирования,
не связано с особенностью работы тиристорного преобразователя в этом режи-
ме. а определяется минимальной длительностью выходных импульсов иуль-органа
СИФУ, при которой сохраняется его устойчивая работа. Ограничение мнннмаль
ной длительности импульсов приводит к ограничению амаа. В случае соединения
первичной или вторичной обмоток силового трансформатора в треугольник, ког-
да силовое напряжение на тиристорах отстает по фазе на 30 эл. град от синхро-
низирующего напряжения, ограничение на длительность импульсов выходного на
пряжения НО СИФУ отсутствует, поскольку при амаа»0 эл. град ширина им
пульсов составляет 30 эл. град и минимальный угол регулирования может уста-
навливаться равным 0 эл. град.
Ограничение, накладываемое на величину аааас, определяется спецификой
работы тиристорного преобразователя в инверторном режиме, которая заключа
етс* в возможности возникновения при углах регулирования, близких к 180 эл.
град, аварийного режима работы, так называемого прорыва инвертора. Поэтому
от теоретически максимального угла регулирования в инверторном режиме
180 эл. град для надежной работы преобразователя оставляют запас Ла—(15—
30) эл. град, и практически максимальный угол регулирования выставляется рав-
ным (150^-165) эл. град.
Существует ограничение, определяющее и нижнюю границу максимального
угла регулирования, т. е. такую величину, меньше которой не рекомендуется
устанавливать ам1«е. Это связано с возможностью возникновения неконтролируе-
мых выбросов тока в режиме рекуперативного торможения. В этом режиме ток
якоря определяется выражением
Eu-Um, £„+£/*С04«
'-------R.-------Я. ’
Если торможение двигателя происходит с максимальной скорости, соответству-
t/d,
ющей a«..»0 эл. град, то £а(<ж1/ао и /»— (1 +cos •)• Отсюда
наглядно видно, что уменьшение максимального угла регулирования приводит к
увеличению тока в режиме торможения с максимальной скорости. И если ограни-
чить a»i>c недопустимо низкой величиной, то контур тока не сможет поддержать
начальный ток торможения на заданном уровне, поскольку для этого регулятору
тока потребовалось бы автоматически смещать угол регулирования в сторону
увеличения, а вступающее в действие ограничение aaia< не позволит этого сде-
лать. Это приведет к тому, что начальный ток торможения не будет контролиро-
ваться контуром тока и превысит величину уставки. Поэтому минимальное зна-
чение максимального угла регулирования должно выбираться таким образом,
чтобы при торможении с максимальной скорости начальный ток торможения не
превышал заданную величину.
Узел зависимого токоограничения служит для изменения уставки токоограни-
чения в функции скорости. Это необходимо осуществлять для высокомоментных
Рис. 4.25. Принципиальная схема УЗТ
Рис. 4.26. Характеристика УЗТ:
I — коммутационная крякая; 1 — реальная ха-
рактеристика УЗТ
двигателей в соответствии с комму-
тационной характеристикой, кото-
рая приводится в паспорте двига-
теля. Принципиальная схема УЗТ
приведена на рис. 4.25. а его со-
единение с выходом регулятора
скорости показано на рис. 4.6.
Действие УЗТ основано на
том. что напряжение на резисторе
RI7 регулятора скорости в режиме
токоограничения определяется ве-
личиной выходного напряжения
усилителей At (А2) и падением
напряжения на диодах V4 (V5),
как элементов схемы с наиболее
низким дифференциальным сопро-
тивлением. При этом важно, чтобы
величина падения напряжения на
резисторе R17 была достаточной для открытия диодов V4 и V5, которые смеще-
ны в обратном направлении выходным напряжением усилителей А! и А2.
На рис 4.26 приведена статическая характеристика УЗТ, т. е. зависимость
выходного напряжения усилителя А! от напряжения тахогенератора. Усилитель
А2 инвертирует выходное напряжение усилителя At. Для сравнения на рис. 4 26
показана типичная коммутационная кривая высокомоментного двигателя, приве-
денная к масштабу выходного напряжения регулятора скорости.
На характеристике УЗТ отмечены основные точки, которые можно изменять
путем подбора сменных резисторов R3, R5, R6 таким образом, чтобы достигалась
наиболее близкая аппроксимация и в то же время чтобы характеристика УЗТ
(кривая токоограничения) не выходила за пределы коммутационной кривой.
Рассмотрим работу схемы УЗТ. При нулевой скорости вращения транзисто-
ры VI. V2. V3 закрыты, выходное напряжение усилителей определяется напря-
жением питания —15 В и суммой входных сопротивлений R4 + R6 Поэтому ре-
зистором R6 устанавливается величина тока при нулевой скорости вращения.
При отрицательной полярности напряжения тахогенератора транзистор V3
остается закрытым, а транзистор V2 приоткрывается, создавая током коллекто-
ра падение напряжения на резисторе R2, которое приоткрывает транзистор VI.
Линейный режим работы транзистора V2 будет существовать до такого напря-
жения тахогенератора, при котором дальнейшее приоткрывание транзистора ста-
и«т невозможным по причине наступления режима насыщения ((/»_„ ча«0). Гра-
ница линейного режима определяется из условия достижения током эмиттера
величины, равной максимальному току коллектора транзистора V2 /,= —— —
„ . 15В
'x.HMte = ’ и соответствует напряжению тахогенератора
I <4е-15В-^.
Рис. 4.27. Расчетная схема УЗТ при положи-
тельной полярности Urr
Следовательно, резистором R3 определяется величина скорости, при которой ток
отсечки достигает установившегося значения.
Резистор Rt в цепи эмиттера VI рассчитан таким образом, чтобы транзисто-
ры VI и V2 одновременно достигали границы линейного режима, т. е. насыще-
ния. При полностью открытых транзисторах потенциал точки 35 близок к нулю
(пренебрегая падениями.напряжений 4/«-а VI и У2). Входное напряжение усили-
теля AI определяется напряжением питания—15 В и делителем R4. R5, т. е.
резистором R5 устанавливается величина тока при максимальной скорости вра-
щения. +
При положительной полярности напряжения тахогенератора транзисторы
VI и V2 закрыты, а транзистор V3 приоткрывается. Для транзисторов V2 и V3
используется схема включения с общей базой. Поскольку сопротивление R3 в
цепи эмиттеров транзисторов общее, а нагрузка в цепи коллекторов R2 и R4 + R5
практически одинакова, то достигается симметрия характеристики УЗТ при раз-
личной полярности напряжения тахогенератора. Рассмотрим более подробно ра-
боту транзистора V3 на примере расчетной схемы, приведенной на рис. 4.27. При
нулевом напряжении тахогенератора транзистор V3 закрыт, ток коллектора
/«—О, ток входного резистора усилителя Al /»*—15 В/(/?4+/?6), выходное на-
пряжение усилителя At
При появлении напряжения тахогенератора транзистор V3 ведет себя таким об-
разом. чтобы свести ток базы к минимальной величине (/в = /э/₽, где р—коэффи-
циент усиления транзистора по току).
Это достигается приоткрыванием транзистора на такую величину, чтобы
создаваемый ток коллектора примерно выровнялся с током эмиттера, соблюдая
условие /« — /»—/«. Пренебрегая падением напряжения £/»-в, имеем /» = (/Тг//?3,
а потенциал эмиттера
Приоткрывание транзистора V3 приводит к уменьшению /•» за счет парал-
лельного подключения (приняли (7»“0) к резистору R6 перехода эмиттер — кол-
лектор транзистора V3 последовательно с R5. Процесс линейного увеличения тока
коллектора будет продолжаться до тех пор. пока транзистор V3 не откроется
водностью (Ui-HatO) и ток 1К достигнет максимальной величины. При R5<C.R6
a R5<R4 будем иметь /в.м..е-15 B/R4 Из условия /.м/. находим напряжение
Рис 4.28. Узел управления ключами Н в ЦТ. ПХ и пели ИТ
тахогенератора, соответствующее границе линейного режима (7тГат15 В-(ЛЗ//?4),
что совпадает со значением, полученным для отрицательной полярности Utt. вви-
ду равенства R2—R4.
При дальнейшем увеличении Utr равенство между I, н /, нарушается, и при-
ращение тока эмиттера будет компенсироваться приращением тока базы. При
«том ток коллектора стабилизируется, сохраняется постоянным входное напря-
жение усилителя Л/, которое определяется 1/*а1а$|5 В (Я5/Я4). т. е. так же, как
и в случае отрицательной полярности Urr-
Логическое устройство раздельного управления (УЛ) предназначено для
формирования сигналов управления ключами В и Н. определяющими нахождение
в работе комплекта тиристоров <В» или *Н», таким образом, чтобы полностью
исключался режим одновременной работы комплектов.
Нахождение в работе комплекта тиристоров «Н» («В») определяется ключом
HI (Bl), выполненным на составном транзисторе V23, V25 (V24. V26) (рнс. 4 28),
через который подается питание —12 В на импульсные трансформаторы, при-
надлежащие этому комплекту. Кроме этого, через транзистор V2I (V22)
(рис. 4 28) УЛ управляет ключами Н (В) в датчике тока (V16) и переключателе
Характеристик (VI).
Принципиальная схема УЛ приведена на рис. 4 29.
Сигналом на переключение комплектов является изменение полярности на
пряжения промежуточного выхода нелинейного эвена K,»-UPJ Напряже-
те иЯ1 пропорционально заданному току (1/рт) и коэффициенту передачи А’«3
нелинейного звена. Поскольку при малых сигналах Urr коэффициент передачи
Кч имеет большую величину, нелинейное звено является чувствительным к ма-
лым изменениям полярности сигнала задания иа ток.
разнополярный сигнал U*, поступает на нуль-орган (компаратор)УЛ, чем
еше более повышается чувствительность выделения команды на смену комп-
лектов
На элементах Д1.2. Д13 выполнен триггер Т1 заданного направления тока,
который совместно с элементами Д1.1. Д1.4 представляет собой схемную реали-
зацию Д-трнггера. т. е. может устанавливаться в новое состояние сигналом от
ЦО по информационному входу только при наличии на тактирующем входе (ло-
гическое произведение блокировочных сигналов от ДПВ и СИФУ) сигнала еди-
ничного уровня.
Блокировочный сигнал от СИФУ Uta представляет собой просуммированные
управляющие импульсы трех формирователей импульсов (шести тиристоров) и
запрещает переключаться триггеру Г/ в тот момент, когда на каком-либо из ти-
ристоров присутствует импульс управления.
Блокировочный сигнал от ДПВ Up.* запрещает перебрасываться триггеру
TI в новое состояние, если в данный момент времени через какой-либо из тири-
сторов протекает ток.
Таким образом, триггер заданного направления тока Т1 может принимать
новое состояние при поступлении команды на переключение комплектов только
при отсутствии в данный момент управляющих импульсов на тиристорах и от-
сутствии тока а силовой цепи.
На элементах Д2.1. Д'2.2 выполнен триггер Т2 истинного направления тока,
состояние которого определяет, к какому комплекту тиристоров— «В» или «Нэ—
были подключены импульсные трансформаторы до появления новой команды на
переключение.
На элементах Д32. ДЗ.З. Д3.4 выполнена схема совпадения СС, которая
формирует выходные сигналы УЛ. управляющие ключами В и Н. блокировоч-
ный сигнал U, Во время несоответствия состояний триггеров Т1 и Т2 сигнал Up
имеет нулевой уровень и блокирует в СИФУ прохождение управляющих импуль-
сов на тиристоры.
Одновременно нулевым уровнем Up запускается выдержка времени (тЭ51 мс),
выполненная на элементах Д3.1. С8. При появлении на входе Д3.1 нулевого
сигнала конденсатор С8 начнет заряжаться, и в течение времени tasl мс на вы-
ходе Д3.1 будет присутствовать сигнал, воспринимающийся элементами Д23.
Л24 как нулевой
На диодах V14. V15 выполнена схема логического умножения совместного
блокировочного сигнала ДПВ и СИФУ и выходного сигнала элемента выдержки
времени
Совместное взаимодействие триггеров Г/, Т2. схемы совпадения СС. элемен-
та выдержки времени / и блокировочных сигналов Up.*. Up.*, Up рассмотрим на
примере переключения комплектов в соответствии с командой, указанной на
рис 429 Уровни логических сигналов (единичный или нулевой) на выходах
микросхем даны для случая положительной полярности иапряженич соот-
ветствующей нахождению в работе комплекта тиристоров «В>.
При изменении полярности напряжения U*, на отрицательную с выхода НО
на информационный вход Д-триггера приходит логический оинал единичного
80 /
уровня. Кроме того, изменение полярности l/BJ приводит к увеличению угла ре-
гулирования, что сопровождается уменьшением тока в якорной цепи. При спа-
дании мгновенного значения тока в каком-либо импульсе тока до нуля (переход
в режим прерывистых токов) и отсутствии управляющего импульса на тиристоре,
т. е. при появлении на тактирующем входе Д-трнггера логической единицы
(L/e.a-Z/«.a=l) происходит переключение триггера Т1 в новое состояние. Схема
совпадения СС регистрирует несоответствие состояний триггеров Т1 и Т2 задан
иого и истинного направлений токов и вырабатывает логический сигнал нулевого
уровня Uv-0, запускающий элемент выдержки времени и блокирующий в СИФУ
формирование управляющих импульсов. В этот же момент времени ключом BI
снимается питание—12 В с импульсных трансформаторов комплекта тиристоров
<В> и замыкаются ключи В в ДТ и ПХ. В течение выдержки времени обе поло-
вины ключей VI и V6 в ПХ и ДТ находятся в замкнутом состоянии. При появле-
нии на выходе элемента выдержки времени логического сигнала единичного
уровня и отсутствия в этот момент блокирующих сигналов 1/».а и Ut а происхо-
дит переключение триггера Т2 в состояние, соответствующее новому состоянию
триггера Т1. Происходит замыкание ключа HI. подающего питание на импульс-
ные трансформаторы комплекта тиристоров <Н>. и размыкание ключей И в ДТ
и ПХ. Схема совпадения регистрирует совпадение состояний триггеров Т! н Т2
и формирует логический сигнал единичного уровня Ut—l, разрешающий СИФУ
формирование управляющих импульсов. Таким образом, бестоковая пауза реа-
лизуется отключением импульсных трансформаторов от обоих комплектов тири-
сторов и дополнительно сигналом Uf, запрещающим формирование импульсов
в СИФУ.
Если во время отсчета выдержки времени поступает команда на включение
прежнего комплекта <В», триггер Г/ возвращается в исходное состояние, соот-
ветствующее триггеру Т2. и мгновенно происходит замыкание ключа В1 в цепи
импульсных трансформаторов комплекта <В». одновременно сигналом t/p«|
разрешается выдача управляющих импульсов. Мгновенная выдача импульсов
во время выдержки времени на тиристоры первоначально работавшего комплек-
та позволяет уменьшить бестоковые паузы при переключениях комплектов.
Датчик проводимости вентилей
Поскольку в мостовой схеме выпрямления для протекания тока в проводя-
щем состоянии должны находиться минимум два тиристора из разных групп
(один из анодной, другой нз катодной), достаточно контролировать проводящее
«стояние тиристоров в какой-либо одной из групп. В преобразователе осуществ-
ляется контроль состояния тиристоров катодной группы комплекта «Н» (соответ-
ственно — анодной группы комплекта «В»), Принципиальная схема ДПВ приве-
дена на рис. 4 30
В непроводящем состоянии на переходах анод — катод тиристоров сущест-
вует переменное напряжение, равное фазному напряжению вторичной обмотки
адового трансформатора. Параллельно тиристорам подключены /?С-иепочки,
Выполняющие функцию защиты тиристоров от перенапряжений.
*l5t
Величина сопротивления КС-цепочки при указанных на схеме номиналах
R и С составляет около 13 кОм на частоте сети, т. е. оказывается вполне доста-
точной. чтобы обеспечить входной ток оптрону. Напряжение каждой /?С-цепочки
Через согласующие резисторы подается на диодные мосты V4, V5. V6. нагружен-
ные на светодиоды оптронов V7, V8. V9. Непроводящее состояние тиристоров
соответствует засвеченному состоянию фотодиодов в оптронах, имеющих в этом
случае малую величину сопротивления, достаточную для того, чтобы транзисто-
ры VIO. VII находились в закрытом состоянии, т. е. ДПВ вырабатывает логиче-
ский сигнал единичного уровня Ve..= l,
Если какой-либо из тиристоров находится в проводящем состоянии, падение
напряжения на соответствующей КС-цепочке равно нулю, поэтому через свето-
диод одного из оптронов не будет проходить ток. Фотодиод этого оптрона будет
иметь большую величину сопротивления, приводящую к открытию транзисторов
V10 и VII. Таким образом, во время проводящего состояния какого-либо из ти
ристоров ДПВ формирует логический сигнал нулевого уровня l/a . — O.
В зависимости от номинального выпрямленного напряжения преобразовате-
ля (напряжения вторичной обмотки силового трансформатора) на сопротивле
ннях. согласующих силовое напряжение на тиристорах с входным током оптро
нов, устанавливаются следующие перемычки: для номинального выпрямленного
напряжения 1)5 В 3—9. 4—10. 5—11; .тля номинального выпрямленного иапря
женин 230 В 3—6, 4—7, 5—8.
Практически ДПВ имеет зону нечувствительности, проявляющуюся в виде
провалов в сигнале Щ, в моменты перехода через нуль напряжений на /?С-цс
почках. Поэтому в случае, если ни один тиристор моста ие проводит, в сигнале
V», псе равно имеются короткие импульсы нулевого уровня.
Узел управления ключами
Принципиальная схема узла управления ключами комплекта тиристоров «Н»
приведена на рис 4 28. На резистор R29 приходит сигнал с выхода микросхемы
ДЗ.З устройства логики. Нулевой уровень сигнала, соответствующий нахожде-
нию в работе комплекта тиристоров <Н», открывает транзистор V2I, при этом на
управление ключами <Н» в ДТ и ПХ через диод VI7 поступает напряжение
+12 В, приводящее к закрытию ключей. В то же время транзисторы V23. V25
открываются, подавая питание —12 В иа импульсные трансформаторы комплек-
та. Таким образом, рабочему состоянию комплекта соответствует замкнутое со-
стояние ключа в цепи импульсных трансформаторов и разомкнутое состояние
ключей в ДТ и ПХ.
Система импульсно-фазового управлеиня формирует для управления тири-
сторами сдвоенные прямоугольные импульсы, фаза которых относительно сило-
вого напряжения на тиристорах изменяется пропорционально напряжению, по
ступающему на управляющий орган СИФУ. Функциональная схема СИФУ при-
ведена иа рис. 4.31 и включает в себя следующие узлы:
— источник синхронизирующего напряжения (ИСН);
— три идентичных формирователя импульсов (ФИ);
— управляющий орган (УО);
ИСН
Рис. 4.31. Функциональная схема СИФУ
83
— шесть усилителей импульсов (УИ);
— двенадцать импульсных трансформаторов (ИТ)-
В качестве ИСН используется вторичная обмотка U"3 трансформатора TI
питания и синхронизации преобразователя. При соединении силового трансфор-
матора по схеме Y/Y напряжения синхронизации совпадают по фазе с силовыми
напряжениями одноименных фаз на тиристорах
Каждый ФИ синхронизирован со своей фазой и формирует импульсы уп-
равления двумя противофазными тиристорами этой фазы, т. е импульсы проти-
вофазных каналов каждого ФИ (а н d, Ь н 5, с и I) сдвинуты друг относительно
Друга на 180 эл.град., а импульсы одноименных каналов разных ФИ (а, Ь, с
или d, 5, с) сдвинуты друг относительно друга на 120 эл, град.
На усилителях импульсов, кроме усиления по мощности, осуществляется
сдваивание импульсов для управления тиристорами. Для этого на второй вход
УИ заводятся импульсы с того канала формирователей импульсов, где имеется
отставание их на 60 эл. град, от импульсов на первом входе УИ. Временная диа-
грамма формирования сдвоенных импульсов приведена на рис. 4.32. Сдвоению
импульсы с выхода каждого УИ поступают одновременно на два ИТ. принадле-
жащих разным комплектам тиристоров.
Одцако передача импульсов на тиристор тем или иным импульсным транс
Форматором определяется состоянием ключей В1 и Н1. Принципиальная схема
и двух относящихся к нему ИТ канала »о» приведена на рнс 4.33. В исход-
ном состоянии транзисторы 1'69, V75 заперты положительным смещением на
84
базу через цепочку R93. V58. V57. С появлением на входах а или с импульса ну-
левого уровня транзисторы V69, V75 открываются. В этот момент к одному из
выводов первичной обмотки ИТ прикладывается напряжение +12 В. Передача
импульса на тиристор в этот момент будет производиться тем ИТ. на второй вы-
вод первичной обмотки которого подано ключом BI или Н1 напряжение пита-
ния —12 В.
Резисторы RI служат для ограничения тока в цепи первичной обмотки ИТ
в аварийном (установившемся) режиме. Диоды VI.2 предотвращают перенапря-
жения иа коллекторах транзисторов V69, V75, V25, V26 при их закрывании. Дио-
ды VI.I предназначены для зашиты ИТ от помехи в виде импульсного падения
напряжения на ключах V25 и V26 в открытом состоянии.
Принципиальная схема формирователя импульсов приведена на рис. 4.34
и включает в себя следующие узлы: фильтр Ф, пороговые элементы ПЭ1 и ПЭ2,
формирователь синхронизирующих импульсов F, генератор пилообразного на-
пряжения ГПН, нуль-орган НО, RS-tpnmp Т. формирователь длительности им-
пульсов ФДН. Временные диаграммы сигналов на выходах названных узлов
приведены на рнс. 4.35.
Фильтр осуществляет сдвиг синхронизирующего напряжения на угол 30
эл. град, совмещая тем самым начало зоны разрешения выдачи импульса на ти-
ристор с точкой естественной коммутации силового напряжения на тиристорах.
Выходное напряжение фильтра с помощью пороговых элементов ПЭ1 и ПЭ2 пре-
образуется в две противофазные последовательности прямоугольных импульсов.
Величина порога (зоны нечувствительности) определяется падением напря-
жения иа переходах база —эмиттер транзисторов VI и V2. Длительность импуль-
са единичного уровня (около 176 эл. град) определяет зону разрешения выдачи
управляющих импульсов на соответствующий тиристор. В промежуток времени
перекрытия импульсов нулевого уровня на входах Д1.3, Д1-4 на выходе F фор-
мируется синхроимпульс единичного уровня длительностью около 8 эл. град.
Этот импульс открывает транзистор V8. осуществляющий разряд интегрирую-
щей емкости СЗ ая нулевого напряжения. После исчезновения синхроимпульса
напряжение на выходе ГПН начинает линейно возрастать от 0 до 10 вольт за
У*
• /
Рнс. 435. Временные диаграммы напряжений ФИ
счет подачи иа инвертирующий вход усилители А/ напряжения — 15 В через ре-
зисторы R11. И13. Уровень возрастания выходного напряжения ГПН до прихода
очередного синхроимпульса может изменяться сменным резистором НИ.
Момент равенства по абсолютной величине разнополярных напряжений ГПН
и УО фиксирует нуль-орган, выполненный иа операционном усилителе Л2, поляр-
ность выходного напряжения которого в этот момент меняется с положительной
на отрицательную. Триггер Т воспринимает отрицательное выходное напряжение
А2 как логический сигнал нулевого уровня, изменяя при этом свое состояние, со-
ответствующее изменению логического сигнала на выходе Д2.2 с единичною
уровни иа нулевой. Появление на входе ФДИ нулевого сигнала приводит к раз-
ряду конденсатора С2 по цепи’ R14. выход Д2 2. V7. Во время разряда, опреде-
ляемого элементами Н14, С2, иа диоде V7 создается падение напряже-
ния. запирающее транзистор Уб. В этот момент на входах микросхем Д1.2, Д2.3,
Д11 появляется сигнал единичного уровня Прохождение импульса ФДИ в ка-
нал и или а определяется наличием на втором входе микросхем Д1.2, Д1.3 еди-
ничного сигнала от пороговых элементов. Таким образом, единичными импульса-
ми пороговых элементов производится распределение импульсов ФДН по кана-
лам а и а. Длительность импульса ФДИ может составлять (10—15) М. град.
Через элемент Д2.3 проходят все импульсы ФДИ. которые путем параллельного
соединения выходов микросхем, аналогичных Д2.3 в других ФИ. представляют
собой просуммированные импульсы всех шести тиристоров. Кроме этого, воз-
можность прохождения импульсов в каналы а. а и УЛ зависит от присутствия
на катоде диода V5 сигнала единичного уровня, поступающего из узла зашиты
и блокировки
После того как сформировался управляющий импульс, триггер Г ждет при
хода очередного синхроимпульса, чтобы вернуться в исходное состояние и быть
аод готовленным к формированию следующего управляющего импульса. Установ-
ка триггера Г в исходное состояние возможна только при одновременном наличии
иа входах триггера сигнала единичного уровня от НО на входе Д2 I и сигнала
нулевого уровня на каком-либо из входов микросхемы Д2.2. Во время стацио-
нарной работы комплектов тиристоров триггер Т устанавливается в исходное со-
стояние проинвертированнымн синхроимпульсами, поступающими с выхода мик-
росхемы Д2.4. и, таким образом, в начале каждого полупериода синхронизирую-
щего напряжения становится готовым для формирования следующего управля-
ющего импульса.
Кроме этого, триггер Т может подготавливаться х выдаче управляющего им-
пульса сигналом нулевого уровня U,. поступающим от устройства логики. Время
существования сигнала U, нулевого уровня определяется элементом выдержки
времени в УЛ и составляет около 1 мс. Если за это время на второй вход триг
ге₽а Г поступит сигнал единичного уровня от НО. то триггер перебросится в ис-
ходное состояние и будет готов к повторной выдаче импульса.
Временная диаграмма напряжений ФИ при повторной выдаче каналом за
один полупернод синхронизирующего напряжения управляющего импульса при-
ведена иа рис, 4.Э6. Показанная ситуация соответствует переключению одного
комплекта тиристоров, находившегося в выпрямительном режиме с углом регули-
88
Рис. 4.36. Временные диаграммы напряжений ФИ при повторной выдаче уп-
равляющего импульса
рования в|, на другой комплект, который начинает работать в инверторном ре-
жиме с углом регулирования а,. т. е. соответствует началу торможения электро-
двигателя с какой-то скорости. Командой на переключение комплектов является
изменение полярности напряжения 1/«». что приводит одновременно к скачкооб-
разному изменению напряжения управления MJy — Uji—UrJ. Команда иа пере-
ключение комплектов пришла после выдачи каналом очередного импульса уп-
равления с углом регулирования щ в тот же полупериод синхронизирующего на-
пряжения. Если в этот момент отсутствовал запрет на переключение от блоки-
ровочных сигналов Ue*. Uta. сигнал Up мгновенно принимает нулевой уровень
и происходит отсчет выдержки времени. В течение выдержки времени оба ключа
В и Н в ПХ замкнуты, поэтому 4/,-0 (1/«и соответствует а,,,). После пере-
ключения ключей напряжение на выходе ПХ сменит полярность на противопо-
ложную. поэтому в этот момент произойдет скачкообразное изменение Uj. сим-
метричное относительно £/««. Таким образом, в течение выдержки времени на
одном входе триггера Т присутствует сигнал нулевого уровня, а на другом за
счет 1/г»0 и перехода выходного напряжения НО в положительную поляр-
ность—сигнал единичного уровня. Это приводит триггер Г в исходное состояние
и через некоторый промежуток времени он формирует второй импульс управле-
ния с углом регулирования а*
Узел защиты и блокировки (рнс. 4.37) обеспечивает следующие виды защит:
— от превышения максимального тока;
— от длительной перегрузки двигателя;
— от понижения напряжения в питающей сети.
Кроме того, при отсутствии внешней команды «деблокировка» узел обеспе-
чивает бестоковое состояние преобразователю, запрещая формирование импуль-
сов СИФУ. и нулевые начальные условия регуляторам тока и скорости путем
закорачивания в них интегрирующей обратной связи.
Максимально-токовая защита должна срабатывать при превышении током
двигателя уставки тока ц режиме токоограннчения. Пороговый элемент защиты
реализован на транзисторе V47. диоде V46. резисторе R60. В исходном состоя-
нии транзистор заперт падением напряжения на диоде V46 по цепи R60. —15 В
При достижении сигналом +Z« от ДТ уровня достаточного для запирания V46
и протекания базового тока V47, происходит открытие транзистора V47, которое
запоминается Я$-триггсром. Величина резистора R60, от которого зависит порог
срабатывания защиты, определяется из условия равенства токов на базе V47;
15 В/Я60=/1Кжт//?61. где /| — максимальная величина тока двигателя в режиме
токоограннчения
Рис. 4.37. Принципиальная схема узла защиты и блокировки
При открывании транзистора V47 ЯХ-триггер (Д2 2. Д2.4) устанавливается в
состояние, которое характеризуется единичным уровнем сигнала на выводе Д2.4
и нулевым на выходе Д2.2. Единичный уровень приводит к открыванию транзисто-
ров V46. V49. при этом загорается сигнальная лампа защиты Н2. Нулвой уро-
вень приводит к появлению на выходе Д2.3 сигнала единичного уроввя поло-
жительной полярности, который подается в управляющий орган СИФЖ и осу-
ществляет сдвиг управляющих импульсов на тиристорах в положение, соответ-
ствующее максимальному углу регулирования aHt«c- Этим обеспечивается пре-
кращение протекания тока через преобразователь. Отметим, что простое Смятие
импульсов с тиристоров, если преобразователь находится в режиме ннвфтиро
вамия. может привести к аварийному режиму прорыва инвертора. Для ппиведе-
ния триггера в исходное состояние необходимо снять и вновь подать питжие на
преобразователь.
Защита двигателя от длительной перегрузки током, превышающим номиналь-
ное значение, выполнена на операционном усилителе Л6. включенном поЧдеме
интегратора, и пороговом элементе Д2^ R80, имеющем порог срабатывания око-
ло +8 В. В исходном состоянии, при токе двигателя меньше номинального, вы-
ходное напряжение усилителя Аб имеет уровень насыщения отрицательной по-
лярности за счет подачи на инвертирующий вход усилителя положительного сме-
щения от потенциометра R72 Напряжение +15 В подается на потенциометр
путем коммутации на входном клеммнике преобразователя, что позволяет при
необходимости изменять во внешней цепи установку начала вступления в дей-
ствие зашиты. При достижении током двигателя значения больше номинального,
напряжение на выходе Аб начинает линейно изменяться в сторону положитель-
ной полярности со скоростью, прямо пропорциональной перегрузке по току и
обратно пропорциональной постоянной интегрирования. При достижении выход-
ным напряжением усилителя Аб уровня срабатывания порогового элемента
(+8 В) происходит переключение W-трнггера. сопровождающееся, как и в слу-
чае максимально-токовой защиты, загоранием сигнальной лампы Н2 и переводом
угла регулирования в аа*ие-
Постоянная интегрирования определяется исходя из допустимого времени
протекания Ы через двигатель максимального тока Ц режима токоограничения.
в соответствии с переходной характеристикой интегрирующего звена
...
A L ,ыж • A ,
где постоянная интегрирования Т. C23R73. Выходное напряжение уси-
лителя Аб до момента срабатывания зашиты изменяется от —12 В до +8 В.
поэтому At/.Mi = 20 В. Величина Д(/ц«Ки(/|-/|). Отсюда постоянная интег-
рирования определится как
С23-Я73 = ДЛ
JOB
Напряжение на движке потенциометра R72 определяет начало вступления
защиты в действие. Для того чтобы защита вступала в действие только после
превышения током двигателя номинального значения, необходимо выставить ве-
личину напряжения на движке потенциометра относительно обшей точки в со-
ответствии с соотношением
U ~s К /
Зашита от понижения напряжения питающей сети, осуществляющая также
задержку выдачи СИФУ управляющих импульсов при подаче на прсобразова-
гель напряжения питания, выполнена на пороговом элементе ДМ и элементах
С2/, R66. R67. На вход ДМ подается напряжение с делителя R51. R52 (см.
рис. 4.38), которое имеет величину около +15 В. Делитель подключен к напря-
жениям: неотфнльтровенному +24 В и отфильтрованному —12 В.
При подаче пнтаиия на преобразователь за счет заряда конденсатора С21
через резистор R67 от +15 В напряжение на C2I достигает уровня, восприни-
маемого микросхемами как единичный, через 20—50 мс. В течение этого времени
на выходные микросхемы ФИ поступает логический сигнал нулевого уровня, за-
прещающий выдачу управляющих импульсов. Этим же сигналом устанавливает-
ся в исходное состояние ^5-триггер.
При снижении питающего напряжения всех или одной из фаз более чем на
50% на вход ДМ с делителя RSl. R52 приходит уровень напряжения, воспри
нииающийся как логический сигнал нулевого уровня. Поэтому на выходе Д1 1
появляется нулевой сигнал, приводящий к быстрому разряду С2! через R66 Это
вызывает снятие управляющих импульсов и через элемент Д1.2 включение ре-
ле К. контакты которого шунтируют цепи обратных связей РТ и PC. После вос-
становления питающего напряжения происходит отсчет выдержки времени (R67,
C2I). и через 20—50 мс привод будет находиться в рабочем состоянии.
После подачи питания иа преобразователь при отсутствии команды «дебло-
кировка» (цепь между входными клеммами /5, 20 разомкнута) преобразователь
находится в блокированном состоянии, которое обеспечивается подачей на вход
элемента Д1.2 через резисторы R57. R58 от напряжения — 15 В логического сиг-
нала нулевого уровня. При этом нулевое напряжение иа выходе Д1.2 приводит
к запрету иа формирование СИФУ управляющих импульсов (У»“0), переводу
угла регулирования в ая>нс. включению реле К. шунтирующего своими контак-
тами обратные связи РТ и PC. Таким образом осуществляется бестоковое со-
стояние преобразователя и создаются нулевые начальные условия на выходах РТ
и PC. необходимые для плавного вхождения в работу замкнутой системы регу-
лирования.
При появлении команды «деблокировка» конденсатор С 20 через R58 с малой
постоянной времени перезаряжается от напряжения +15 В, на входе Д1.2 появ-
ляется логический сигнал единичного уровня.
Напряжение единичного уровня на выходе Д1.2 приводит к отключению ре-
л« К и снятию запрета на формирование импульсов. Преобразователь принимает
Рабочее состояние.
При снятии команды «деблокировка» конденсатор С20 перезаряжается по
Цепи R58. R57. —15 В. в результате на входе Д1.2 в течение примерно одной
92
Рис. 4 38. Принципиальная схема БП
секунды поддерживается единичный уровень, после чего преобразователь бло-
кируется. Выдержка времени необходима в том случае, если команда «деблоки-
ровка» подается контактами реле В и Н. чтобы после снятия напряжения зада-
ния, до наступления бестокового состояния преобразователя, двигатель успел
та тормозиться.
Блок питания
Принципиальная схема блока питания приведена на рис. 4.38. Трехфазный
трансформатор 71, кроме питающих обмоток 'V4. W5. имеет обмотку V3. которая
используется в качестве источника синхронизирующего напряжения. Кроме транс-
форматора Г/ блок питания включает в себя: две мостовые схемы выпрямления,
формирующие совместно с конденсаторами CI5, CI4 отфильтрованное напряже-
ние ±24 В; две нулевые схемы выпрямления, вырабатывающие совместно с кон-
денсаторами СП, С16 отфильтрованное напряжение ±12 В. два стабилизатора
с выходным стабилизированным напряжением ±15 В. которое может ступенчато
изменяться в небольших пределах установкой перемычек 33—34, 32—34, 35—34,
36—34. Для исключения аварийного режима преобразователя в случае исчезно-
вения напряжения + 15 В иа микросхеме ФИ через V55 заведено питание +12 В.
Кроме того, для оперативного контроля за величиной напряжения сети в
блоке питания вырабатывается неотфкльтрованное напряжение +24 В. которое
поступает на делитель R52. R51, а с него в узел зашиты и блокировки.
Методика наладки электропривода БТУ3601
в регулируемом режиме
Схема подключения тиристоряого преобразователя БТУ3601 приведена на
рис 4.39. Подача питания на клеммы Al, Bl, С1 преобразователя сопровожда-
ется загоранием лампы Н1 зеленого цвета, подключенной к источнику нестабилн
зированного напряжения —24 В относительно обшей точки питания и сигнали-
зирующей о наличии напряжения питания на печатных платах преобразователя
Загорание лампы Н2 красного цвета сигнализирует о срабатывании максималь-
но-токовой защиты или зашиты от длительной перегрузки двигателя. Для приве-
дения преобразователя после срабатывания одной из защит в рабочее состояние
необходимо снять и вновь подать питание на преобразователь.
Рекомендуемый порядок проверки и настройки электропривода приведен
иже
I. Фазировка преобразователя при различных схемах соединения обмоток
силового трансформатора
Подключение преобразователя должно быть выполнено с соблюдением пра
вилыюй последовательности чередования фаз на зажимах АЗ. ВЗ, СЗ силового
напряжения и клеммах Al. Bl. С1 напряжения питания и синхронизации, а так-
же правильного сдвига фаз между напряжениями на одноименных зажимах н
клеммах. Для проведения фазировкн необходимо:
— вынуть из преобразователя печатные платы Е1 и Е2:
— подать напряжение на клеммы Al, Bl, С1 и зажимы АЗ, ВЗ. СЗ, включив
автоматы FI и F6.
а) Соединение обмоток трансформатора по схеме Y/Y.
Векторная диаграмма напряжений первичной и вторичной обмоток силовом,
трансформатора и напряжения питания преобразователя приведена иа рис. 4 40
Произвести проверку последовательности чередования фаз напряжения пита-
ния преобразователя на клеммах .4/, Bl. С1. Для этого установить осциллограф
в режим синхронизации от сети, общий конец осциллографа подключить к нуле-
вой точке силовой сети (земля), а потенциальный последовательно к клеммам
Al. Bl, С1 Сдвиг фаз между наблюдаемыми напряжениями должен соответст
вовагь прямой последовательности чередования фаз, показанной на рис 4 41
Произвести проверку прямой последовательности чередования фаз на силовых
зажимах преобразователя 43, ВЗ. СЗ в соответствии с рис. 4.41. Для этого об-
щий конец осциллографа подключить к общей точке вторичной обмотки силового
трансформатора, а потенциальный — последовательно к зажимам .43. ВЗ. СЗ
Убедиться, что отсутствует сдвиг по фазе медкду напряжениями на клемме Л1
Рис. 4.39. Принципиальная схема подключения
электропривода
и зажиме АЗ. т. е. напряжения Uai и Uai находятся в фазе, как показано на
рас. 4.42.
б) Соединение обмоток трансформатора по схеме К/Д—I.
Векторная анаграмма напряжений первичной и вторичной обмоток трансфор-
матора и напряжения питания преобразователя приведена иа рис. 4.43.
Рнс. 4.40. Векторная ди-
аграмма напряжений при
соединении силового
трансформатора по схе
Рис. 4.42. Осциллограмма на-
пряжений £/д| и t/*j для схе-
мы Г/Y
Рнс. 4.41. Осциллограммы трехфазных
напряжений с прямой последователь-
ностью чередования фаз
Рис. 4.43. Векторная диаг-
рамма напряжений при сое-
динении силового трансфор-
матора по схеме К/Д— 1
Рнс. 4 44. Осциллограмма напряжений UД|
и Ул>-В1 для схемы r/Д—I
динен и и силового трансфер- Рнс. 4.46. Осциллограмма напряжений Uai н
кагора по схеме Д/У — 1 для схемы Д/У — 1
Проверка прямой последовательности чередования фаз на клеммах Л1, Bl, С1
производится так же, как и в предыдущем случае. Для проверки чередования
фаз на зажимах АЗ. ВЗ, СЗ необходимо наблюдать напряжения между зажима-
ми АЗ— ВЗ, ВЗ—СЗ, СЗ—АЗ, подключая к зажимам, указанным первыми, потен-
циальный конец осциллографа, а к зажимам, указанным вторыми, общий конец
осциллографа. Наблюдаемые напряжения должны быть сдвинуты по фазе в со-
ответствии с рис. 4.41. Убедиться, что отсутствует сдвиг по фазе между напря-
жениями на клемме AI и зажимах АЗ—ВЗ, т. е. напряжения Uai и t/лз-аз нахо-
дятся в фазе, как показано на рис. 4.44.
в) Соединение обмоток трансформатора по схеме Д/У—1.
Векторная диаграмма напряжений первичной и вторичной обмоток силового
трансформатора и напряжения питания преобразователя приведена на рис. 4.45.
Проверка последовательности чередования фаз на клеммах Al, Bl, С1 произво-
дится так же, как и в предыдущих случаях. Для проверки чередования фаз на
зажимах АЗ, ВЗ, СЗ необходимо общий конец осциллографа подключить к об-
щей точке вторичной обмотки силового трансформатора, а потенциальный — по-
следовательно к зажимам АЗ, ВЗ, СЗ. При этом должна соблюдаться прямая по-
। саедовательность чередования фаз в соответствии с рис. 4.41. Убедиться, что
сдвиг по фазе между напряжениями t/A| и 1/А> на клемме А1 и зажиме АЗ равен
30 эл. град, как показано иа рис. 4.46.
2. Проверка узлов преобразователя
при отключенном силовом напряжении
Выполнение этого пункта производится при выключенном автомате F6, сни-
мающем силовое напряжение с зажимов АЗ, ВЗ, СЗ. Автомат F1 должен быть
включен, подавая питание на тиристорный преобразователь. Сигналы в контроль-
ных точках проверяются осциллографом относительно общей шины источника
витания, которой соответствуют контрольная точка 34 платы EJ н контрольная
точка 23 платы Е2.
2.1. Блок питания
Проверить стабилизированное напряжение питания на контрольных точках
40 ( + 15 В), 38 (—15 В) платы Е1, и 2 ( + 15 В) и 1 (—15 В) платы Е2. Вели-
чина напряжения может допускать отклонение в диапазоне (+5-5—15) %, а вели-
чина пульсаций (двойная амплитуда) должна быть не более 100 мВ.
2.2 Регулятор скорости
Деблокировать преобразователь. Установить величину задающего напряже
ния на клемме 21 преобразователя не более 0,5 В Реверсируя задающее напря
жение, наблюдать выходной сигнал регулятора скорости в контрольной точке 46
платы Е2 при использовании ПУРС или в контрольной точке 5 платы Е1 при
отсутствии узла ПУРС. Переходная характеристика PC приведена на рис. 4.47.
Высота ступеньки пропорционального участка и наклон интегрального участка
характеристики определяются величиной задающего напряжения и номиналами
элементов цепи обратной связи PC. Установившийся уровень выходного напря-
жения PC изменяется резистором R17 в пределах от 0 до 10 В. При проверке
переходной характеристики PC и для проверки последующих узлов установить
резистором R17 максимальную величину выходного напряжения PC.
При использовании в преобразователе узла ПУРС проверить сигналы управ-
ления ключами модулятора и демодулятора в квнтрольных точках 47 и 48 пла-
ты Е2.
Форма сигналов должна соответствовать приведенной на рис. 4.48.
2.3. Регулятор тока
Запаять параллельно цепи обратной связи регуля гора скорости резистор ве-
личиной 2,7к на контрольные точки 42—46 платы Е2 при использовании ПУРС
Рис. 4.47. Переходная характеристика PC и РТ
или на контрольные точки 3—5 платы EI при отсутствии узла ПУРС. Это обес-
печит коэффициент передачи регулятора скорости, равный единице.
Деблокировать преобразователь. Установить величину задающего напряже-
ния на входной клемме 21 преобразователя не более 0.5 В. Реверсируя задающее
напряжение, наблюдать выходной сигнал РТ в контрольной точке 18 платы Е1.
Форма переходной характеристики должна соответствовать приведенной на
рис. 4.47. Величина выходного напряжения РТ изменяется резистором R33 в
пределах от 0 до 10 В При проверке РТ и для проверки последующих узлов
установить резистором R33 максимальную величину выходного напряжения РТ.
2.4. Нелинейное звено
В условиях пункта 2.3 установить минимально возможную величину напря-
жения задания и наблюдать выходной сигнал НЗ в контрольной точке 24 платы
Е1 при реверсе задающего напряжения Форма сигнала приведена на рис. 4.49.
После выполнения пунктов 2.3 и 2.4 отпаять наладочный резистор 2.7к с конт-
рольных точек 42—46 или 3—5.
Проверки 2.2—2.4 можно произвести без подачи задающего напряжения на
вход преобразователя н не устанавливая наладочный резистор в обратную связь
PC. Для этого необходимо:
— деблокировать преобразователь;
— вращением движка резистора R3 установки нуля регулятора скорости ме-
нять полярность сигнала смещения на входе PC.
Рис. 4.50. Выходные напряжения PC, РТ и ИЗ при
изменении полярности сигнала смещения на входе PC
Форма выходных напряжений PC, РТ и ИЗ в этом режиме приведена на
рис. 4.50. После выполнения проверки вернуть движок резистора R3 в положе-
ние, соответствуюппё минимальной скорости изменения выходного напряже-
ния PC.
2.5. Система импульсио-фазоаого управления
Поскольку в состав СИФУ входят три идентичных узла формирования им
пульсов ФИ1, ФИЗ. ФИЗ. последовательность проверки сигналов приводится для
одного ФИ.
— Проверить выходной сигнал генератора пилообразного напряжения в конт-
рольной точке 3 платы Е1. Форма сигнала должна соответствовать приведенной
иа рис. 4.51.
— Деблокировать преобразователь.
— Наблюдать сигнал в контрольной точке 52 платы Е/, который является
Рис. 4.51. Выходное напряжение ГПН
суммой управляющих импульсов трех ФИ. Форма сигнала приведена на рис. 4.52.
Возможное отсутствие импульсов объясняется тем, что при подаче напряжения
питания на преобразователь в устройстве логики триггеры заданного и истинного
направлений токов могут установиться в разные состояния. Поэтому схема со-
впадения вырабатывает сигнал Uv-0, запрещающий формирование импульсов.
Приведению триггеров в одинаковое состояние мешает блокировочный сигнал
с ДПВ, поскольку отсутствие силового напряжения на тиристорах воспринима-
ется датчиком аналогично режиму непрерывного протекания тока через тири-
сторы. Для того чтобы дать возможность установиться триггерам в одинаковое
состояние, необходимо кратковременно замкнуть в ДПВ базу транзистора V10
Рис. 4.53. Выходной сигнал Я$-триггера СИФУ при различных схемах соеди-
нения силового трансформатора
платы Е2 с обшей точкой пита-
ния (контрольная точка 23).
На это время блокировочный
сигнал ДПВ исчезает, триггеры
устанавливаются в одинаковое
состояние, схема совпадения
вырабатывает сигнал
разрешающий формирование
импульсов управления.
— Произвести проверку и
установку углов регулирования
a»i и а,,,,.
Для этого закоротить перемычкой на контрольных точках 23—29 резистор
R37 платы Е1. Это позволит изменяться выходному напряжению нелинейного
звена в пределах ±12,5 В. Наблюдать выходной сигнал ЯЗ-трнггера СИФУ в
контрольной точке 8 платы Е! при реверсе задающего напряжения. Должно про-
исходить измеиение угла регулирования от а... до а.а.е, В соответствии с
рис. 4.53 путем подбора резисторов R50 я R49 управляющего органа СИФУ ус-
тановить минимальный и максимальный углы регулирования, учитывая при этом,
что уменьшение сопротивлений приводит к увеличению углов аи(а и вмакс, и
наоборот.
— Проверить симметрию углов регулирования по фазам. Для этого перевес-
ти угол регулирования в минимум и сравнить по длительности импульсы еди-
ничного уровня в формирователях ФИ1, ФИ2. ФИЗ В случае заметного расхож-
дения резисторами R1 фильтра СИФУ обеспечить одинаковую длительность им-
пульсов по фазам. Перевести угол регулирования в максимум и путем подбора
резисторов R11 ГПН выравнять, если это необходимо, длительность импульсов
нулевого уровия. Убедиться, что в выходном напряжении ГПН отсутствует уча-
сток насыщения.
— Проверить выходные сигналы усилителей импульсов в контрольных точ-
ках 53—5Я платы Е1. Форма напряжения должна соответствовать приведенной
на рнс. 4.54. При блокировке преобразователя управляющие импульсы должны
исчезнуть с выдержкой времени.
2.6. Логическое устройство раздельного управления
Для проверки функционирования устройства логики при отсутствии силового
напряжения на тиристорах необходимо заблокировать датчик проводимости вен-
тилей. для этого установить перемычку между базой транзистора V10 ДПВ и
контрольной точкой 23. Если ДПВ заблокирован, в контрольной точке 13 платы
£2 должен появиться потенциал величиной около 12 В.
Деблокировать преобразователь. В контрольной точке 13 должны появиться
просуммированные импульсы формирователей импульсов (контрольная точка 52
Платы Е1 соединена с контрольной точкой 13 ДПВ). Реверсируя задающее на-
пряжение. наблюдать сигналы в контрольных точках УЛ:
Рис. 4.55. Сигналы УЛ при реверсе задающего напряжения
14 — выход нуль-органа УЛ-
16 (17)— триггер заданного направления тока;
IS (19)— триггер истинного направления тока;
20 — выход схемы совпадения (сигнал Uf разрешения на формирование уп-
равляющих импульсов СИФУ);
21 . 22 —состояние ключей В1 и Н1. подключающих импульсные трансформа-
торы к комплектам;
12 — выходной сигнал переключателя характеристик.
Форма перечисленных сигналов приведена на рис. 4.55. После того как про-
верка УЛ произведена, снять перемычку, блокирующую ДПВ. Присутствие перс
иычкм при работе преобразователя под нагрузкой приведет к аварийному режи
му преобразователя (одновременному включению комплектов).
2.7. Узел защиты и блокировки
Произвести расчет подстроечных элементов защит от превышения макси
мального тока и длительной перегрузки двигателя.
Уставка срабатывания максимально-токовой защиты определяется резисто
ром R60. величина которого находится исходя из максимального тока двигатс-
15В
ля /1 в режиме токоограничения из соотношения Я60 = Яб1 ——где R6l = 10 к.
A 1T' I
К»»=0,042 В/A для преобразователя с /.-40 А, Клт=0.021 В/A для преобразо-
вателя с /.-100 А-
Постоянная времени интегрирования защиты от длительной перегрузки дви
гателя определяется исходя из допустимого времени протекания А/ максималь-
ного тока двигателя Л в режиме токоограничения (перегрузочной характеристи-
ки двигателя) из соотношения
Г, - C23 R73 - A t.
2DB
Уставка начала вступления в действие защиты от перегрузки определяется
исходя из величины номинального тока двигателя из соотношении
U = к /
где Ощ — напряжение на движке потенциометра R72, R74 = 270 к, R73 из пре-
дыдущего1 пункта расчета.
3. Проверка электропривода
с подключенным силовым напряжением
в разомкнутой системе регулирования
Для создания режима разомкнутой системы регулирования с функционирую-
щей силовой частью необходимо:
— отпаять входной резистор R45 управляющего органа СИФУ, иа который
поступает управляющее напряжение с ПХ;
— снять активный конец тахогенератора с входной клеммы 23 преобразо-
вателя;
— включить автоматы Ft питания преобразователя и Ft силового напря-
жения.
3.1. Проверка знака обратной связи по скорости
Выбрать направление вращения электродвигателя путем подачи на вход
преобразователя той или иной полярности задающего напряжения.
Деблокировать преобразователь.
Плавно поворачивая движок потенциометра R41 в сторону уменьшения угла
регулирования, установить произвольную скорость вращения электродвигателя.
Замерить полярность напряжения тахогенератора на проводе, снятом с клем-
мы 23. которая должна быть противоположна полярности напряжения задания
на клемме 21 преобразователя. Это будет соответствовать отрицательному знаку
обратной связи по скорости. В случае совпадения полярностей поменять ме-
стами выводы тахогенератора.
3.2. Проверка сигнала тахогенератора
Наблюдать осциллографом сигнал на проводе, снятом с клеммы 23 преобра-
зователя. Задавая резистором R41 величину скорости вращения двигателя в диа-
пазоне от нуля до максимальной, убедиться, что в сигнале тахогенератора от-
сутствуют пульсации напряжения, вызванные неплотным прилеганием щеток к
коллектору или загрязнением самого коллектора. Произвести проверку сигнала
лрн противоположной скорости вращения, изменив для этого полярность напря-
жения задания на входе преобразователя, снизив предварительно резистором
R41 скорость вращения электродвигателя до нуля.
3.3. Установка начального угла регулирования
Наблюдать осциллографом выходной сигнал датчика тока в контрольных
точках 45 или 46 платы £/. Установить движок резистора R4I в положение, со-
ответствующее начальному появлению импульсов тока в силовой цели, как пока-
зано на рис. 4.56. Произведенная установка является окончательной и при
дальнейшей настройке преобразователя не нарушается.
После выполнения проверок пункта 3 снять с преобразователя напряжение
питания и силовое напряжение, подключить активный конец тахогенератора к
клемме 23. запаять резистор R45.
~лнач *
t
- анач - град
град
Рис. 4.56. Импульсы тока в силовой цепи при установке
4. Проверка и настройка электропривода
в замкнутой системе регулирования
При выполнении настройки электропривода в замкнутой системе регулиро-
вания на станке необходимо предварительно привести в соответствие с помощью
делителя в цепи тахогенератора действительную скорость вращения электродви-
гателя с заданной с пульта управления, и только после этого можно приступить
к настройке узлов преобразователя
Включить автоматы F| и Ft. деблокировать преобразователь.
4.1. Настройка положительной обратной связи по ЭДС
Потенциометром задания скорости установить скорость вращения электро-
двигателя, соответствующую величине напряжения задания 10 вольт. Потенцио-
метром R16 функционального преобразователя ЭДС отрегулировать выходное
напряжение регулятора тока на уровне (0.1—0.2) вольта той же полярности,
что и задающее напряжение. Если потенциометром RI6 добиться этого не уда-
ется. изменить величину сменного резистора RI5.
Необходимо отметить, что отклонение от правильной настройки сигнала об-
ратной связи по ЭДС в большой степени влияет на устойчивость замкнутой си-
стемы регулирования, а сама настройка требует повышенной точности при ее
проведении. Это связано с наличием в контуре регулирования нелинейного эвена,
имеющего в области малых входных сигналов от РТ эону большого коэффици-
ента усиления. При правильно подобранной обратной связи по ЭДС выходной
сигнал РТ должен иметь такую величину, которая обеспечивала бы рабочую
точку на характеристике НЗ в зоне большого коэффициента усиления. Это будет
верным, поскольку в режиме холостого хода двигателя ток якоря носит преры-
вистый характер и этому режиму должен соответствовать большой коэффициент
усиления контура тока.
Если сигнал обратной связи по ЭДС меньше необходимого, скорость враще-
ния двигателя будет поддерживаться на заданном уровне дополнительным вы-
ходным напряжением РТ. а это выведет рабочую точку нелинейного эвена в зо-
ну с малым коэффициентом усиления Несоответствие режиму прерывистого тока
коэффициента усиления контура тока приводит к низкочастотным автоколеба-
ниям в системе регулирования.
Если сигнал обратной связи по ЭДС больше необходимого для поддержания
заданной скорости, выходное напряжение РТ будет уменьшаться и стремиться
изменить знак. Соответственно будет меняться знак напряжения Ua, на пром»--
жуточном выходе НЗ. что будет приводить к включению другого комплекта ти-
ристоров, осуществляющего подтормаживание двигателя. Таким образом, будет
происходить постоянное переключение комплектов, сопровождающееся больши
мн бросками тока.
Поэтому наиболее точно настройка обратной связи по ЭДС производится
при наблюдении осциллографом выходного напряжения РТ в контрольной точ-
ке 1Я платы EI. Выходные сигналы РТ для случаев слабой, оптимальной и силь-
Рис. 4.57. Выходные сигналы РТ при различ-
ных настройках обратной связи по ЭДС
ной обратной связи по ЭДС приведены на рис. 4.57. Величина выходного напря-
жения РТ. указанная иа рисунке, соответствует току холостого хода двигателя,
близкому к нулю. При выполнении настройки обратной связи по ЭДС на станке,
где ток холостого хода приближается к номинальному току двигателя, необходи-
мо учитывать, что при оптимальной настройке, соответствующей рис. 4.57, б, вы-
ходное напряжение РТ будет несколько больше (0,1—0.2) В, хотя качественный
вид процессов остается прежним.
4.2. Настройка токоограиичеиня
При использовании в комплекте с преобразователем двигателя с незавн<и-
мой обмоткой возбуждения, имеющего коммутационную кривую, независимую от
скорости, отпадает необходимость в узле зависимого токоограннчеиия. В зтом
случае настройка токоограничения производится следующим образом.
- отпаять диоды V4 и V5 в плате Е2 (этим отключается УЗТ от выхода
PC);
установить движок потенциометра R33 в положение, соответствующее мак-
симальному диапазону изменения выходного напряжения РТ, а движок потен-
циометра RI7 в положение, ограничивающее выходное напряжение PC до нуля;
— отключить обмотку возбуждения двигателя;
— подать напряжение питания иа преобразователь и силовое напряжение на
тиристоры;
Рис. 4.58. Характеристика УЗТ и коммутацион-
ная кривая двигателя:
I — характеристика УЗТ; 3 — коммутационная ха-
рактеристика двигателя; 3 — характеристика токоог-
раничеиия
— установить на входной
клемме 23 преобразователя на-
пряжение задания произволь-
ной величины;
— деблокировать преобра-
зователь;
— плавно поворачивая
движок резистора RI7, устано-
вить необходимую величину
тока отсечки. Контроль тока
производить по амперметру в
цепи якоря двигателя;
— наблюдать осциллогра-
фом выходной сигнал ДТ в
контрольных точках 45 или 46
платы Е/. Убедиться, что при
скачкообразном изменении (или
реверсе) задающего напряже-
ния в токовой диаграмме от-
сутствует первоначальный вы-
брос тока, в противном случае
устранить его резистором R33.
Если достичь этого не удается,
вернуть движок резистора R33 в исходное положение и обратиться к пункту 4.4
«Настройка переходных процессов тока и скорости».
При использовании в комплекте с преобразователем высокомоментного элект-
родвигателя для ограничения тока в функции скорости используется узел зави-
симого токоограничеиия. Перед настройкой токоограннчения определить в соот-
ветствии с коммутационной характеристикой двигателя характерные точки токо-
вой диаграммы Л, л(, /», п, таким образом, чтобы она не выходила за границу
коммутационной кривой двигателя (рис. 4.58).
Установить дннжок потенциометра R33 в положение, соответствующее мак-
симальному диапазону изменения выходного напряжения РТ.
Производить пуск двигателя на скорость, соответствующую величине зада-
ющего напряжения 10 В.
Наблюдать осциллографом кривую тока в контрольных точках 45 или 46
платы Е/. Зная коэффициент передачи ДТ Kat, установить величину максималь-
ного тока /( потенциометром R17 PC, величину минимального тока 1г резистором R5
V3T. Точки излома характеристики токоограннчения (рис. 4 58). соответствующие
скоростям П| и л,, можно установить по выходному напряжению УЗТ в конт-
рольных точках 37, 38 платы Е2 резисторами R6 и R3. Величины скоростей П|
и «1 легко контролировать по напряжению тахогенератора, если известен или
предварительно измерен его коэффициент передачи.
Выше было отмечено, что необходимо предпринять, если в токовой диаграм-
ме имеются первоначальный выброс или перерегулирование тока.
4.3. Балансировка регулятора скорости
Вывести движок потенциометра задающего напряжения в нулевое положе-
ние. Наблюдая за валом электродвигателя, потенциометром R3 смешения нуля
регулятора скорости установить минимальную скорость вращения двигателя.
4.4. Настройка переходных процессов тока и скорости
Для настройки переходного процесса тока необходимо отключить обмотку
возбуждения или затормозить вал электродвигателя.
Установить на входе преобразователя величину задающего напряжения 10 В.
что обеспечит скачкообразное изменение напряжения на выходе PC.
Потенциометром R17 ограничить ток двигателя на уровне (1—1.5) /«. Наблю-
дать осциллографом переходный процесс тока в контрольных точках 45 или 46
платы Е/ при скачкообразной подаче задающего напряжения. Возможные пере-
ходные процессы тока при различных соотношениях постоянной интегрирования
Т„ и постоянной времени обратной связи Тле регулятора тока приведены на
рис. 4 59. где Тве = С7-Я22. Т, = С7-(₽67 + /?6в). Переходный процесс тока, соот-
ветствующий оптимальной настройке регулятора, показан в центре рисунка. Оп-
тимальная настройка регулятора тока предполагает, что постоянная времени
цепи обратной связи РТ равна электромагнитной постоянной времени якорной
цепи Гос = Г., а постоянная интегрирования Т« обеспечивает достижение током
заданного уровня приблизительно за 3—4 импульса тока при апериодическом
характере переходного процесса.
При настройке переходного процесса варьируемыми элементами-РТ являют-
ся С7 и R22, причем изменение R22 приводит к изменению только То*, тогда как
величина С7 определяет одновременно Г« и Гое, поэтому при нахождении опти-
мального значения Г« путем изменения С7 необходимо во столько же раз скор-
ректировать R22. чтобы сохранить неизменной Тос = Г». Иначе можно сказать, что
величина С7 при сохранении неизменным значения Тве определяет время пере-
ходного процесса тока: чем меньше С7, тем большее быстродействие достигается
в контуре тока, и наоборот, увеличение С7 приводит к увеличению длительности
переходного процесса тока. Величина R22 определяет форсировочную способ-
ность РТ. Чем больше R22. тем большую форсировку переходному процессу
обеспечит РТ. тем большее перерегулирование может быть возможным в кривой
тока.
После выполнения настройки по кривой переходного процесса тока опреде-
ляется постоянная времени контура тока Тит из примерного соотношения
Г,»-'/, tan. где tnn — время переходного процесса то? а (время, за которое кри-
вая тока достигает значения 0,95 установившейся величины). Если переходный
процесс тока завершается за 3—4 импульса тока, то можно принять Гкт = 3 мс.
Величина 7>т необходима для дальнейшей настройки переходного процесса ско-
рости.
Снять силовое напряжение и напряжение питания с преобразователя, под-
ключить обмотку возбуждения или растормозить вал электродвигателя, устано-
Рис. 4.59. Переходные процессы тока при различных соотношениях парамет-
ров РТ
вить движок резистора R17 в первоначальное положение, соответствующее ха-
рактеристике токоограничения двигателя.
Предварительно перед настройкой переходного процесса скорости запаять
в обратную связь регулятора скорости элементы RIO, С4 (или Rt8. СИ), обес-
печивающие постоянную времени цепи обратной связи Г„е-Я10-С4-= (44-10) Г,т.
Меньшие значения Гв€ будут соответствовать большему перерегулированию ско-
рости при скачкообразном изменении задания, но лучшей динамике привода по
нагрузке, и наоборот. Практически величину Гое удобно варьировать путем из-
менения С4 (или СИ), поскольку при этом остается неизменным коэффициент
пропорционального усиления PC. Таким образом, задаваясь в зависимости от
условий работы станка большим или меньшим значением постоянной времени
обратной связи из соотношения Гое = (44-10) Гит, можно приступить к настрой-
ке переходного процесса скорости.
Настройка переходного процесса скорости производится при такой величине
задающего напряжения, которая при скачкообразной подаче на вход преобразо-
110
Рис 4 60 Переходные процессы скорости при различных соотношениях парамет-
ров PC Ка и Топ
вателя не вводит PC в режим насыщения, т е. в замкнутой системе регулирова-
ния переменные во всех звеньях (напряжение, ток, скорость) не должны дости-
гать ограничения во время переходного процесса.
Наблюдать осциллографом переходный процесс скорости в контрольной точ-
ке 6 платы EI при скачкообразной подаче на вход преобразователя напряжения
задания
Изменяя коэффициент пропорционального усиления регулятора скорости
Кв = ₽10/(₽£+Я9 + Я14) путем изменения величины RI0. произвести настройку
переходного процесса скорости в соответствии с рис. 4.60. Необходимо иметь
в виду, что величиной R10 одновременно определяются К, и Т.«. поэтому, изме-
няя RI0, необходимо скорректировать во столько же раз С4, чтобы сохранить
неизменным выбранное значение Гое- На рисунке величина К а при Т«в-4 Тит
соответствует настройке привода на симметричный оптимум, а переходные про-
цессы 2, 5, 3 могут быть рекомендованы при настройке.
ГЛАВА ПЯТАЯ
комплектный электропривод
ПОДАЧИ ТИПА ЭТ6
Электропривод постоянного тока серии ЭТ6 предназначен для регулирования
частоты вращения электродвигателя постоянного тока в широком диапазоне и
применяется в качестве привода подач металлорежущих станков. Электропривод
состоит из тиристорного преобразователя ТП, электродвигателя постоянного тока
со встроенным тахогенератором, согласующего силового трансформатора ТС,
токоэграничиваюшнх дросселей РТП и задатчика частоты вращения. В качестве
ДПТ в составе привода ЭТ6 могут применяться электродвигатели типов: 2П,
ПЕСТ, ПГТ и ПБВ. Ъ настоящее время в приводах подач станков с ЧПУ широко
применяется привод ЭТб с высокомоментным ДПТ типа ПБВ. Электроприводы
ЭТ6 обеспечивают работу во всех 4 квадрантах механической характеристики при
изменении управляющего напряжения в пределах ±10 В.
Электропривод конструктивно представляет собой комплектное устройство,
выполненное в открытом исполнении (степень защиты 1Р00). Тиристорный пре-
образователь предназначен для встройки в шкаф и имеет блочную конструкцию,
обеспечивающую оперативную замену блоков, а также возможность ремонта или
замены отдельных элементов. Внешний вид электропривода приведен на рис. 5.1.
Устройство и описание работы электропривода
Структурная схема электропривода серии ЭТ6 приведена на рис. 5.2. Элект-
ропривод выполнен по двухконтурной структуре подчиненного регулирования с
Регуляторами тока РТ и скорости PC. РТ и PC представляют собой ПИ-регуля-
торы Рабога электропривода происходит следующим образом.
При наличии рассогласования по скорости АС/| между сигналами задания
и обратной связи по частоте вращения Ult на выходе PC появляется управ-
ляющее напряжение Uvt, которое сравнивается с напряжением t/д.», пропорцио-
"•льиым текущему значению тока якоря электродвигателя. Напряжение рассо-
гласования по току Д4/> поступает на вход РТ, что вызывает появление на его
выходе соответствующего управляющего напряжения которое управляет
112
Рис 5.1. Внешний вид тиристорного преобразователя электропривода серии ЭТ6
схемой импульсно-фазового управления (СИФУ). СИФУ обеспечивает форми-
рование и распределение импульсов управления силовыми тиристорами управля-
емого выпрямителя УВ. СИФУ и УВ входят в состав тиристорного преобразова-
теля ТП. По мере уменьшения рассогласования (за счет действия отрицатель-
ной обратной связи по скорости) происходит стабилизация частоты вращения
[- электродвигателя п на уровне, пропорциональном значению напряжения зада-
ния £/»•«. Коэффициент усиления системы регулирования обеспечивает необ-
ходимый диапазон регулирования и точность поддержания частоты вращения
электродвигателя при различных возмущающих воздействиях.
Для обеспечения надежной и безопасной работы электропривода предусмот-
рено наличие: схемы ограничения тока якоря двигателя в динамических режи-
мах; схемы ограничения минимального угла регулирования УВ; схемы защиты
от неправильного чередования фаз питающей сети или их обрыва, исчезновения
, напряжения стабилизированного источника питания и т. д.
Полная принципиальная схема электропривода ЭТб приведена на рис. 5.19.
Ее рассмотрение удобно производить по узлам в соответствии со структурной
схемой.
Силовая часть (рис. 5.3) представляет собой управляемый выпрямитель, вы-
полненный по шестипульсной реверсивной встречно-параллельней схеме, и состоит
из силового согласующего трансформатора, собственно выпрямителя и токоогра-
ничивающих дросселей. Трехфазный трансформатор Тр13 осуществляет согла-
сование напряжения электродвигателя с напряжением питающей сети и содержит
первичную, две силовые вторичные обмотки и отдельную обмотку для питания
цепей управления. Обмотка управления отделена от силовых обмоток экраном.
Первичная обмотка соединена в треугольник, вторичные — в шестифазную звезду
с нулевым выводом, обмотка управления — в звезду.
Выпрямитель выполнен на тиристорах Д01—Д12. Для защиты тиристоров
от перенапряжений включены защитные /?С-цепочки Управление группами тири-
J ч>азная сеть Зв08
Рис. 5.2. Структурная схема электропривода ЭТ6:
ТП — тиристорный преобразователь; СИФУ — схема импульсно-фазового управления; </>1д — задающее напряжение; Urr— на-
пряжение датчика скорости; Д1Л — напряжение рассогласования контура скорости; Upe - напряжение на выходе регулятора
скорости; илг — напряжение датчика тока; Д(/2 — напряжение рассогласования контура тока; [/рт — напряжение на выходе
регулятора тока; U л- 1„ — соответственно напряжение и ток якорной цепи электродвигателя; ц .. частота пращенкя электро-
двигателя
с1о[)ов совместное согласованное. Для ограничения уравнительного тока включе-
)|ь1 дроссели Др! и Др2. Векторная диаграмма напряжений вторичных силовых
обмоток трансформатора приведена иа рис 5.5, б.
Схема формирования управляющих импульсов (рис. 5.4) служит для фор-
мирования и распределения управляющих импульсов на тиристоры силовой схемы
я состоит из 6 идентичных каналов управления На рве. 5.4 представлена схема
ьанала фазы Л!- Работа этой и других схем формирования управляющих им-
пульсов иллюстрируется рис. 5.5, на котором показаны процессы изменения на-
пряжений во времени в различных точках СИФУ и вторичных обмотках транс-
форматора Тр13 и Тр14. а также векторные диаграммы напряжений переменного
тока, которые поясняют процесс формирования управляющих импульсов. На вре-
менных и векторных диаграммах рис. 5.5 более жирными линиями показаны на-
пряжения и соответствующие нм вектора, которые используются для формирова-
ния управляющих импульсов для силовых тиристоров фазы А!. Напряжение Ua-t
с выходной обмотки Гр/4, сдвинутое на 90’ в сторону опережения относительно
напряжения А! (рис. 5.5 а), подается на фазосдвигающую цепочку, выполненную
in элементах R101, R102. С1О1. Регулировкой сопротивления резистора R101
обеспечивается сдвиг напряжения ня конденсаторе CI0I (точка 17А) относитель-
но напряжения А! на 25* в сторону опережения (рис. 5.5 ж). Временные
я векторные диаграммы напряжений в точках 17А—17Е показаны на рис. 5.5. д. е.
Каждое из этих напряжений является опорным для формирования управляю-
щих импульсов силовых тиристоров и сдвинуто в сторону опережения относи-
тельно напряжений соответствующих фаз на угол 25е; А!—17А: В!—17Б;
Ct—17 В- XI—17Г; Y!—17Д; Z!—17Е. Напряжение синусоидальной формы (точ-
ка 17А) поступает на вход нуль-оргапа Л101. на выходе которого происходит
переключение напряжения с одной полярности на другую в моменты прохожде-
ния нуля синусоидальным напряжением в точке I7A (рис. 5.5, %). При наличии
управляющего напряжения с выхода регулятора тока, например, положительной
полярности моменты переключения выходного напряжения нуль-органа будут
соответственно изменяться в ту или другую сторону относительно моментов про-
хождения нуля напряжением в точке I7A, что обеспечивает сдвиг влево угла ре-
гулирования выпрямительной и вправо инверторной групп силовых тиристоров.
С помощью дифференцирующей цепочки R!05, С105, С106, R108 из перепадов
выходного напряжения нуль-органа формируются разнополярные импульсы
(рис. 55, и). После усиления положительного импульса 1 транзистором ТЮЗ
Na вторичной обмотке ТрО! формируется импульс для управления тиристором
“годной группы ДО! (рис 5.5, ж). Отрицательный импульс 2 (рис. 5.5, и) после
инвертирования транзистором Т1О1 и усиления транзистором Т102 обеспечивает
формирование на вторичной обмотке ТрО2 импульса для управления тиристором
модной группы ДО2 (рис. 5.5, л). Ширина управляющих импульсов 10—15“ эл.
Поступление напряжения питания (точка 128 источника питания) на выход-
«Ые каскады СИФУ производится через контакт реле 1Р2 после его срабаты-
вания.
Регулятор тока. Внутренним контуром электропривода ЭТ6, выполненного
“° структуре подчиненного регулирования, является контур тока. В этот контур,
116
..Hi
Рис. 5.5. Согласование по фазе напряжений силовой и управляющей иепей (фа-
эировка) тиристорного преобразователя мектропривода ЭТ6С:
’ ~ Яапряжения вторичных обмоток трансформатора Тр13 в точках At.Bl, Cl. XI. Yl. 21;
° — векторная диаграмма напряжений а точках Al. Bl. Cl. XI, Yl. 21; a — напряжения
вторичных обмоток трансформатора Тр14 в точках 4. S. 4. 7. 9. 9; г — векторная днаграм-
“* ваяряжеянй к точках 4. 3. S, 7. I. 9; д — опорные напряжения в точка* ПА. ПВ, ПВ.
Пд, не- t — векторные диаграммы опорных напряжений в точках ПА. ПВ. ПВ. ПГ,
"Д. ПЕ; ж — векторная диаграмма формирования опорного напряжения (ПА! со ТА*"-
гон +2S’ относительно вектора напряжения AI; » — сигнал на выходе нуль-оргапа AIOI;
“ — сигнал на выходе дифференцирующей цепочки CIOS — RIOt; К — управляющий им-
чульс иа тиристор Д01 (Т103-Тр01); л — управляющий импульс на тиристор Д07 ITIO3-
TpOt)
кроме тиристорного преобразователя и якорной цепи электродвигателя, входит
регулятор тока РТ и датчик тока ЦТ. принципиальные схемы которых приведены
на рис. 5.6. Основным назначением РТ является компенсация электромагнит-
ной постоянной времени якорной цепи электродвигателя и обеспечение управле-
ния током этой цепи в соответствии с сигналом рассогласования между задан-
ным значением тока с выхода регулятора скорости и фактическим значением,
которое определяется с помощью специального датчика тока.
РТ выполнен на операционном усилителе А60! и представляет собой про-
порционально-интегральный (ПИ) регулятор. Параметры такого регулятора оп-
ределяются резистором R604 н конденсатором С*, в качестве которого выбира-
ются при настройке конденсаторы С6О2. С6ОЗ и С604. Резистор R605 и конден-
сатор C60I (не показанный на рис. 5 6) относятся к элементам, обеспечивающим
устойчивую работу операционного усилителя, и практически не оказывают влия-
ния на параметры РТ (R6O5—910 кОм, С601—6800 пФ, а сумма R602 и R603—
3,5 кОм). Резистор R6O7 обеспечивает защиту операционного усилителя ОУ от
перегрузки по току и также не влияет на параметры РТ. поскольку охватывается
обратной связью Диоды Д601 и Д602 обеспечивают защиту ОУ по входу. В со-
став РТ входит схема ограничения производной (СОП) его выходного сигнала с
целый исключения динамического уравнительного тока в силовой схеме. СОП
выполнена на ОУ А701 и содержит дифференцирующую цепочку R705—C704,
формирующую сигнал на входе А701. зависящий от скорости изменения выход-
ного сигнала РТ, и делитель R702, R707, причем резистор R7O7 шунтирован дву-
сторонним стабилитроном Д701. Когда напряжение на выходе А70! превышает
напряжение пробоя стабилитрона Д701, последний пробивается и напряжение
с резистора R702 поступает через резистор R701 на неинвергирующий вход 5 ОУ
А601 РТ. При этом происходит ограничение скорости изменения выходного сиг-
нала РТ на заданном уровне. Датчик тока предназначен для передачи на вход
РТ сигнала обратной связи, пропорционального току якоря электродвигателя.
Датчик тока выполнен иа основе магнитоднодов Д501 и Д502. включенных в
мостовую схему из резисторов R507, R5O8 и R506, который служит для балан-
сировки датчика тока. Для защиты от высокочастотных помех магннтодиоды
шунтированы конденсаторами С505, С506 (6800 пФ). Включение магнитоднодов
по мостовой схеме позволяет исключить влияние уравнительных токов, протека-
ющих по цепи 50—52, 51—52, поскольку прн одинаковой величине этих токов
напряженно в диагонали моста будет равно нулю, что обеспечивается его балан-
сировкой с помощью резистора R506. При вращении электродвигателя в том или
ином направлении токи в указанных цепях силовой схемы оказываются не рав-
ными. что приводит к соответствующей разбалансировке моста и появлению на-
пряжения в его диагонали, пропорционального разности токов. Это напряжение
усиливается с помощью дифференциального усилителя, выполненного на ОУ
А50! (коэффициент передачи ДУ около 51) и поступает на один из входов РТ
(резистор R601), на другой вход которого (резистор R602) поступает сигнал от
регулятора скорости PC. Назначение резистора R5O3 аналогично R6O7 в РТ.
Сигнал с выхода РТ поступает на СИФУ.
Регулятор скорости (PC) входит в состав контура скорости (рис. 5.2) и пре-
Рис. 5.6. Схема регулятора тока и датчика тока
образует сигнал рассогласования между напряженней задания £/,«я и напряже-
нием датчика скорости С/тг, в качество которого используется тахогенератор,
‘ встроенный в электродвигатель. Параметры PC совместно с РТ обеспечивают тре-
буемые показатели электропривода в статике и динамике. В целом PC, так же
как н РТ. является ПИ-регулятором, но отличается более сложной схемой, так
как PC входит в состав внешнего контура скорости и в основном определяет
качественные характеристики электропривода. С помощью PC компенсируется
электромеханическая постоянная времени электродвигателя. PC выполнен на
трех ОУ и является двухкасхадным (рнс. 5.7). Первый каскад выполнен на ОУ
A30I н АЗО2. Структура первого каскада и соответствующий выбор входящих в
его состав элементов обеспечивают термостабильность характеристик электро-
привода за счет компенсации теплового дрейфа ОУ АЗО! параллельно включенным
прецизионным ОУ А302. Последний реализован по структуре «модулятор — демо-
дулятор» и отличается практически отсутствием дрейфа при коэффициенте пере-
дачи 10 (К140УД13). Конденсаторы С309 и C31I, включенные параллельно, С312,
С313 и резистор R317 обеспечивают стандартную схему включения ОУ типа
КИ0УД13. Элементы R311, R312. R313 и С304. СЗО5 предназначены для обеспе-
чения устойчивой работы ОУ АЗО!. Второй каскад на ОУ АЗОЗ служит для полу-
чения необходимого коэффициента усиления PC. Оба каскада охвачены обратной
связью (резисторы R319. R320 и емкость С*), соответствукндей ПИ-регулятору.
В качестве С* могут использоваться конденсаторы С3!5, С316 или С317. На-
стройка PC осуществляется переменным резистором R3I9 и выбором соответству-
ющего значения конденсатора С*.
PC имеет два входа: 91 — вход задающего сигнала U,t„ и ЯО —вход сигна-
ла обратной связи по скорости Utr. По обоим входам предусмотрены фильтры:
R30I, R306 н С301 —по первому входу и R3O3, Р.304, R305 и СЗО2—по второму
входу. С помощью переменного резистора R3O2, за счет изменения коэффициента
передачи цепи обратной связи, осуществляется регулировка максимальной ско-
рости.
Сигнал с выхода PC поступает на вход РТ. Цепь, состоящая из размыкающе-
гося контакта реле 1Р! и резистора R318, охватывает PC к РТ вместе и служит
для зашиты электропривода, поскольку резко уменьшает коэффициенты переда-
ли последовательно включенных PC и РТ. При нормальной работе электропри-
вода цепь разорвана с помощью контакта реле 1PI, входящего в состав схемы
зашиты, и не оказывает влияния на работу электропривода. Цепочка из резисто-
ров R315, R322 и диодов ДЗОЗ. ДЗО4 обеспечивает защиту по входу ОУ АЗОЗ.
Схема ограничения минимального угла управления. Назначение схемы — иск-
лючить превышение входным напряжением СИФУ (выход РТ) амплитуды опор-
ного напряжения в динамических режимах и при изменении напряжения питаю-
щей сети (рис. 5.8). С этой целью опорные синусоидальные напряжения всех
шести фаз (точки 17А...17Е) подаются на выпрямительный мост Д403—Д414 и
поступают после выпрямления и фильтрации (элементы R4!0, С405 и R4!4, С4О6)
на делители напряжения R409, R411, R412 и R4I3, R415, R4I6. Потенциометры
R411 н R4I5 служат для регулировки уровня ограничения (уставки напряжения
ограничения).
Рис. 5.7. Схема регулятора скорости
Рис. 5.8. Схема ограничения минимального угла управления
Напряжения с движков потенциометров МН и М15 поступают на «инвер-
тирующие входы ОУ A40I и А402, на инвертирующие входы которых через дели-
тель R408. R406 и резисторы R405. R407 поступает выходное напряжение РТ.
ОУ А401 и А402 выполняют функцию компараторов, полярность выходного на-
пряжения которых изменяется на противоположную, когда напряжение на ин-
вертирующих входах (с выхода РТ) становится больше напряжения на неинвер-
t тирующих входах (которое является в данном случае опорным). Изменение по-
лярности выходного напряжения одного из компараторов (в зависимости от по-
лярности напряжения с выхода РТ) приводит к открыванию соответствующего
диода Д401 или Д402 и через цепь 155. подключенную ко входу 5 A60I РТ, к ог-
раничению дальнейшего роста выходного напряжения РТ.
Таким образом, рассматриваемая схема представляет собой цепь отрицатель-
ной обратной связи, охватывающей РТ и вступающей в действие при достиже-
нии напряжением на выходе делителя М08, R406 величины напряжения уставки
ограничения. При изменении напряжения питающей сети величина уставки меня-
ется пропорционально изменению величины опорных напряжений (17А...17Е),
чем и обеспечивается исключение превышения напряжением управления (выход
РТ) уровня опорных напряжений
Схема ограничения тока якоря (рис. 5.9) обеспечивает, в зависимости от на-
стройки, ограничение тока якоря на заданном уровне и зависимое ограничение
тока в функции частоты вращения. Ограничение тока якоря осуществляется ог-
раничением выходного напряжения регулятора скорости, которым задается ток
якоря.
Как видно из рнс. 5.10, кривая
допустимой перегрузки по току для
двигателей ПБВ является существен-
но нелинейной и для практической
реализации аппроксимируется двумя
прямыми с углами наклона oti и at.
Переход с одной прямой на другую
осуществляется за счет изменения ко-
эффициента передачи узла аппрокси-
мации в точке перегиба.
Схема ограничения тока якоря со-
стоит из трех частей: схемы выделе-
ния модуля — А201, схемы аппрокси-
мации и выходных усилителей А202
и А 203 с диодами Д205 и Д206. На-
пряжение тахогенератора через дели-
тель из резисторов R304, R305 (PC)
подается на схему выделения модуля,
на выходе которой получается напря-
жение положительной полярности,
пропорциональное напряжению тахо-
генератора. Напряжение с выхода
А201 подается на вход схемы аппрок-
симации, состоящей из элементов
R2O7, R2I0. Д203, R203. R209. R21I.
Точка перегиба определяется величи-
ной напряжения подпора и'яля диода
Д203 и регулируется, в зависимости
от типа применяемого электродвига-
теля, резистором R203. Максимально
допустимое значение тока якоря опре-
деляется напряжением, поступающим
на неинвертирующий вход А202 с
движка потенциометра R2I3. Таким
образом, напряжение на выходе диф-
ференциального усилителя А 202 бу-
дет определяться разностью напряже-
ний уставки (движок R2I3) и делите-
ля из резисторов R207. R2I0.
При этом с увеличением частоты вра-
щения напряжение подпора о»
диода Д205. являющегося выходным
напряжением А202, будет уменьшать-
ся в соответствии с зависимостью, оп-
ределяемой первым участком аппрок-
снмации (прямая с углом
наклона а,). Аналогично бу-
дет изменяться и напряже-
ние подпора — диода
Д206, которое отличается от
+и”ввл только знаком (ко-
эффициент передачи усили-
теля A2OJ=I).
Когда напряжение на
выходе делителя R207. R210
превысит напряжение подпо-
ра диода Д2ОЗ, пос-
ледний открывается и па-
раллельно резистору R210
подключается резистор R2I1,
вследствие чего коэффици-
ент передачи делителя суще-
ственно уменьшается (т. е.
большему приращению иа-
Рис. 5.10. Кривая допустимой перегрузки по току
электродвигателей ПБВ и ее аппроксимация
пряжения тахогенератора будет Соответствовать меньшее приращение напряже-
ния на выходе делителя). Происходит переход на второй участок аппроксимации
(прямая с углом наклона а» на рис. 5.10).
Максимально допустимое напряжение на выходе PC. задающее ток якоря
(а следовательно, и момент двигателя), определяется в каждый момент времени
в процессе разгона электродвигателя величиной напряжения подпора ±и"вля
диодов Д205 и Д206. Как только напряжение на выходе PC (156) превысит
напряжение подпора открывается соответствующий диод и оно фиксиру-
ется на уровне (/*•>. Диод Д204 ограничивает величину отрицательного напря-
жения на выходе А202.
Схема защиты (рис. 5.11) предназначена для осуществления защиты элект-
ропривода от неправильного чередования фаз питающей сети, обрыва любой из
фаз. исчезновения стабилизированного напряжения источника питания (+1/««.
—(/«о). перегрева электродвигателя типа ПБВ.
Схема зашиты состоит из выходных реле Р1 и Р2 с транзисторным ключом
Т908 и индикатора Д914, схемы совпадения на элементах Д910. Д9П, R925,
R926. R9I9 и Т907. транзисторных ключей Т905. Т9О6 с соответствующими вход-
ными элементами.
В исходном состоянии транзистор Т907 заперт, а транзистор Т9О8 открыт за
счет протекания базового тока по цепи: +£/. R927. Д913. R928, общ. провод.
При нажатии кнопки «Пуск» включаются реле PI и Р2. получая питание от не-
стабилизированного выхода источника питания (128) через открытый ключ
Т908. Нормальной работе привода соответствует свечение светодиода Д914. При
включении реле PI размыкается общая цепь обратной связи PC и РТ, подготав-
ливая их к работе, а при включении реле Р2 подается напряжение на выходные
каскады СИФУ. после чего управляющие импульсы начинают поступать на тн-
Рис. 5.11. Схема зашиты
ристоры
туациях
силовой схемы — происходит запуск электропривода. В аварийных си-
транзистор Т908 закрывается, обеспечивая отключение реле Р1 и Р2.
Источник питания. Источник питания обеспечивает питание всех цепей управ-
( пения стабилизированным напряжением и собран по схеме двухканального ста-
билизатора с последовательно включенными регулирующими транзисторами. В ка-
честве усилителей постоянного тока используются операционные усилители A90I,
Л902 (принципиальная схема электропривода ЭТ6С — рис. 5.19). Стабилизаторы
обеспечивают на выходах напряжения +12,6 В и —12.6 В относительно общего
провода Нестабилизированное напряжение после выпрямителя (точка 128) по-
i ступает на выходные каскады СИФУ и схему защиты.
Дополнительный усилитель. В составе электропривода предусмотрен допол-
жительный усилитель — регулятор A80I, который может быть использован в ка-
честве регулятора положения. Входные и выходные цепи усилителя A80t выве-
дены на внешний разъем. Подстройка «нуля» усилителя осуществляется потен-
циометром R8I0. Элементы коррекции — С801, С8О2, С8ОЗ, R802, R803, R804.
Методика наладки
комплектного электропривода серии ЭТ6
Наладку электропривода серии ЭТ6 удобнее производить отдельно от станка
иа специальном стенде, обеспечивающем его подключение в соответствии со схе-
мой рис. 5.12. Если это по какой-то причине невозможно, тогда желательно про-
127
наводить
при этом
-МО!
Рис. 5.12. Схема соединений электропривода ЭТ6
наладку электропривода по аналогии с наладкой на стенде, обеспечив
разъединение вала электродвигателя и ходового винта или вала редук-
тора.
Ниже приводится рекомендуемый порядок наладки.
1. Произвести внешний осмотр тиристорного преобразователя и всех других
компонентов привода. Устранить видимые повреждения.
2. Выполнить монтаж внешних соединений в соответствии со схемой рис. 5.12.
;1
и
3. Выполнить следующие подготовительные операции:
I) отпаять перемычку в приводе (цепь 19 на выходе ОУ Л601) для исклю
чения поступления управляющего напряжения с выхода регулятора тока иа
СИФУ.
2) отключить вторичные обмотки силового трансформатора Тр!3 (Al, BI.
Cl, XI. ¥1. XI) от тиристоров;
3) подать напряжение на привод вводным автоматом F1, при этом подается
напряжение на источник питания и все цепи управления за исключением выход-
ных каскадов СИФУ.
4. Проверить наличие нестабилизированного напряжения питания ±24 В в
точке 128N и стабилизированных напряжений на выходе источника питания в
точках 22 (—12.6 В) и 20 ( + 12,6 В). Допустимые погрешности составляют соот-
ветственно ±2 В и ±0,2 В.
5. Проверить правильность порядка чередований фаз иа вторичных обмотках
силового трансформатора Тр13. Для этого на вход осциллографа последова-
тельно подают напряжения в точках At. Zl. Bl, XI, Cl, Y1 относительно нуле-
вого провода 0!. Переключатель синхронизации устанавливается в положение
«Сеты. При правильном порядке чередования фаз каждое последующее нз пере-
численных синусоидальных напряжений отстает от предыдущего на 60’ эл.
(рис. 5.5, а. б). В случае, если фактическое чередование напряжений не соот-
ветствует требуемому, то переключением обмоток трансформатора Тр13 необхо-
димо добиться правильного порядка чередования фаз.
6. Аналогично произвести проверку порядка чередования фаз на вторичных
обмотках трансформатора цепей управления Тр14 (точки 6, 8, 4. 9, 5, 7 относи-
тельно обшей точки —общего провода). Каждое последующее из указанных на-
пряжений должно отставать от предыдущего также на 60* эл. (рис. 5.5, в, г)
Из этих напряжений формируются опорные напряжения в каналах СИФУ для
управления силовыми тиристорами соответствующих фаз, поэтому должно вы-
полняться и условие согласования напряжений в точках б, 8. 4, 9. 5. 7 с напряже-
ниями в точках Ai. Bi. Cl. XI. Yl. Zl. Между этими напряжениями должен быть
сдвиг по фазе на 90° в сторону опережения, т. е.:
напряжение в точке 6 опережает на 90° напряжение в т. А/;
напряжение в точке 8 опережает на 90’ напряжение в т. В1 н т. д. (рис. 5.5.
б, г; а, в).
Если чередование напряжений в т. 6, 8, 4. 9, 5, 7 не соответствует требуемо-
му (рис. 5.5, а) и фазовые соотношения этих напряжений с напряжениями Al. В1.
С/, XI. Yl, ZI нарушены, то соответствующим переключением обмоток трансфор-
матора Тр14 необходимо добиться правильного чередования указанных напря-
жений и фазовых соотношений между ними.
7. Проверить правильность фазировки опорных напряжений.
Из напряжений в т. 6. 8. 4, 9, 5, 7 с помощью фазосдвигающнх цепочек по-
лучают опорные напряжения (например, цепочка R101. R102 и С101 в канале
СИФУ тиристоров Д01, Д02). которые снимаются относительно общего провода
соответственно с точек 17А, Г7Е. 17В. 17Г, 17В. 17Д (рис. 5.5, е).
Для правильного функционирования схемы тиристорного преобразователя
Таблица 5.1
Напряжение иа обмотке Тр13 Напряжение на обмотке ТрП с фаз. сдвигом +90“ Опорное напряжение с фаз. схенгом +25“ СИФУ тиристоров
А1 6 17А Д01, Д02
Z1 8 17Е Д11, Д12
В1 4 17Б даз, дм
XI 9 17Г Д07, Д08
С1 5 17В Д05, Д06
Y1 7 17Д Д09. ДЮ
Применение. Фазовые сленги проставлены ала данных напрвжепиа по отношению
к напряжению иа обмотке Тр13 втоВ же строки таблицы: напр., б и ПА относительно АГ, ! и
ПЕ относительно Z1 и т. л.
опорное напряжение должно опережать соответствующее напряжение на тири-
сторах на 25’ эл., что достигается регулировкой переменного резистора на входе
СИФУ (например. R101 СИФУ тиристоров Д01, Д02, напряжение А/)—рис. 5.5, ж.
Связь напряжений по каналам СИФУ и фазовые соотношения между ними
представлены в табл. 5.1.
8. Произвести регулировку начальных углов управления анач.
Для этого с помощью переменных резисторов R101 необходимо установить
фазовый сдвиг между напряжениями в точках 17А...17Д и напряжениями AI-.Y1
соответственно +25’ эл. Практически из-за разброса параметров фазовращающих
цепочек и неточности настройки на заводе изготовителе опорные напряжения
различных СИФУ имеют разброс по фазе и опережают соответствующие напряже-
ния на тиристорах на угол, отличный от 25’ эл. (30°4-20° эл.). Такой разброс
приводит к значительному искажению формы тока, протекающего через двига-
тель, и появлению недопустимого по величине уравнительного тока.
На рис. 5.5, д. з, и, к показано, в какой момент формируется управляющий
импульс для тиристора Д01 при отсутствии задающего (управляющего) напря-
жения. Можно видеть, что этот импульс поступает на тиристор с опережением
на 25* момента прохождения напряжением питания этого тиристора нулевого
значения (At). Аналогично н для других тиристоров.
В теории управляемых выпрямителей принято отсчитывать момент подачи
импульса на тиристор не от нулевого значения питающего напряжения (как от-
мечено выше), а от момента естественного зажигания вентиля. На рис. 5.5, а для
напряжения AI показан этот момент, при котором начальный угол регулирова-
ния на тиристорах равен а«ач“95*. Перед установкой начальных углов регули-
рования необходимо проверить наличие управляющих импульсов на каждом
тиристоре. Далее необходимо подключить вторичные обмотки силового трансфор-
матора Тр13 к тиристорам. Установка начального угла регулирования произво-
дится с помощью переменных резисторов RI0I СИФУ.
При правильно установленных начальных углах регулирования величина
уравнительного тока, контролируемого по амперметру в первичной обмотке
трансформатора Тр13, не должна
превышать 104-15% от /аоа (элек-
тродвигатель ПБВ1121.ГУЗ, 21 Нм
И - 750 об/мин). При этом форма то-
. Z°~X z—XX \г—XX—X_____________________* ка. протекающего через двигатель
и контролируемого с помощью ос-
циллографа в точке 120, должна
соответствовать рис. 5.13.
Рис. 5.13. Форма тока двигателя после регу- В большинстве случаев за счет
лировки начального угла регулирования вь|бора начального угла регулиро-
вания с помощью резисторов RI0I
удается установить допустимый
уровень и форму уравнительного тока. При такой регулировке начального угла
не требуется его непосредственное измерение. При этом осуществляется косвен-
ный контроль правильности установки начального угла регулирования по форме
и величине уравнительного тока двигателя. Это наиболее быстрый и простой
способ.
Можно также .производить установку начального угла регулирования аЛаа,
осуществляя последовательно замеры этого угла для каждого канала СИФУ.
Ниже приводится один из возможных способов замера и регулировки <ха1а с
помощью осциллографа С1-19Б. Порядок подключения осциллографа и регули-
ровки аа«« следующий:
— отключить провода A!, Bl, Cl. XI, Yl, ZI от тиристоров за 'Исключением
провода того тиристора, для которого производится регулировка (например, А!
для тиристоров ДО!, Д02). На снятые провода надеть хлорвиниловые чулки;
— отпаять от тиристора Д01 провод 32, идущий на управляющий электрод;
— подключить провод 32 к гнезду «Внешняя синхронизация» осциллографа;
— на вход осциллографа подключить провода А! и 50 (анод и катод тири-
стора Д01)\
300 — параллельно емкости С107 СИФУ подключить резистор сопротивлением
— переключатель рода работы осциллографа установить на «Ждущий ре-
жим» н включить «Метки».
При таком подключении осциллографа развертка синусоидального напряже-
ния, приложенного к тиристору, начнется с момента поступления управляющего
импульса (провод 32) в гнездо внешней синхронизации осциллографа (рис. 5.14).
При этом необходимо установить длительность развертки таким образом, чтобы
на экране просматривался примерно участок синусоиды, очерченный окружно-
стью.
Далее необходимо сосчитать количество меток, которые находятся в интер-
вале от начала развертки (/ц) до пересечения синусоидой нулевого уровня.
Если, например, на переключателе установлена цена метки 0.1 мс (что на
частоте 50 Гц соответствует 1,8° эл.), а количество меток в указанном интервале
равно 16. то измеряемый угол будет равен 1,8-16эё29° эл. Этому углу соответст-
вует начальный угол регулирования а,.«=9Г эл. (120°—29°). Посте регулиров-
ки резистором R101. операция из-
мерения повторяется до тех
пор, пока не будет получено
ССцая w95 .
В случае, если регулировка
с помощью резистора R101 не да-
ет желаемого эффекта, следует
уветичнть емкость конденсатора
CI02 до 10000 или 22000 пФ н
повторить регулировку.
Встречаются отдельные приво-
ды, в которых регулировка формы
н величины уравнительного тока
очень трудно выполнима. В таких
случаях рекомендуется проводить
регулировку аа«я при попарном
графу
подключении проводов, питающих
тиристорный выпрямитель. Первоначально подключают только провода А1 и XI
(остальные: Bl, Cl. Y1, 2/— отключены), затем В! и Yl (Al, Cl. XI, Z1 —от-
ключены) и, наконец. С1 и Z1 (Al, Bl, XI, Y1—отключены). Регулировкой ре-
зисторов R101 добиваются приемлемой формы и величины уравнительного тока.
' При этом также может осуществляться увеличение в некоторых каналах СИФУ
емкостей конденсаторов С102.
На этом заканчивается фазировка привода, регулировка формы и величины
уравнительного тока.
Ниже для справки приведены значения напряжений в некоторых точках
тиристорного преобразователя:
а) выходные напряжения трансформатора Тр13:
фазное напряжение обмоток А1—01; В1—01; CI—01; XI—01; Y1—01;
21 —01~ ПО—115 В;
линейное напряжение вторичной обмотки А2. В2, С2~96В;
б) трансформатор Тр14;
линейное напряжение вторичных обмоток ~28—32 В;
в) источник питания, точка 128г +25 В.
9. Проверить правильность функционирования регулятора тока и регулятора
скорости.
Эти регуляторы являются пропорционально-интегральными (ПИ-регулятора-
ми). Упрощенная схема ПИ-регулятора (в) и его реакция на скачок входного
сигнала (б) показаны на рис. 5.15. Вначале его выходное напряжение изменяет-
ся скачком, затем линейно растет до ограничения на уровне напряжения источни-
ка питания.
Проверка регуляторов осуществляется следующим образом:
— отключить силовое питание:
— отключить регуляторы от СИФУ, сняв перемычку 19;
— деблокировать регуляторы;
5*
131
Рис. 5.15. Упрощенная схема ПИ-регулятора (а) и его реакция на скачок
входного сигнала (б)
— периодически изменяя полярность задающего напряжения, наблюдать
форму выходного напряжения PC. которая должна соответствовать рис. 5 16;
— снять перемычку 156, подать на вход РТ задающее напряжение и, пере-
ключая его полярность, наблюдать форму выходного напряжения (рнс. 5.16);
— заблокировать регуляторы и. проведя аналогичные операции, наблюдать
на выходах PC и РТ прямоугольную форму выходного напряжения (пунктирная
линия на ряс. 5.16).
В случае неправильного функционирования PC и РТ необходимо определить
причину и устранить ее.
10. Проверить и установить минимальный и максимальный углы регулиро-
вания.
Проверка производится при отсутствии силового напряжения на тиристорах
или разомкнутой якорной цепи электропривода.
Па тиристорный преобразователь подается напряжение питания, регуляторы
Рис. 5.16. Осциллограммы выходных сигналов PC и РТ при их правильном функ-
ционировании: —моменты переключения тумблера, меняющего полярность
задающего напряжения
Рис. 5.17. Выходное напряжение нуль-органов
СИФУ в режиме ограничения углов:
а — при положительном U»t^: ® — П1>* отрицательном
1/мл
г
скорости и тока деблокируются. В плате «Регуляторы» перемычки (вых. PC —вх.
PC) и (вых. РТ — вх. СИФУ) должны быть вапаяны.
Наблюдать осциллографом выходной сигнал нуль-органов СИФУ (контроль-
ные точки 162) при изменении полярности напряжения задания величиной
1(1—2) В. При положительной полярности задающего напряжения форма сигнала
приведена иа рис. 5.17, а. Положение фронта минус-плюс соответствует авах ка-
тодной группы, а фронта плюс-минус aai« анодной группы. Резистором R411
установить ширину импульса положительной полярности (20—40) эл. град. При
а»аа —90 эл. град и ширине импульса у—30 эл. град будем иметь aaia~15 эл.
град. amaa = 165 эл. град.
Форма сигнала при отрицательной полярности задающего напряжения при-
ведена на рис. 5.17, 6. Резистором R4I5 установить ширину импульса отрица-
Рис. 5.19. Принципиальная схема электропривода ЭТ6
тельной полярности (20—40) эл. град. В этом случае иоложение фронта минус-
плюс соответствует аа1 катодной группы, а положение фронта плюс-минус аШвх
анодной группы.
1. Проверить функционирование электропривода в разомкнутой системе
регулирования и выполнить фаэировку обратной связи по скорости.
Проверка работы электропривода в разомкнутой системе регулирования про-
изводится путем подачи задающего напряжения на вход СИФУ. Для этого сни-
мается перемычка (вых. РТ — вх. СИФУ) и на штифт, который соединяется со
входом СИФУ, запаивается провод от среднего вывода потенциометра задающего
напряжения Поскольку в этом случае ток двигателя не ограничивается схемой
токоограннчения преобразователя, а также отсутствует ограничение минималь-
ного и максимального углов регулирования, необходимо плавно изменять напря-
жение задания на входе СИФУ, не превышая величины ±5 В.
Деблокировать преобразователь. Плавно увеличивая напряжение задания от
0 до 5 В. проверить работоспособность тиристорного преобразователя и двига-
теля. Плавно уменьшить задание до нуля. Произвести проверку в противополож-
ном направлении вращения двигателя.
Наблюдать осциллографом сигнал тахогенератора. Убедиться в отсутствии
недопустимых провалов и пульсаций в напряженки тахогенератора. В противном
случае произвести осмотр и профилактику щеточно коллекторного узла тахоге-
нератора.
Для проверки знака обратной связи по скорости необходимо замерить по-
лярности напряжений на входе СИФУ и тахогенератора. Отрицательная обратная
связь по скорости соответсзвует противоположной полярности указанных напря-
жений. Если в процессе проверки полярности напряжений окажутся одинаковыми,
необходимо поменять местами выводы тахогенератора.
Сиять с преобразователя силовое напряжение и напряжение питания, убрать
провод от потенциометра задания со входного штифта СИФУ, установить пере-
мычку (вых. РТ — вх. СИФУ).
12. Проверить и выполнить регулировку схемы токоограннчения.
Настройка кривой тока в режиме токоограннчения производится при скачко-
образном изменении на входе электропривода напряжения задания величиной
±10 В. Предварительно выполняется балансировка усилителя датчика тока (ОУ
Л 501. потенциометр R5O6).
Если известен коэффициент передачи датчика тока, контроль тока осуществ-
ляется осциллографом по сигналу датчика тока в контрольной точке НЮ. При
неизвестном коэффициенте передачи ДТ ток контролируется осциллографом по
измерительному сигналу шунта, установленного в якорной цепи двигателя. Вид
кривой тока двигателя при реверсе приведен иа рис. 5.18. Величина тока /о, соот-
ветствующего нулевой скорости вращения, устанавливается потенциометром R213
равной (4—5) /вам. где /во» — номинальный ток двигателя. Величина тока /я.
соответствующего максимальной скорости вращения, устанавливается потенцио-
метром R3O3 равной (0.5—1,5) 1аам в соответствии с коммутационной кривой
используемого двигателя.
Если диапазон регулировки потенциометра R213 окажется недостаточным
|Г_ди установки необходимой величины тока, то масштаб тока можно изменять
ценным резистором R501 в цепи обратной связи операционного усилителя дат-
чика тока. Ток якоря в режиме токоограничения будет уменьшаться пропорцио
яально увеличению резистора R501.
Если перед началом настройки кривой тока отсутствует уверенность, что узел
тожюграничення согласован с номинальным'током двигателя, необходимо при
^блокированном преобразователе потенциометром R213 установить минималь-
ную величину выходного напряжения операционных усилителей А202, А203 в
контрольных точках 151, 152.
13. Установить максимальную величину частоты вращения. Установка про-
изводится при величине задающего напряжения 10 В. Регулировкой потеицио
метра R302 устанавливается максимальная скорость вращения, указанная в пас-
порте электродвигателя. Обычно в станках с ЧПУ для двигателей серин ПБВ
величине задания 10 В соответствует скорость вращения 1000 об/мин. Контроль
скорости осуществляется тахометром либо по напряжению якоря двигателя, со-
ответствующему устанавливаемой скорости вращения.
14. Настроить оптимальный характер переходных процессов.
Порядок и принципы настройки переходных процессов в контуре тока и кон-
туре скорости, при которых электропривод обеспечивает максимальные динами-
ческие характеристики, изложены в главе 9 «Методика настройки переходных
процессов».
Общая принципиальная схема комплектного электропривода ЭТ6 приведена
на рис 5.19.
ГЛАВА ШЕСТАЯ
КОМПЛЕКТНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
ПОДАЧИ ТИПА «КЕМРОН»
Электроприводы типа «Кемрон» производства НРБ находят широкое при-
менение в приводах подач металлорежущих станков благодаря высоким стати-
ческим и динамическим характеристикам, а также большому количеству типо-
размеров (от 1,5 Нм до 170 Нм).
В комплект привода входят:
— тиристорный преобразователь;
— высокомоментный двигатель постоянного тока со встроенными тахогене-
ратором, резольвером, электромагнитным тормозом и позистором;
— силовой трансформатор;
— уравнительные дроссели;
— быстродействующие силовые предохранители.
Наличие тормоза, резольвера и величины передаточного отношения к нему
определяются заказчиком, так же как и количество координат при одном об-
щем силовом трансформаторе. Основные технические характеристики привода
полностью соответствуют требованиям «Интерэлектро».
Общий вид преобразователя приведен на рис. 6.1. Он представляет собой од-
нокоординатный модуль, выполненный по блочной конструкции, обеспечивающей
свободный доступ ко всем элементам и контрольным точкам.
Описание работы преобразователя
Преобразователь выполнен по двухконтурной схеме подчиненного регули-
рования с регуляторами скорости п тока. Управление преобразователем — согла-
сованное нелинейное на низких скоростях и раздельное на высоких скоростях
(более 300 об/мин). Предусмотрено адаптивное управление коэффициентами уси-
ления контура скорости на низких скоростях.
Большое число электронных зашит исключает выходы из строя элементов
преобразователя в аварийных ситуациях.
Блок-схема привода приведена на рис. 6.2, где PC —регулятор скорости;
Рнс. 6.1. Общий вид электропривода
РТ — регулятор тока; РУТ—регулятор уравнительного тока; И НВ — инвертор;
СИФУ — система импульсно-фазового управления; АР — адаптивный регулятор;
КЗ — корректирующее звено; ФП — функциональный преобразователь нелиней-
ного токоограничения; ПЭ — пороговый элемент; НТО — нелинейное токоограии-
чы1нс, ОС —защита от превышения максимального тока; OL — защита от дли-
тельной перегрузки; OS — защита от превышения максимальной частоты враще-
ния; Гб—защита от обрыва цепи тахогенератора; СР —защита от обрыва фазы
и неправильного чередования, фаз; БЗ —блок зашиты; ТР — силовой трансформа-
тор. ТП — тиристорный преобразователь; Я— двигатель; ТГ — тахогенератор; L —
Уравнительные дроссели; 5Л — шунт (датчик тока); БП— блок питания.
Приступим к подробному описанию принципиальной схемы привода.
Силовая схема (рис. 6.3) преобразователя выполнена по реверсивной шести-
пульсной одиополупериодной схеме выпрямления с уравнительными дросселями.
Такая схема обеспечивает высокую полосу пропускания привода (до 40 Гц) и
высокие динамические свойства, что оправдывает ее повышенную сложность.
Силовой трансформатор осуществляет согласование напряжения электродви-
гателя с напряжением сети питания. Обмотки трансформатора включены по схе-
не треугольник — двойной зигзагэ, чем достигается исключение потока вынуж-
лен.чо-о намагничивания и, как следствие, экономия стали. Векторная диаграмма
напряжений силовой частя приведена на рнс. 6.4.
Следует сделать некоторые пояснения к маркировке выводов силового транс-
форматора и построению векторной диаграммы. Применен трехфазный трансфор-
матор с четырьмя обмотками иа каждом стержне. Маркировка обмоток, располо-
женных на одном стержне, имеет однотипные буквы, например, первого стержня:
(4—А’) — первичная обмотка;
(в—X. О|-*!, С1|—*>) — вторичные обмотки.
Рве. 6.3. Силовая ыема
Соединения в точках at—bt—с, сделаны внутри намотки и исдоступны при
Мсплуатацни
Пофазиый принцип маркировки выводов вторичной обмотхи трансформатора
Может вызвать затруднения при анализе фазнровок силового напряжения и уп-
равляющих импульсов СИФУ, поэтому на рис. 6.4 указано двойвое обозначение.
Физической прямой последовательности фаз Л—S—T—Jt—S—T шестипульсного
напряжения соответствует последова-
тельность Zi—Z—X\—X—Y\—Y по фак-
тическим обозначениям на выводных
клеммах силового трансформатора.
При монтаже привода к выводам
выпрямителя 1, 2, 3 подключаются ин-
версные фазы R. S. Т (или Х\ Y, Z), а к
выводам 4. S. 6 прямые фазы R. S. Т
(или Zt, Xt. Kt) соответственно.
Для защиты тиристоров от комму-
тационных перенапряжений они охваче-
ны /?С-цепочкамн. Общая защита
выполнена на быстродействующих предо-
хранителях во вторичной цепи силового
Рис. 6.4. Векторная диаграмма сило-
вых напряжений
трансформатора. '
Регулятор скорости (рис. 6.5) пред-
ставляет собой пропорционально-интег-
ральный (ПИ) регулятор и выполнен на
трех операционных усилителях с раздельной регулировкой коэффициентов про-
порционального усиления и времени интегрирования.
Первый каскад, на микросхеме ИС62. осуществляет пропорциональное усиле-
ние, второй каскад, на микросхеме ИС63,— регулирование времени интегрирова-
ния, и третий каскад, на микросхеме ИС64,— суммирование ошибки и ее интегра-
ла. Регулятор скорости инвертирует входной сигнал (рис. 6.6). Предусмотрен
<ключ> на встречно включенных полевых транзисторах TI06—Т107, блокирующий
регулятор скорости при срабатывании защиты. Он же создает нулевые начальные
условия интегрирования при первоначальном включении привода. В цепи обрат-
ной связи по скорости предусмотрено корректирующее звено (С247, R353), поз-
шгз
Рис. 6.5. Регулятор скорости
Ряс. 6.7. Влияние КЗ на
переходный процесс
воляюшее подстраивать ускорение и уменьшить перерегулирование (рис. 6.7).
Параметры PC-цепочки подбираются на заводе-изготовителе для конкретного
приводного двигателя.
Наладочное сопротивление R423 позволяет сделать регулятор пропорциональ-
ным, что полезно при первоначальном пуске привода.
Назначение регулировочных потенциометров следующее:
П17— балансировка регулятора скорости; /7/8 — регулирование пропорцио-
нального усиления; П20 — регулировка времени интегрирования.
Предусмотрено два входа для задающего сигнала //».» — прямой и диффе-
ренциальный. Подключение осуществляется перемычками М23, М24 и М25 (см.
общую принципиальную схему —рис. 6.60). Регулирование максимальной скоро-
сти электродвигателя осуществляется изменением величины обратной связи по
скорости при помощи потенциометра П14
Рис. 6.8. Регулятор тока
Регулятор тока (рис. 6.8) также
представляет собой ПИ-регулятор и
выполнен на операционном усилителе
ИС65. Входным сигналом РТ являет-
ся выходное напряжение регулятора
скорости, определяющее величину то-
ка двигателя В качестве датчика то-
ка применен шунт Sh. сигнал которо-
го через дифференциальный усили-
тель, выполненный на ОУ ИС69, ИС70.
подается в цепь обратной связи РТ.
Сопротивление R415 позволяет регу-
лировать величину тока.
Предусмотрена блокировка регу-
лятора <ключом> на полевых транзи-
сторах.
Рис. 6.9. Переходные процессы скорости и тока:
а — кривая скорости при пуске ва лт,х; б — кривая то-
ка. в — кривая скорости при куске иа лш|а
Запайкой сопротивления R397 регулятор можно сделать пропорциональным.
Сопротивления R424 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 про-
цесса 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 (рнс. 6. 9, а. б). Однако при снижении величины задающего на-
пряжения, на низких скоростях, вновь появится перерегулирование (рис. 69, в).
Для его уменьшения необходимо увеличить коэффициент пропорционального
усиления н уменьшить время интегрирования. Для этой цели в приводе преду-
смотрен 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 <ключн> на полевых транзисторах включены потенциометры П19 и П21
соответственно (рис. 6.10). Ключи и, следовательно, время параллельного вклю-
чения потенциометров П19 и Л2/*управляются от АР. При этом выделяется три
зоны (рис. 6.11).
пт
ЧИ/-ЗП
Рис. 6.10. Фрагмент регулятора скорости
Рис 6.11. Зависимость Kre~fM
1. Напряжение треугольной формы от
I зона. Малые скорости, усиление
большое, постоянная времени малая,
ключ замкнут, потенциометры П19 и
П21 включены параллельно П18 и
П20;
11 зона. Средние скорости, плав-
ное изменение усиления и постоянной
времени в функции скорости, работа-
ет ШИМ;
111 зона. Большие скорости, ма-
лое усиление, большая постоянная
времени, ключ разомкнут, потенцио-
метры П19 и П21 отключены.
Блок-схема узла адаптации пока-
зана на рис. 6.12 и включает в себя
следующие элементы: -
— геиератор треугольного напря-
жения, выполненный на ОУ ИС51 и
ИС52:
— сумматор входных сигналов
ИС66;
— схема выделения модуля вход-
ного сигнала ИС67;
— компаратор ИС68, ИС53;
— преобразователь уровня напря-
жения. транзистор Т101;
— ключи на полевых транзисто-
рах Т104. Т105 к ПОЗ. Т109. На вход
компаратора подается три напряже-
ния:
автономного генератора частотой око-
ло 10 кГц;
2 Отрицательное напряжение смещения, регулируемое потенциометром П23
н запирающее выход компаратора;
3 . Выпрямленная сумма напряжений задания и тахогенератора положи-
тельного знака. Скорость изменения эТого напряжения регулируется потенцио-
•«тромт
Работа узлов адаптации поясняется диаграммой рнс 6.13. При малых ско-
Ростях положительное напряжение ИС67 меньше напряжения смещения с по-
Твициометра П23. ОУ ИС68 насыщен в положительном направлении. Напряжение
иеиивертнрующсм входе ИС53 больше, чем амплитуда треугольного напря-
*е«ия на инвертирующем входе, следовательно. ИС53 насыщен также в поло-
жительном направлении. Транзистор Т101 открыт, на входе ключей напряжеиве
В, ключ замкнут? подключено параллельное сопротивление, усиление боль-
При больших скоростях напряжение ИС67 больше напряжения смещения.
ИС68 и ИС53 насыщены в отрицательном направлении. Транзистор Г101 за-
крыт. на входе ключей напряжение — 30 В. ключ разомкнут, параллельное со-
противление не подключено, усиление малое.
Иа средних скоростях напряжения ИС67 и смещения соизмеримы, под дей-
ствием треугольного напряжении ОУ ИС53 переключается по закону широтно-
импульсной модуляции, обеспечивая плавное изменение коэффициента усиле-
ния я соответственно времени интегрирование.
Чем больше коэффициент усиления ОУ ИС66, тем уже зона адаптации.
Следует отметить, что адаптивный регулятор работает только при малой сум-
ме задающего напряжения и напряжения тахогенератора, при пуске и торможе-
Рве. 6.14. Блок-схема нелинейного токоограннчения
пин с больших скоростей АР не работает, что обеспечивается суммированием ука-
занных сигналов на ОУ ИС66.
Влияние регулировочных потенциометров на зависимость коэффициента уси-
ления от скорости показана иа рис. 6.11.
В качестве ГТН применена типовая схема, состоящая из генератора линейно-
измениющегося напряжения иа ИС52 и компаратора ИС51 с гистерезисной ха-
рактеристикой за счет положительной обратной связи. Подробное описание его
работы приведено в главе III.
Блок нелинейного токоограннчения обеспечивает ограничение тока якоря в
функции частоЪя вращения, близкой к коммутационной кривой высокомоментно-
язгг
Рис. 6.15. Схема функционального преобразователя
го двигателя. Принцип работы БНТО поясняется схемой рнс. 6.14. Регулятор
скорости PC охвачен двумя цепями обратной связи, выполненными на операци-
онных усилителях ИС57 и ИС59, на входы которых подаются напряжения вы-
хода PC и напряжение функционального преобразования выполненного
на ОУ ИС54+ИС56. Напряжение £/»» является функцией частоты вращения, при-
чем форма кривой Utn=f(n) копирует коммутационную кривую электродви-
гателя.
Если 1/ре<^а». то выход цепей обратной связи имеет полярность, запираю-
щую диоды Д258. Д260, и токоограниченне не работает.
При Utt>U^a открывается один из диодов, в зависимости от направления
вращения, н шунтируется вход регулятора скорости Соответственно уменьша-
ется напряжение на выходе PC, т. е. задание для регулятора тока РТ. и проис-
ходит ограничение величины тока.
Схема функционального преобразователя приведена на рис. 6.15. Операци-
онный усилитель ИС54 осуществляет выпрямление входного сигнала, и на его
выходе формируется модуль напряжения |<Zrr|.
При. нулевой скорости выходное напряжение ИС55 определяется величиной
сопротивления R320, а напряжение ИС56 — напряжением смещения, снимаемого
е потенциометра П12 (рнс. 6.16). До точки А при положительном напряжении
ИС55 диод Д257 заперт, напряжение на выходе ИС56 отрицательное и постоян-
ное. 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 последователь-
но диоды Д256. Д254, Д252 в цепи обратной связи ИС55 уменьшают его коэф-
фициент усиления, формируя тем самым кривую токоограннчения.
В идеале —это кривая постоянной мощности (рис. 6.17), реально — на вы-
соких скоростях нужно несколько уменьшить нагрузку, а на низких скоростях
ее можно увеличить. Заштрихованная за /От« зона не используется, так как иа
Рис. 6.18. Блок-схема СИФУ
практике максимальный ток в худшем случае достигается на 3-м пульсе, и при
*тоы двигатель набирает такие обороты, что уже нужно ограничивать ток. Мак-
симальная величина тока отсечки обычно /•»е — (4ч-6) /а«м-
► Способность двигателя выдерживать большие перегрузки — до (104-12)
— говорит лишь об общем качестве двигателей, их защищенности от размаг-
ничивания и не может быть реализована на практике.
Напряжение коммутационной кривой 1/фЯ подается также в СИФУ, где сум-
мируется с напряжением регулятора тока РТ. уменьшая величину уравнительно-
№ Тока.
Модуль напряжения |С/ТГ| с потенциометра П11 подается в схему защиты
°т превышения максимальной скорости.
Система импульсно-фазового управления (СИФУ) привода выполнена по вер-
бальному принципу и состоит из трех одинаковых каналов управления для
и*дой из фаз питания R. S и Т.
Рис. 6.20. Схема формирования управляющего
напряжения СИФУ
Рис. 6.21. Схема совпадения н генератора пилооб-
разного напряжения
Блок-схема СИФУ по-
казана на рис. 6.18, а диаг-
рамма ее работы — на рис.
6.19 и особых пояснений не
требуют.
Напряжение синхрони-
зации U, (Uf, Ut) подается
на каналы СИФУ с транс-
форматоров Т13, Т14, Т15
соответственно. Это напря-
жение задерживается це-
почкой П1 — С31 прибли-
зительно на 63 эл. град, и
подается на ключи ИС11 н
ИС 12. Напряжения на вы-
ходах ключей взаимоинверс-
ны. однако фронты этих на-
пряжений сдвинуты за счет
подачи разнополярного сме-
щения, регулируемого по-
тенциометром П7. Форми-
руемый на элементе «Я» ко-
роткий отрицательный им-
пульс запускает ждущий
генератор пилообразного
напряжения, выполненный
на ОУ ИС13 и транзисторе
Т21.
На элементах ИС 14 и
ИС 15 осуществляется срав-
нение величины пилообраз-
ного напряжения с управляющими напряжениями, поступающими с ОУ ИС27
и ИС28. Выходные напряжения ИС14, ИС15 дифференцируются и через Схемы
•Я» управляют усилителями Т25, Т26 анодной группы тиристоров и ТЗО. Т31
катодной группы.
Следует особо отметить, что в формировании управляющего напряжения
СИФУ (рис 6 20) участвует напряжение функционального преобразователя
Для анодной группы илТВр«>-|-Ярт+1/ем—1/фВ; для катодной группы
^*т«|>=—1/рт + Ясм—ЯфВ. Видно, что в анодной группе напряжение £/фВ спя-
*ает темп сдвига управляющих импульсов влево, а в катодной, наоборот, уско-
ряет их сдвиг вправо, что уменьшает уравнительные токи н обеспечивает согла-
£ованно-раздельное управление приводом. Точка перехода от одного вида управ-
ления к другому лежит в районе частоты вращения 3004-500 об/мин.
Потенциометром П8 устанавливается начальный угол запаздывания зажига-
НИч вл»в, чему соответствует С/,вр=— 5 В.
*2t,B
Дх> ян
Диод Д134 в цепи ООС ИС27 ограничивает положительное напряжение на
выходе до уровня 0,7 В, что исключает возможность «срыва» генерации управ-
ляющих импульсов, так как амплитуда положительного выброса напряжения пи-
лообразной формы составляет большую величину —2 В.
Конденсатор СИЗ предназначен для фильтрации пульсаций тока.
На рис. 6.21 показана схема «И» и генератор пилообразного напряжения. При
закрытом транзисторе T2I конденсатор С60 заряжается от источника питания
+ 15 В, формируя линейно-изменяюшееся выходное напряжение. Его крутизна,
и следовательно амплитуда, регулируются потенциометром П2. В короткие мо-
менты 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. 622. Положительный фронт напряжения ИС14 дифференцируется конден-
сатором. открывая транзистор Т22 и один из транзисторов Т23 илр Т24, у кото-
рого иа обоих входных диодах Д55. Д56 или Д58. Д59 отрицательные напряже-
ния. Коллекторный ток транзисторов Т23 или Т24 открывает соответствующий
выходной усилитель Т25 или Т26. формируя управляющий импульс силовых ти-
ристоров длительностью около 200 мкс.
Каналы Y и 2 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 —connec-
ting protection:
— превышения максимально допустимого тока и обрыва обратной связи по
току ОС — overcurrent;
— 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 сраба-
тывании какой-либо из защит пуск привода возможен только после новой подачи
сигнала включения привода.
Готовность привода к работе индикатируется светодиодом RD — ready.
При включении преобразователя загорается светодиод ON.
Все защиты при срабатывании блокируют регуляторы скорости и тока, а так-
же управляющие импульсы в СИФУ. >
Рис. 6.23. Схема защиты от неправильного чередования и обрыва фаз
« с пене. IS
Рис 6.24. Схема защиты СР
К с пене. ON
Схема защиты от обрыва или неправильного чередования фаз приведена на
рис. 6.23. Здесь же показана векторная диаграмма шестнфазного напряжения,
поясняющая принцип действия защиты. При правильном включении R+R —О,
S+S—0 и Г+Г—О. В случае обрыва фазы или неправильного соединения появ-
ляется неуравновешенное напряжение, отрицательная полуволна которого через
один из диодов Д13—Д16 поступает в схему защиты СР и вызывает ее срабаты-
вание. Осциллограммы напряжений в контрольных точках приведены в разделе
«Наладка» (рис. 6.44—6.46)..
Ниже приведена схема зашиты СР (рис. 6.24).
Канал контроля пропадания напряжения —30 В одновременно является опор-
ным напряжением для компаратора на (ТУ ИС41. Нормально, когда на выходе
ИС41 отрицательное напряжение—транзистор Т66 закрыт.
Рис. 6.26. Работа схемы защиты при от-
сутствии «пилы»
Рис. 6.25. Работа схемы защиты при
обрыве фазы
При обрыве фазы на выходе ИС41 появляются импульсы положительного
напряжения, транзистор Т66 открывается, снимаются сигналы включения ON и
готовности RD. Конденсатор CI53 осуществляет задержку при восстановлении
защиты около (0.54-0,8) с (рис. 6.25).
Принцип работы защиты от пропадания пилообразного напряжения анало-
гичен и поясняется рис. 6.26. При нормальной работе на входе транзистора Т65
большое отрицательное напряжение и он открыт, что соответствует нулевому на-
пряжению на входе ОУ ИС41 по данному каналу. При пропадании одного из
пилообразных напряжений СИФУ транзистор Т65 периодически закрывается, и
иа выходе ИС41 появляются положительные импульсы, вызывающие срабатыва-
ние защиты СР.
Защита от пропадания напряжения питания —30 В работает следующим об-
разом. При отсутствии напряжения —30 В входное напряжение неинвертирую-
щего входа ОУ ИС41 становится равным нулю и защита срабатывает по каналу
обрыва фаз.
Блок-схема защиты от превышения максимально допустимого тока ОС пока-
зана на рис. 6.27, а развернутая принципиальная схема усилителя тока и компа-
ратора — на рис. 6.28.
Рассмотрим принцип действия защиты на примере двигателе типа 23МВН с
номинальным током /,ои = 40 А и максимальным кратковременным током
/ти—250 А. В качестве датчика тока используется шунт с выходным напряже-
нием 6(7,-200 мВ при токе /«м-40 А.
Коэффициент усиления дифференциального усилителя тока, выполненного
на ОУ ИС69 и ИС70 равен единице, поэтому максимально допустимое напряже-
ние на входе усилителя модуля тока равно:
= K/„- - 0.2- - 1,25В.
'MOM n w
Вычислим напряжение на выходе усилителя модуля тока при разнополярных
выходных сигналах дифференциального усилителя.
1. На входе усилителя модуля тока + (7В1. Диод Д266 открыт, дидд Д265
заперт, ОУ ИС71 работает как инвертор с К=1. Тогда
и _ f „ ^21 п 56К.. 56К]
----Я419 +£/“ Л42о)=”(“У“ ЮК + " Жк] ^ .
2. На входе усилителя модуля то-
ка — 1/»х. Диод Д266 заперт, диод Д265
открыт, через ОУ ИС71 входное напря-
жение не проходит. Тогда
U„t
Итак, коэффициент передачи усили-
теля модуля тока равен 3. а напряжение
на его выходе всегда ^положительно и
равно:
— 3-1,25 =3,75В.
Порог срабатывания компаратора
ИС42 настраивается несколько выше,
1/»в—4В. Двигатель при этом не размаг-
ничивается.
При превышении максимально допу-
стимой величины тока напряжение на вы-
ходе ИС72 превышает опорное, что при-
водит к срабатыванию защиты ОС.
Схема памяти (рис 6.29) представ-
ляет собой бестоковый триггер, выпол-
ненный на транзисторах Т70 и Т71. В ис-
ходном положении оба транзистора за-
крыты под действием напряжения сме-
щения— 15В.
Положительный импульс с компара-
тора ИС42 включает транзистор Т70 и,
как следствие, транзистор Т71.
Выключение триггера осуществляет-
ся отрицательным сигналом сброса от
схемы деблокировки привода.
Снятием перемычки Мб можно иск-
лючить влияние защиты ОС на схему
готовности RD и отключение привода.
Схема защиты от обрыва обратной
связи по скорости показана на рис. 6.30.
Она включает в себя автоколебательный
мостовой генератор Вина, выполненный
на ОУ ИС43, компаратор на ИС44 и па-
мять на транзисторах Т72, Т73.
Рис. 6.28. Принципиальная
схема защиты ОС
Рис. 6.29. Схема элемента
памяти сигналов защит
Рис. 6.31. Диаграмма работы
«моста Вина»
- При нормальной работе низкое омическое сопротивление тахогенератора ТГ
через конденсатор С161 закорачивает генератор по высокой частоте и колебания
В отсутствуют. На выходе ИС43 нулевое напряжение.
При обрыве цепи тахогенератора возникают колебания частотой
| /*(1,24-1,3) кГц. вызывающие срабатывание защиты (рис. 6.31). Амплитуда и
форма колебаний определяются величиной сопротивления Ri61. При малом
R26I — колебания имеют прямоугольную форму, среднем — синусоидальную, а
большом«—колебания срываются.
Небольшой фильтр С162 исключает срабатывание защиты от ложных помех
г и отскоках щеток тахогенератора.
Схемы памяти и индикации аналогичны защите ОС.
D , " Запайкой перемычки МП действие защиты TG можно исключить.
Схема защиты от длительной перегрузки OL и осциллограмма ее работы
показаны па рнс. 6.32.
I - Здесь ИС57 и ИС59 — операционные усилители цепей обратной связи нели-
Е нейного токоограничения.
Если (/»«<(/♦«. т. е. токоограничение не работает, то на выходе ИС57 на-
I пряжение имеет положительный знак, а на выходе ИС59— отрицательный. В этом
случае оба ОУ ИС58 и ИС60
насыщены в положительном
| направлении, диоды Д259 и
1 Д26! заперты, а кондснса-
тор С224 заряжен от поло-
I жительного напряжения
+ I5B источника питания.
I . На выходе компаратора
I ИС45 отрицательное напря-
ш жеяие, диод Д227 заперт и
защита не работает.
Рис. 6.33. Схема защиты OS
*tsa
Если l/pe>t/*o. т. е. работает токоограничение, то на одном из ОУ, ИС57
или ИС59, в зависимости от полярности тока, напряжение на выходе станет рав-
ным —0,7 В нли +0,7 В соответственно. Этн напряжения превышают опорные
^У ИС58 и ИСМ от делителей R338, R339 н R343, R344, следовательно, сработа*
ег один из компараторов — ИС58 или ИС60. Напряжение на их выходе станет
Равным —15 В и конденсатор С224 начнет разряжаться через диоды Д259 и
Д261. Второй цепью разряда конденсатора С224 является сопротивление R334.
подключенное к напряжению Этим достигается определенная адаптация, так
как при малой частоте вращения величина отрицательного напряжения уве-
личивается н разряд происходит быстрее, соответственно при больших скоро-
стях — медленнее.
Если привод перегружен в течение времени больше /.аю то переключается
компаратор ИС45, что приводит к срабатыванию защиты.
Схемы памяти и сигнализации аналогичны.
Схема защиты от превышения максимальной скорости OS показана на
рис. 6.33 и включает в себя компаратор на ОУ ИС46 и память на транзисторах
776 и Т77. Защита срабатывает при превышении заданной потенциометром ПИ
предельно допустимой частоты вращения, т. е. при превышении напряжения
модуля величины смещения задаваемого делителем на сопротивлениях
R276. R277.
Установкой перемычки М20 можно ограничить скорость на низком уровне
при первоначальном пуске.
Формирование сигналов готовности RD и включения преобразователя ON по-
казано на рис. 6.34.
Сигнал RD— «Готовность» выдается на станок н. о. контактом реле Р1 при
условии отсутствия всех сигналов защит и мгновенно пропадает при срабатыва-
нии любой из них.
Сигнал ON — «Включение привода» появляется с задержкой, обусловленной
зарядом конденсатора CI51 (0,5—0,6 с) при отсутствии сигнала защиты СР, на-
личии сигнала RD и деблокировки привода от станка.
Деблокировка может осуществляться как по входу, так и по выходу тран-
зистора Т61.
Выключение привода происходит мгновенно, при этом блокируются регу-
ляторы скорости и тока, а также импульсы управления тиристорами.
Транзистор Т69 формирует сигнал сброса памятей электронных защит.
Источники питания. Питание схемы управления преобразователем осуществ-
ляется двумя стабилизированными выпрямителями с выходными напряжениями
±15 В и иестабилизированнымн напряжениями +24 В и —30 В. _
В источнике ±15 В предусмотрена внутренняя защита ограничения тока, я
он не боится коротких замыканий. Предусмотрена также защита от пропадания
напряжения —15 В, при этом автоматически блокируется и выход +15 В.
Методика наладки электропривода «Кемрон»
в регулируемом режиме
Прежде всего следует сказать, что каждый комплектный электропривод про-
ходит иа заводе-изготовителе тщательную наладку и испытание, поэтому полное
использование приведенной ниже методики целесообразно только для вышедших
из строя или разукомплектованных преобразователей.
При эксплуатации приводов ее следует считать руководством, оговариваю-
щим последовательность проведения контроля привода, а также пособием при
устранении отдельных неисправностей.
Последовательность наладки привода
1. Снять ленточные переходные кабели печатных плат.
2. Вытащить все платы преобразователя, кроме платы «Питание».
3. Снять провода К£1—У£12, подающие управляющие импульсы на тири-
сторы, и во избежание замыканий надеть на них изолирующие хлорвиниловые
трубки.
4. Провести внешний осмотр преобразователя, всех его блоков, силового
трасформатора и двигателя. При необходимости устранить видимые повреж-
дения, подтянуть крепежные соединения.
5. Вставить последовательно платы СИФУ, защиты и регуляторов.
6. Подсоединить большой ленточный переходный кабель КП4—КП5—КП6.
ВНИМАНИЕ! Применяемые на платах н переходном жгуте разъемы не име-
ют установочного ключа. При правильном соединении надписи иа колодке и встав-
ке должны быть наружу.
7. Выполнить монтаж согласно схеме соединений — рис. 6.35. При предва-
рительной проверке плат двигатель должен быть отключен.
8. Проверить правильность установки и исправность силового трансформа-
тора, для чего отключать силовые предохранители и измерить фазные вторичные
напряжения, которые должны быть равными ~ 120 В. Убедиться в правильно-
сти чередования фаз.
9. В плате «Регуляторы» установить наладочные резисторы R423—20 к и
R397 — 51 к, делающие регуляторы скорости и тока пропорциональными с коэф-
фициентом усиления, равным единице.
ВНИМАНИЕ! Все работы, связанные с пайкой, а также контактными соеди-
нениями, производить при выключенном питании.
10. В плате «Регуляторы» установить перемычки М23. М24 и снять перемыч-
ку №25. При этом исключается дифференциальный усилитель задающего сигнала.
11. Включить силовое питание. При правильной работе загорится светодиод
RD — готовность. Если вместо светодиода RD горит какой-либо другой или не-
сколько сразу, необходимо устранить неисправность согласно разделу «Характер-
ные неисправности н методы их устранения» инструкции по эксплуатации на
привод, а также материалам данной книги.
12. Проверить плату источников питания. Контроль напряжений ±15 В, —30 В
осуществляется тестером относительно нулевой точки платы К21.
Фазное напряжение вторичных обмоток трансформаторов Tpl3-i-Tpl5 долж-
но быть 27± 1 В. Большее отклонение показывает на несоответствие преобразо-
вателя силовому трансформатору или на его неисправность.
13. Омметром проверить исправность импульсных трансформаторов Tpl-i-Tpl2.
14. Проверить и настроить плату СИФУ. Нулевая точка платы — К60.
14.1. Установить сдвиг фаз, равный 63 эл. град. (3,5 мс), между напряжением
вторичной обмотки трансформатора Тр13 (контрольная точка КЗО) н входом опе-
рационного усилителя ИС11 (контрольная точка K3I). Осциллограммы напря-
жений показаны на рис. 6.36.
Регулировка осуществляется потенциометром П1. имеющим символическое
Ряс. 6.35. Схема внешних соединений
Ряс. 6.36. Фазнровка синхронизирующего напря-
жения
Рнс 6.37. Осциллограмма установки сдвига
на 63 эл. град
обозначение на плате фх).
При регулировке для напря-
жения в точке K3I устано-
вить усиление канала осцил-
лографа в десять раз боль-
шее. чем для напряжения
точки КЗО. что обеспечит
необходимую точность уста-
новки сдвига фаз (рнс.
6.37).
14.2. Провести анало-
гичные регулировки для ка-
налов фазы К (контрольные
точки К37, К38. регулиро-
вочный потенциометр ПЗ.
обозначение на плате ф,) и
для канала фазы Z (соот-
ветственно К44 и К45, П5.
V»)-
14.3. Потенциометром
П7 установить равенство
напряжений смещения опе-
рационных усилителей ИСН, ИС12, ИС16. ИС17, ИС21. ИС22 в контрольных точ-
ках К56 и К57 (рис. 6.38). Величина смещения ±230 мВ.
14.4. В контрольных точках К34, К.41 н К48 проверить наличие и форму пи-
лообразных напряжений (рнс. 6.39).
Отрицательная амплитуда «пилы» должна быть равной —9 В. Регулировки
осуществляются потенциометрами П2, П4 и П6 соответственно. На плате они
обозначены внаком
В случае отсутствия пилообразного напряжения проверить правильность
сигналов по тракту формирования пилообразного напряжения (рис. 6.19).
KS6
К57
гзомв
230мб
НЗч
Рис. 6.39. Форма пилообразного напряжения
Рис. 6.38. Осциллограмма
напряжения смещения
t
/СП 4-9
Рис. 6.40. Форма сигнала защиты от пропада-
ния <пнлы>
Рнс. 6.41. Напряжение управ-
ления СИФУ
14.5. Проверить наличие суммарного сигнала защиты от пропадания пило-
образного напряжения на разъеме КП 4-9 Наблюдать осциллограмму рис. 6.40.
14.6. Проверить величину напряжения управления СИФУ в контрольных точ-
ках К53 и /С54 при нулевом задающем напряжении. Оно должно быть —5,5 В±
0.2 В. Настройка осуществляется потенциометром П8. имеющим мнемоническое
обозначение иа плате а«.
14.7. Регулируя величину задающего напряжения, наблюдать изменение на-
пряжения в точках К53 и К54 (рис. 6.41). В случае отсутствия регулировки сле-
дует проверить функционирование платы «Регуляторы».
Примечание. Если привод пускается впервые или имеются какие-либо другие
опасения, то начальное напряжение в контрольных точках К53 и К54 рекоменду-
ется установить равным —7 В. При этом управляющие импульсы передвинуты в
область отрицательных значений напряжения силового трансформатора, что иск-
лючит возможные при неисправностях аварийные режимы.
14.8. Проверить наличие и форму управляющих импульсов на базах выход-
ных усилителей. Для быстрой проверки всех 12 каналов удобно наблюдать им-
пульсы на сопротивлениях R106, RI08 и т. д. (рнс. 6.42).
При данной проверке должен быть включен режим «Работа—ON», в про-
тивном случае управляющие импульсы будут блокированы сигналом 4-15 В конт-
рольной точки К55.
14.9. Изменяя величину задающего напряжения, наблюдать смещение управ-
ляющих импульсов. При неправильной работе проверить осциллограммы сигна-
лов в предыдущих точках тракта.
14.10. Установить малый соединительный жгут между платами СИФУ и «Пи-
тание».
RIO6 RK№ Ш
Рис. 6.42. Точки наблюдения управляю-
щих импульсов
Рис. 643. Начальная фазировка уп-
равляющих импульсов
14.11- Проверить начальную фазнровку управляющих импульсов относительно
силового напряжения на плате «Питание и управление тиристоров». При управ-
ляющем напряжении СИФУ —7 В н нулевом задающем сигнале фазировка долж-
ка соответствовать осциллограмме рис. 6.43.
Проверка осуществляется с помощью двухлучевого осциллографа следую-
щим образом:
Для катодной группы. Относительно общей точки К19 первым лучом наблю-
дать силовое напряжение в точке КТ7, а вторым — управляющие импульсы в точ-
ке YEI. Аналогично для остальных каналов КТ8 и YE2. КТ9 н YE3 и т. д. —до
КТ12 и №.
Для аиодной группы. Относительно общей точки КТ7 первым лучом наблю-
дать силовое напряжение на общем аиоде, а вторым лучом — управляющие им-
пульсы в точке YE7. Аналогично для остальных каналов КТ8 и YE8, КТ9 в YE9
н т. Д- - до КТ12 в YE12.
15. Проверить и настроить плату «Защита» (Логика). Нулевая точка пла-
ты К81.
15.1. Проверить действие защиты от обрыва и неправильного соединения фаз,
для чего вытащить какой-либо предохранитель силовой цепи. При правильной
работе схемы защиты загорается светодиод СР и гаснет светодиод RD.
15.2. Проверить функционирование схемы защиты от превышения максималь-
ного тока, для чего потенцвометром П10 установить напряжение в контрольной
точке К78 равным 4 В и отсоединить активный провод от датчика тока S8. При
этом должен погаснуть светодиод RD и загореться светодиод ОС.
153. Проверить функционирование схемы защиты от обрыва цепи обратной
связи по скорости, для чего отсоединить один'из выводов тахогенератора. При
этан должен погаснуть светодиод RD и загореться светодиод ТО. Следует пом-
нить, что должна быть установлена перемычка М10 и снята перемычка МП.
Форма колебаний генератора на мосте Вина определяется величиной сопротивле-
ния R26I. причем при слишком большой величине R26I колебания срываются.
«Ложные» срабатывания защиты от помех устраняются конденсатором С160 на
входе ОУ ИС43.
15.4. Проверить функционирование схемы защиты от длительной перегрузки
по току, для чего деблокировать привод, отпаять пропорциональное сопротивле-
ние R423 регулятора скорости и подать иа вход преобразователя задающее на-
пряжение. При правильной работе схемы загорается светодиод 0L Закончив про-
®ерку. вновь запаять сопротивление R423.
15.5, Проверить функционирование схемы защиты от превышения макси-
мальной скорости путем подачи на неинвертируюшнй вход ОУ ИС46 положитель-
иого напряжения. При правильной работе должен погаснуть светодиод RD и за-
гореться светодиод OS.
Проверить наличие перемычки М20, ограничивающей максимальную ско-
рость.
ВНИМАНИЕ! Защиты ОС. TG, OL и OS выполнены с самоблокировкой на
бестоковых триггерах. В исходном положения оба транзистора триггера закры-
Рнс. 6.44 Осциллограммы схемы защиты СР при правильной работе
ты, а при срабатывании защиты оба открываются. Восстановление схемы защиты
производится путем повторной блокировки и деблокировки привода.
Исключив одну из перемычек М6+М9, можно при необходимости исключить
действие той или иной защиты на снятие сигнала готовности RD.
Ниже приведены некоторые характерные диаграммы работы схем защиты.
Рнс. 6.44 соответствует правильному чередованию фаз, рис. 6.45 — неправильному,
а рис. 6.46 — обрыву фазы.
И1Г •- -------
Прочие диаграммы даны на рис. 6.25, 6.26, 6-31, 6.32 раздела описания
принципиальной схемы преобразователя.
16. Проверить и настроить плату «Регуляторы». Общая точка платы Kill.
16.1. Провести балансировку схемы усилителя тока, выполненного на ИС69,
ИС70, для чего:
— закоротить клеммы К.лЗ-1 и Кл2-2 на массу;
— потенциометром П24 установить нулевое напряжение на выходе ИС70
(в контрольной точке КП2)', !
— закоротить клеммы Кл2-1 н Кл2-2 между собой и подать в эту точку от-
носительно общей точки платы Kill синусоидальное напряжение амплитудой
~ (2-J-3) В и частотой 300 Гщ
— потенциометром П25 установить ноль на выходе ИС70.
16.2. Проверить работу усилителя модуля тока ИС71, ИС72, для чего иа вход
усилителя (Кл2-1. Кл2-2) подавать напряжения разной полярности, например,
пульсирующее амплитудой ±0,2 В и частотой 250—300 Гц. На выходе, в конт-
рольной точке КПЗ, наблюдать напряжение всегда положительной полярности
амплитудой 0.6 В, так как коэффициент усиления данной схемы равен трем;
16.3. При необходимости произвести аналогично балансировку дифференци-
ального усилителя ИС61 входного задающего сигнала.
Ниже дана таблица распайки перемычек, определяющих способ подачи за-
дающего напряжения.
•
Таблица 6.1
Способ ключснкя перемычки ДкффчреяпжхъкыЛ усплатсль
же ключей включен
М23 М24 (R362*) М25 (R4?5*) Условия применения Есть Ест» Нет Источник задающего напряжения УЧПУ не заземлен Нет Нет Есть Источник задающего напряжения заземлен
* В аерямх образцах преобразователе* места перемычек иа плате обозначены R363 и R42S
16.4. Подключить провода YE1S-YE12, подающие управляющие импульсы на
«иловые тиристоры преобразователя. ‘ -
16.5. Подключить двигатель к преобразователю. Клемма двигателя, обозна-
ченная знаком <+», подсоединяется к обшей точке уравнительных дросселей.
16.6. При наличии встроенного электромагнитного тормоза подать на него
напряжение и растормозить двигатель.
16.7. Провернуть вручную по часовой стрелке вал двигателя, наблюдая по-
лярность напряжения на якоре тахогенератора. Отрицательный вывод подключить
* клемме Кл2-9 преобразователя.
16.8. Проверить правильность
подключения «активного и <пас-
снвиогов выводов шунта Sh обрат-
ной связи по току.
16.9. Включить силовое пита-
ние ~380В, деблокировать привод
и при малом задающем напряже-
нии на ползучей скорости наблю-
дать диаграмму тока в контроль-
ной точке KI12 (рис 6.47).
16.10. Потенциометрами П2.
П4 и П6 уравнять амплитуды то-
ков по среднему уровню (рис.
6.43).
16.11. Осуществить плавный
разгон и остановку привода на ма-
лой частоте вращения по и против
часовой стрелки.
16.12. Окончательно проверить
правильность фазировок обратных
связей по скорости и по току при
t
Рис. 6.47. Начальная диаграмма тока
Iwwwv
ч
Рис. 6.48.
Правильная диаграмма
тока
вращающемся двигателе следующим образом:
— отрицательная обратная связь по току. При отрицательных импульсах
тока в контрольной точке КП2 напряжение на выходе регулятора скорости PC
в контрольной точке К106 должно быть положительное. Можно наблюдать на-
пряжение задания на входе ОУ ИС62. которое должно быть отрицательным, так
как регулятор скорости инвертирует входной сигнал;
— отрицательная обратная связь по скорости. При отрицательном задаю-
щем напряжении напряжение тахогенератора на клемме Кл2-9 должно быть от-
рицательным.
16 13. Отпаять сопротивления R423 и R397. сделав тем самым регуляторы
скорости И тока пропорционально-интегральными.
16 .4. Настроить токоограничение, для чего:
— при нулевом задающем напряжении и»ля—0 потенциометром П12 выста-
вить на выходе ОУ ИС56 (контрольная точка К116) напряжение, равное —11,5 В;
— снять перемычку ограничения скорости М20;
— плавно разогнать двигатель до максимальной частоты вращения
(лп.1-1500 об/мин), величина которой выставляется потенциометром П14 в це-
пи тахогенератора. При 10 В напряжение на клеммах тахогенератора со-
ставляет 1/»г=45,5 В;
— на максимальной скорости потенциометром П13 установить в контрольной
точке К116 напряжение, равное — 3 В. В случае лж1х — 1000 об/мин выставляется
напряжение, равное —5 В, в соответствии с диаграммой рис. 6.49.
Общая зависимость кривой нелинейного токоограничения от различных ре-
гулирующих элементов показана на рис. 6.16.
Рис. 6.49. Зависимость //«щ—f(<u)
Рис. 6.50. Диаграмма пускового тока
Рже. 6.51. Высокочастотная ге-
нерация блока НТО
Кривой токоограничения
рис. 6.49 соответствует пуско-
вая диаграмма тока, приведен-
ная иа рис. 6.50.
ВНИМАНИЕ! Все измене-
ния в кривой токоограничения
связаны с опасностью выхода
из строя высохомомеитного
двигателя, поэтому все регули-
ровки следует проводить при
непрерывном наблюдении за
коммутацией двигателя при
переходных процессах;
, — при блокированном пре-
образователе подать на вход регулятора скорости задающее напряжение к на
выходе регулятора ИС64 (контрольная точка К108) наблюдать высокочастотную
генерацию (рнс. 6.51), что говорит о работе схемы токоограничения.
16.15. Проверить и настроить адаптивный регулятор коэффициента усиле-
ния, для чего:
— включить привод и установить задающее напряжение, равное 100 мВ;
— наблюдая осциллографом напряжение в контрольной точке К102, потен-
циометром П23 добиться перехода прямоугольного напряжения ИС53 в положи-
тельный уровень 4-15 В;
— установить задающее напряжение равным 300 мВ;
— потенциометром /722 добиться перехода прямоугольного напряжения
ИС53 в отрицательный уровень —15 В.
Принцип работы схемы адаптации и влияние регулировочных потенциомет-
ров иа величину я зависимость коэффициента усиления регулятора скорости от
величины задающего напряжения (или частоты вращения) приведены ва рис. 6.52.
В связи с взаимным влиянием регулировок потенциометрами П23 и П22 друг
Н1 друга настройку адаптации следует проводить методом постепенного прибли-
жения, трижды повторив операции, изложенные в пункте 16.15.
1616 Настроить величину уравнительного тока на уровне /тр=к10% />Ом
(Для двигателя 23МВН это ай А), для чего:
— включить привод и установить
задающее напряжение, равным нулю;
— потенциометром П17 сбаланси-
ровать пропорциональный усилитель
ИС62 регулятора скорости, добившись
остановки вращения вала двигателя;
— подключить осциллограф к
контрольной точке К1И (ОУ ИС70
усилителя тока) и потенциометром
П8 выставить величину тока, равной
®4А. При этом происходит деформа-
ция кривой тока в соответствии с
рис. 6.53, а начальный угол запазды-
вания зажигания тиристоров пе-
ремещается в область положительных
значений силового питающего напря-
жения, что соответствует напряжению
в контрольных точках К53 и К54
СИФУ, равному около—5В;
16.17. Настроить регулятор ско-
рости PC, для чего:
16.17.1. Убедиться, что величины
резисторов и конденсаторов, подклю-
ченных к регулятору, соответствуют
указанным в паспорте и принципиаль-
ной схеме, например, для двигателя
23МВН —
• R353 С247 R364 С229
30 к 0.1 61 к 1,0
R386 С231 R415
24 к 0,33 3,1 к
16.17.2. Убедиться, что перемыч-
ки M2t и М22, подключающие схему
токоограничения. запаяны.
16.17.3. Настроить переходный
процесс по скорости при пуске на
большую частоту вращения, для чего:
Рнс. 6.53. Установка исходного урав-
нительного тока
— подключить осциллограф к та-
хогенератору (левая точка сопротивления R368);
— подать скачкообразно задающее напряжение величиной 5 В на вход пре-
образователя и наблюдать форму переходного процесса (рис. 6.54).
16.17.4. Регулировочными винтами потенциометров П18 (регулирование
пропорционального усиления) и П20 (регулирование постоянной времени интег-
рирования) сделать 15—20 оборотов по часовой стрелке от упора, но так, чтобы
не наблюдалось возбуждения привода (увеличивается усиление).
Рис. S.55. Регулирование переходного процесса при большой частоте вра-
щения
16.17.5. Наблюдать вновь форму переходного процесса и плавным регулиро-
ванием потенциометров П18 н П20 добиться переходного процесса с минималь-
ным перерегулированием (рис. 6.55).
В зоне нормальных значений перерегулирования его уменьшение достигает-
ся увеличением коэффициента пропорционального усиления (П18).
В случае больших колебательных процессов при пуске или торможении сле-
дует уменьшить коэффициент усиления уменьшением величины сопротивления
R364.
Первоначальный выброс можно также уменьшить подбором величин днф-
ференцируюшей цепочки R353. С247 в цепи тахогенератора.
16.17.6 Настроить переходный процесс при пуске, иа малой частоте враще-
ния, т. е. в зоне работы схемы адаптации, для чего:
— подать на вход регулятора скорости скачкообразное задающее напря-
жение амплитудой около 200 мВ и наблюдать переходный процесс Устранить
перерегулирование, поворачивая регулировочные винты потенциометров П19 и
^2! от упора по часовой стрелке (рис 6.56). •
16.17.7. Проверить характер переходных процессов во всей рабочей зоне ча-
стот вращения от na)a до лВ1Х.
Обобщенное влияние коэффициента пропорционального усиления и постоян-
в°н времени интегрирования на характер переходных процессов на высокой к
«какой частотах вращения приведен соответственно на рис 6.57 и 6.58. Здесь же
«оказан оптимальный переходный процесс Сравнивая с ним реальные осцилло-
П^имы, легко определять направления необходимых регулировок.
16.18. Настроить и проверить регулятор -тока. Параметры корректирующих
««пей регулятора тока подобраны для каждого конкретного типа двигателя и
•Чаененню не подлежат. . -
Рис. 6.56. Регулирование переходного процесса при малой частоте вра-
щения
Рис. 6.57. Влияние и Га на Рис. 6.58. Влияние К1п и Гж на харах-
харахтер переходного процесса тер переходного процесса на низкой
на высокой частоте вращения частоте вращения
Подбором сопротивлений R424 и R42S можно задать необходимую началь-
ную величину тока якоря при нулевой скорости, что используется для уравнове-
шивания спадающих» координат, а также при затруднениях с 'позиционированием
больших масс.
Рис. 6.60. Общая принципиальная схема привода <Кемрон» (продолжение)
Рис, 6.60- Общая принципиальная схема привода «Кемрон»
(продолжение)
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
КОМПЛЕКТНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
ПОДАЧИ ТИПА «МЕЗОМАТИК*
Рис. 7.1. Общий вид привода «Мезоматик»
Электроприводы типа «Мезоматик» производства ЧССР (рнс. 7.1) выпуска-
ются в одно-, двух- и трехосевом исполнении и предназначены для приводов по-
дач металлорежущих станков с ЧПУ.
Типоразмеры привода охватывают ряд номинальных моментов двигателей
от 10 до 125 Нм
В комплект привода входят:
— тиристорный преобразователь типа RTT;
— высокомоментный двигатель постоянного тока типа 3SHAT со встроенны-
ми тахогенератором, резольвером и электромагнитным тормозом;
— силовой трансформатор типа TNC, общий независимо от числа координат;
— уравнительные дроссели типа UE;
— коммутационные дроссели типа LTE.
В случае одиокоордннатного исполнения коммутационный дроссель не по-
ставляется.
Тиристорный преобразователь конструктивно выполнен на единой раме, тре-
бующей двустороннего обслуживания.
Типовое обозначение электроприводов:
Р кН И .XXX. А
II____________________ Дополнительный знак
----------- Код номинальных моментов по осям:
/—10 Нм; 2 — 13 Нм;
3—17 Нм; 4-21 Нм;
5-28 Нм; 5-42 Нм;
7 — 56 Нм; 8-85 Нм;
9—125 Нм
___________________ Реверсивный
С двигателем серии 3SHAT
___________________ Количество координат
I____________________- Привод
Пример обозначения привода:
P3HR 444А — трехкоордннатный электропривод в комплекте с двигателями
с номинальными моментами №«—21 Нм.
При многокоордниатиом исполнении привод может комплектоваться дви-
гателями с различными моментами №«>.
Все основные технические характеристики привода соответствуют требова-
ниям «Интерэлектро».
Описание работы преобразователя
Преобразователь выполнен по одноконтурной схеме регулирования только
с регулятором скорости. Характерной особенностью привода является работа
в зоне прерывистых токов при нагрузке вплоть до номинального тока во всем
диапазоне частот вращения, что исключает влияние электромагнитной постоян-
ной времени и, как следствие, позволяет создать простую одноконтурную схему
без регулятора тока.
Управление приводом—согласованное нелинейное в зоне рабочих частот
вращения н раздельное в зоне ускоренных перемещений.
Блок-схема привода приведена на рис. 7.2,'где PC—регулятор скорости;
ИНВ— инвертор; СИФУ — система импульсно-фазового управления; БИТО —
блок нелинейного токоограничения; ТП — тиристорный преобразователь; ТР— си-
ловой трансформатор; Llt — уравнительный дроссель; — коммутационный
дроссель; Я — электродвигатель; ТГ — тахогенератор; Т—электромагнитный тор-
моз; Р — резольвер; БП — блок питания.
Прежде чем приступить к подробному описанию принципиальной схемы пре-
образователя, сделаем важное замечание: в преобразователе принято независимое
поматное обозначение элементов схем, всегда начинающееся с номера один, по-
этому в полной схеме много операционных усилителей, сопротивлений я конден-
саторов с одинаковыми обозначениями. Следует быть внимательным при изуче-
нии и наладке привода.
Обозначение плат преобразователя следующее:
V2I — входные фильтры; Z- 14А — регулятор скорости; G-08 — система им-
пульсно-фазового управления. Имеется две платы СИФУ, раздельно для анодной
и катодной групп преобразователя:
Z-16A — нелинейное токоограничение;
Е-24 — источник питания.
Силовая схема (рнс. 7.3) преобразователя выполнена по реверсивной трех-
•“•пульсиой однополупериодной схеме выпрямления.
Нагрузкой преобразователя является специальный высокомоментпый элект-
родвигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов типа
«Альнико», обладающий высокими перегрузочными свойствами. Двигатель име-
п Две дополнительные сериесные обмотки, осуществляющие его подмагничивание.
184
По этой причине он имеет три вывода:
общий А2 (красного цвета) и раздель-
ные 1Д (черный) и 2Д (белый). Пере-
ключение последних недопустимо, в про-
тивном случае произойдет размагничива-
ние двигателя. При необходимости изме-
нения направления вращения двигателя
при неизменной полярности задающего
напряжения производится переключение
каналов СИФУ.
Следует помнить, что при разборке
двигателя и тахогенератора происходит
их размагничивание. Избежать этого
можно, если вставить в статор стальную
болвашку соответствующего диаметра
либо при повторной сборке производить
намагничивание (инструкция приводится
в паспорте электропривода)?
Силовой трансформатор включен по
схеме «треугольник— зигзаг», что позво-
ляет исключить поток вынужденного на-
магничивания и дает экономию в сечении
магнитопровода.
Коммутационные дроссели исключа-
ют влияние приводов друг иа -друга в
случае многокоординатного исполнения
при работе от одного общего силового
трансформатора.
Встроенный электромагнитный тор-
моз предназначен только для работы в
аварийных ситуациях.
Номинальный момент двигателя при
питании от
'Рис. 7.3. Силовая схема
трехпульсной схемы выпрямления уменьшается в К раз по
сравнению с питанием от гладкого постоянного напряжения.
Регулятор скорости (Z-14A) выполнен в виде пропорционально-интеграль-
ного регулятора и реализован на операционном усилителе XI (рис. 7.4).
Регулятор имеет четыре входа:
t/п—вход подключения задающего сигнала;
Urn — вход подключения сигнала обратной связи по скорости;
<///1. Um — входы для суммирования прн необходимости дополнительных зада-
ющих воздействий.
Все входы связаны с PC пассивными /?С-фильтрамн (плата V-21). Макси-
мальное входное иапряжеиие фильтров составляет ±10 В. Так как тахогенератор
на максимальной скорости имеет выходное напряжение, равное ±24 В, то пре-
дусмотрен делитель на сопротивлениях Ri и RS.
КСЮУптвйми
<7
/ГСЯГУаяв&юй
ta
Рнс 7.4. Регулятор скорости
Ю R3
Транзисторы Т1 и Т2 работают в диодном режиме и предназначены для огра-
ничения максимального выходного напряжения PC. Величина ограничения опре-
деляется сопротивлениями R16, R17 и R18, R19 в соответствии с полярностью
выходного напряжения. Для балансировки регулятора служит потенциометр R8.
Реле В2 предназначено для создания нулевых начальных условий интегри-
рования.
Передаточная функция регулятора имеет вид:
W'petp) -
^ос(р)
Z„(p)
Л10+ рСЗ _ 1+рЛЮ СЗ 1+рТос .
R3 + RJ ~ p{R3 + Rj)C3 рТ„
Постоянная времени цепи обратной связи Toz = RI0C3 определена заводом-
изготовителем привода я изменять ее не рекомендуется. Влияние Тм на качест-
во переходного процесса рассмотрено в главе 9.
Настройка регулятора осуществляется подбором постоянной времени интег-
рирования Г, в зависимости от момента инерции конкретного механизма.
Подбирая величину конденсатора СЗ. необходимо обязательно изменять ве-
личину Rio, чтобы сохранить постоянство Т»«.
Операционный усилитель ХЗ выполняет роль инвертора с коэффициентом
передачи, равным единице
Выходные напряжения XI и ХЗ являются управляющими для СИФУ анод-
вой и катодной групп преобразователя.
Как уже отмечалось, в
структуре привода отсутствует
регулятор тока, что связано с
его работой в эоне прерыви-
стых токов. Из теории тири-
сторных электроприводов изве-
стно, что наклон внешних ха-
рактеристик преобразователя в
режиме прерывистого тока рез-
ко возрастает (рис. 7Я). Это
можно интерпретировать воз-
растанием во много раз актив-
ного сопротивления преобразо-
вателя и, как следствие, стрем-
лением к нулю электромагнит-
ной постоянной времени
Это же явление можно
объяснить н другим способом,
рассмотрев реакцию привода на
скачок задания в режиме пре-
рывистого тока. Если скачком
изменить задающее напряжение
l/мд, то не позже чем в сле-
дующем полуперноде питающе-
Рнс. 7,5. Внешние характеристики привода
го напряжения установится но-
вый режим преобразователя,
так как к следующему импульсу управления ток в цепи будет равен нулю. Ха-
рактер реакции преобразователя аналогичен случаю активной нагрузки. В этом
случае можно говорить об исчезновении электромагнитной постоянной времени
и исключить в приводе регулятор тока.
Блок нелинейного токоограничения Z-16A (рнс. 7.6) выполнен на операци-
онных усилителях XI и Х2 и предназначен для ограничения величины макси-
мально допустимого тока двигателя в функции частоты вращения и в соответст-
вии с коммутационной кривой. Блок подключается параллельно регулятору ско-
рости PC.
' \ Ток, протекающий в якоре двигателя, определяется разностью напряжения
преобразователя и противо-ЭДС двигателя и сопротивлением якорной цепи.
Пренебрегая падениями напряжения от перекрытия анодных токов на вто-
ричной обмотке силового трансформатора и вентилях, можно записать
U—Е U^-cos а — СеП
Л. " Л.
Рис. 7.6. Схема блока нелинейного токоограннче-
, ния
Если считать, что /?«=const, то иа основании информации о частоте враще-
ния двигателя, снимаемой с тахогенератора и пропорциональной величине ЭДС
двигателя, можно определить минимально допустимый угол управления а, огра-
ничив тем самым величину напряжения U н, следовательно, величину тока.
Расчетная схема одного канала БНТО приведена на рнс 77. Выведем зави-
симость выходного напряжения Ua от напряжения, снимаемого с тахогенератора,
Е - KtU„ *3+^ - ,
влв , , „ *
к (п М . г )
и - ' ~ И F J*L
° и I 1 Я1 \ - "ЯЦЯЗ+Я4) “Л1‘
‘U, + Л1+Л2 I
В реальной схеме величина напряжения смещения £с< снимается с потен-
циометров R4 и R9, а роль сопротивления R3 играют потенциометры R29---R32
• Зависимости от квадранта работы привода.
Зависимость 47в=/(£/тг) во всех четырех квадрантах работы приведена на
Р”с 7.8. Здесь же показана статическая характеристика регулятора скорости.
Диоды Д1+Д4 позволяют производить раздельную регулировку по квад-
Нитам.
I Жирными линиями на рис. 7.8 показаны процессы пуска и реверса. В вы-
Рис. 7.7. Расчетная схема БНТО
Рис. 7.8. Характеристика БНТО
прямительиом .режиме величина £»,
соответствующая напряжению Ufc на
диаграмме; уравновешивается раз-
ностью между напряжением выпря-
мителя U» и падением напряжения
l»R. т. е. Ett = U,—lR. Видно, что
обеспечивается обратная зависимость
допустимого тока от частоты враще-
ния.
В инверторном режиме ЭДС £*»,
равна сумме напряжения инвертора
Ue и падения напряжения в якорной
цепи £»» — У«+/Я. Несколько боль-
шее значение начального тока тормо-
жения объясняется нелинейностью
согласования групп преобразователя.
Если в переходных режимах соб-
людается неравенство U,t<Ut. то
токоограничение не работает (заперты
диоды Д5 и Д6). При ирс>(/а от-
крывается одни из диодов Д5 или Дб
и схема БНТО шунтирует выход ре-
гулятора скорости, снижая его выход-
ное напряжение до допустимой вели-
чины. а следовательно, и величину то-
ка якоря.
Осциллограмма огибающей тока
при пуске и реверсе показана на рис.
та.
На операционных усилителях ХЗ
и Х4 выполнена схема индикации ра-
боты токоограннчения (рис. 7.10). При
работе БНТО через диоды Д7 или Д8 открывается транзистор T1, в коллектор
' которого может включаться сигнальная лампочка.
Система импульсно-фазового управления G-08 предназначена для формиро-
вания и синхронизации подачи управляющих импульсов на силовые тиристоры.
• Блок-схема одного канала СИФУ показана иа рис. 7.11, а диаграмма ее работы
на рис. 7.12. В состав СИФУ входят:
— формирователи Фд, Фв и Фс; •
— генератор пилообразного напряжения ГПН (ОУ Х!)\
— компаратор (ОУ ХЗ);
— схемы совпадения и формирователи импульсов.
- Кратко рассмотрим принцип работы схемы. На вход формирователя Фд
(рис. 7.13) подается вектор синхронизирующего напряжения фазы А. положи-
тельная полуволна- которого открывает транзистор 77, и отрицательная полу-
Ы -
. 189
волна вектора напряжения
фазы В, стремящаяся за*
крыть транзистор. В итоге
открытое состояние транзи-
стора Т1 наступит в момент
равенства этих двух напря-
жений. Открытое рабочее
состояние транзистора имеет
длительность 120* н синхро-
низировано с силовой фазой
А (рис. 7.М).
Аналогично работают
формирователи Ф» и Фе.
векторы подаваемых на их
входы синхронизирующих
напряжений приведены на
рис. 7.13 в скобках.
Напряжения формиро-
вателей дифференцируются
конденсаторами C/4-CJ, и
положительные импульсы
запускают ждущий генера-
тор пилообразного напряже-
ния. В момент прихода по-
ложительного импульса
ГПН насыщается до ниж-
него отрицательного порого-
вого уровня, и начинается
перезаряд конденсатора це-
пи обратной связи С4 от
источника смещения. Этот
процесс продолжается до
прихода следующего поло-
жительного импульса.
На компараторе ХЗ происходит суммирование сигналов регулятора скоро-
стн- ГПН и напряжения смещения. Время переключения компаратора из от-
рицательного насыщения в положительное, определяющее момент формирова-
ния управляющего импульса, зависит от величины напряжения регулятора ско-
Рости и напряжения смещения С/«м-
Как видно из рис. 7.12, положительная и отрицательная амплитуды пило-
05Разиого напряжения неодинаковы по величине, поэтому при увеличении уп-
Р’аляющего напряжения происходит «срыв» управляющих импульсов инвертор-
Ив" группы, т. е. происходит автоматический переход от согласованного управ-
Ления к раздельному.
Рис. 7.11. Блок-схема СИФУ
Выходное напряжение компаратора дифференцируется, и положительные
импульсы через диоды ДЮ, ДП и Д12 поступают на схемы совпадения, выпол-
ненные на транзисторах Т4 и Т5, Т7 в Т8. Т10 и ТП, где логически умножаются
с выходными сигналами формирователей. Совпадение положительного диффе-
ренцированного импульса с нулевым рабочим уровнем формирователя опреде-
ляет момент открывания импульсного усилителя (транзисторы Тб, T9, Т12) и.
следовательно, фазу управляющего импульса.
Схема совпадения и усилителя приведена иа рис. 7.15.
Второй канал СИФУ работает аналогично.
Начальный угол запаздывания зажигания а« и, следовательно, величина
начального тока в группах преобразователя и якорной цепи выставляются по-
тенциометром R26 (рис 7.16). При больших значениях этого тока улучшаются
динамические характеристики, но заметно увеличивается вибрация, поэтому сле-
дует принять компромиссное решение. Для двигателя с'номинальным моментом
17 Нм рекомендуемая величина начального тока as 4 Л.
Следует подчеркнуть, что наличие переменного тока, а следовательно и пе-
ременного момента, при нулевой скорости благоприятно сказывается на умень-
шении неравномерности вращения при малых скоростях в случае больших зна-
чений трения покоя.
Принципиальной особенностью электропривода типа «Мезоматнк» является
способ изменения направления вращения двигателя при неизменном задающем
напряжении. Как уже указывалось ранее, переключение выводов якоря двига-
теля приведет к его размагничиванию, а это недопустимо.
кой перемычек
плате
Рнс. 7.13. Формирователь
'ситр
Рис. 7.14. Диаграмма работы формирователя
Рис, 7.12. Диаграмма работы СИФУ
печатной
вращению
Ан^
группа
на задней
Прямому
Методика наладки электропривода «Мезоматик»
в регулируемом режиме
Несмотря на то что комплектные электроприводы серии «Мезоматик-А» про-
ходят на заводе-изготовителе «MEZ» (г. Брно) тщательную наладку на эталон-
ном' двигателе и настройку оптимального переходного процесса, при установке
привода на конкретный механизм вновь необходимо проверить его работоспо-
собность и провести необходимые регулировки, связанные с изменением приве-
денного к валу двигателя момента инерции механизма. Кроме того, необходимо
сфазировать обратную связь по скорости, задать нужные направления вращения,
отрегулировать уравнительные токи и др.
Ниже приводите^' рекомендуемая последовательность выполнения операций
при пуске электропривода в эксплуатацию:
1. Выполнить • монтаж внешних соединений в соответствии с рнс 7.17 и
комплектностью'поставки привода. ' • - - . •=
Изменение направления
вращения осуществляется
за счет переключения кана-
лов управления СИФУ. ко-
торое выполняется перепай-
Выходное напряжение стабилизированных выпрямителей регулируется по-
тенциометрами R3 н R4. Источники имеют внутреннюю токовую защиту от пе-
регрузки.
распайка I—2, 3—4, а обрат-
ному 1—4. 2—3. Естествен-
но, необходимо также изме-
нить полярность обратной
связи по скорости, т. е. пе-
реключить выводы тахогене-
ратора.
Источники питания. Пи-
тание схемы управления
преобразователем осущест-
вляется двумя стабилизиро-
ванными выпрямителями с
выходными напряжениями
± 15В и нагрузочной способ-
ностью 400 мА и нестабкли-
зированным выпрямителем
напряжением 15В для пита-
ния реле и сигнализации.
*154
.КГМ
₽»г. 7.16. Начальные токи групп преобразо-
вателя и якорной цепи
2. Провести внешний ос-
мотр всех компонентов элект-
ропривода, проверить надеж-
ность контактных и разъемных
соединений.
3. Проверить сопротивле-
ние изоляции силовых целей
(при отключенном тиристор-
ном преобразователе).
4. Подать напряжение на
катушки электромагнитных тор-
мозов, растормозив двигатели.
5. Отключить все автома-
тические выключатели н выта-
щить из преобразователя, все
платы.
6. Проверить правильность
чередования фаз напряжения
синхронизации, для чего:
6.1. Отключить двигатели
от силовых клемм преобразова-
теля 10. 11. 12 я 14. 15.
6.2. Подать напряжение
синхронизации U, К V и про-
верять наличие прямого чере-
дования фаз.
7. Проверить правильность
чередования фаз силового на-
пряжения питания, для чего:
7.1. Включить силовое на-
пряжение А. В, С и произвести
замеры напряжений между од-
ноименными фазами .напряже-
ния синхронизации и силового
напряжения. При правильном
подключении первичной обмот-
ки силового трансформатора
напряжения между точками
A—U. В— V и С—W должны
равняться нулю.
72. Убедиться, что между
•обнмн другими парами зажимов присутствует лиейное напряжение питающей
•*ти 360 В.
7.3. Подать напряжение иа силовые клеммы преобразователя 1, 2, 3; 4, 5. 6
8, 9. Измерить напряжения между одноименными фазами на входе преоб-
iPjc. 7.18. Расположение контрольных точек Z-14A я V-21
разователя я вторичной обмотке силового трансформатора. При правильном под-
ключении напряжение между точками а—1, Ь—2, с—3; а—4, Ь—5, с—6 и а—7.
й—8, с—9 должно быть равным нулю. • .
7.4. Убедиться, что между любыми другими парами зажимов существует ли-
нейное напряжение вторичной обмотки силового трансформатора, равное 270 В.
Примечание. При включении электропривода всегда следует сначала
подавать напряжение синхронизации U, У, 77 и потом силовое питание А, В, С.
При выключении последовательность обратная. г
8. Проверить блок питания и синхронизация, для чего:
8.1. Отключить силовое питание.
8.2. Вставить плату Е-24.
8.3. Подать напряжение синхронизации U. V, W и замерить следующие на-
пряжения на задней печатной панели тиристорного преобразователя:
— синхронизирующее трехфазное напряжение в точках 12. 13. 14 и 15, 16,
17 относительно узловой точки 25. Величина напряжения — 11.2 В;
— линейное напряжение питания выпрямителя для реле блокировки при-
вода в точках 28, 29 и 30. Величина напряжения ~ 11,5 В;
' , — линейное напряжение питания выпрямителя стабилизированного источ-
ника питания в точках 18, 19 и 20 для выхода— 15 В и в точках 22. 23 и 24 для
выхода 4-15 В; величина напряжения ~ 16,3 В;
— выходное напряжение постоянного тока питания реле блокировки между
точками 31 и 32. Величина напряжения 13,5 В;
— выходное стабилизированное напряжение 4-15 В между точками 27 и 25
—15 В между точками 26 и 25. Точная настройка стабилизированных напря-
жений ±15 В ±0,1 В производится регулировкой резисторов R3 и R4 после 20-
••миутной работы источников под нагрузкой (все платы в кассете вставлены).
Величина пульсаций напряжений должна быть менее 20 мВ.
9. Проверить работу системы импульсно-фазового управления (генератора
' Мжнгающих импульсов G-08).
В кассете преобразователя на каждую координату установлено по две пла-
Ты 0-08. Первая управляет анодной группой тиристоров, вторая — катодной.
, Нумерация контрольных точек в плате идет последовательно сверху вннэ.
Рве. 7.19. Осциллограммы сигналов в контрольных
точках платы G-08
Поскольку в платах G-08 отсутствует нулевая контрольная точки, наблю-
дение сигналов следует проводить относительно контрольной точки <0 вольт» лю-
бой другой платы. •
Для проверки СИФУ необходимо обеспечить на ее Входе нулевое напряже-
ние управления, для чего следует блокировать регулятор скорости (реле блоки-
ровки В2 выключено) и установить нулевое задающее напряжение.
9.1. Вставить в кассету все блоки преобразователя и проверить напряжение
в контрольных точках KTI и КТ5 платы регулятора скорости Z-14A (рис. 7.18).
Эти напряжения являются входными для блока СИФУ и не должны превышать
20 мВ. В противном случае следует проверить работу PC (см. пункт 10);
9.2. Осциллографом наблюдать форму напряжений в контрольных точках
КТ 1+КТ6 (рис. 7.19): -
(КТ1+КТЗ) — выходные напряжения формирователей (Г/ч-ГЛ);
КТ4 — синхроимпульсы запуска генератора пилообразного напряжения;
< ‘ КТ5 — пилообразное напряжение (ОУ XI);
КТ6—выходное напряжение компаратора (ОУ ХЗ).
Напряжения в точках KTl-j-КГб платы G-08 анодной и катодной групп
сдвинуты относительно друг друга на 180 эл. град.
В случае несоответствия напряжений рис. 7.19 необходимо провести боле*
тщательную проверку работы всех элементов по тракту схемы.
Единственным внешним элементом настройки платы СИФУ является потен-
циометр R26 напряжения смещения компаратора. Этим потенциометром произ-
водится регулировка начального угла зажигания тиристоров.
9.3. Установить начальное значение угла а«.. Эта операция выполняется
по сигналу в контрольной точке КТ6. Задний фронт сигнала КТ6 фиксирован
и определяется моментом перехода через ноль синхронизирующего напряжения.
Передний фронт необходимо установить на величину 1,4 мс от заднего фронта
регулировкой потенциометра R26. При этом напряжение в КТ7 составляет около
—1,3 В. Следует учитывать, что эта регулировка является предварительной,
так как окончательная настройка угла ааа» производится по величине началь-
ного якорного тока и рассматривается в дальнейшем.
9.4. Проверить наличие и форму выходных импульсов управления тиристо-
рами Длительность импульсов около 0,25 мс, амплитуда иа первичной обмотке
импульсного трансформатора 30 В, на вторичной J-r-4 В в зависимости от ин-
дивидуальных характеристик тиристоров.
10. Проверить работу регулятора скорости (Z-14 А) и входных фильтров
(V-21). для чего:
10.1. Вытащить плату токоограничения Z-I6 А-
10.2. Тумблером деблокировки проверить срабатывание реле В2.
10.3. Блокировать привод и подать на его вход U, задающее напряжение
величиной 10 В. Убедиться, что напряжение в контрольной точке KTI регулято-
ра скорости неизменно равно нулю. Медленное увеличение напряжения говорит
о том, что PC не блокирован.
10.4. Деблокировать привод и подать на его вход задающее напряжение
величиной 0,5 В. Наблюдать медленное насыщение PC до величины ll-i-12 В.
10.5. Убедиться, что выходное напряжение изменяет полярность при реверсе
вадающегб напряжения.
10.6. Потенциометром R8 произвести балансировку регулятора скорости.
При этом подключить цепь обратной связи по скорости, установить нулевое за-
дающее напряжение и блокировать регулятор.
Величина выходного напряжения в точке KTI не должна превышать 0,5 мВ,
* в точке КТ5 10 мВ.
10.7. Проверить работу схемы ограничения максимального выходного на-
вряженик PC, для чего при деблокированном приводе подать задающее напря-
жение ±10 В на вход Ur. Напряжение на выходе в КТ1 должно быть 11,4-»-
В, а в KTS отличаться от него не более чем на ±1%. При необходимости
®<Цобрать величины сопротивлений R16. R17 и R18, R19 для отрицательного и
В|*М0Жительного выходного напряжения соответственно.
10.8. Проверить регулирование переднего фронта импульса в KTS платы
'•ИФУ при изменении величины задающего напряжения.
Ю.9. Проверить величину минимального угла зажигания тиристоров ааыи
Рис. 7.21. Переходам характеристика скорости при реверсе 1/,«я
наблюдая форму сигнала в КТ6 платы СИФУ при насыщенном регуляторе ско-
рости (рис. 7.20). В этом случае угол аж11-ЗО,+ав1в.Ог»яН5 вл. град. Следует
помнить, что осциллограмма рис. 7.20 наблюдается только иа одной нз плат
G-08.
На второй плате компаратор ХЗ насыщен до напряжения —13.5 В. При из-
менении полярности задающего напряжения формы сигналов плат G-O8 меняются
местами.
10.10. Окончательно убедиться в правильной работе регулятора скорости,
наблюдая форму сигнала в КТ1 платы 2-14 А (рис. 7.21) при многократном
реверсе задающего сигнала величиной ±0,5 В и деблокированном приводе.
И. Проверить работу платы нелинейного токоограиичсиня (Z-/6A).
Расположение контрольных точек н регулировочных сопротивлений иа плате
показано на рис. 7.22.
11.1 . Вставить влагу Z-/6A.
11.2 . Деблокировать привод.
ПЛ. На вход Ur подать задающее напряжение величиной +(2±3) В и по-
тенциометром R4 выставить напряжение —7,8 В±0,2 В в контрольной точке КТЗ
платы Z-16 А (та же i КТ/ платы Z-14A). Эта регулировка устанавливает
максимальную величину тока якоря при нулевой скорости.
?
перемычку
I
ром R32 установить в КТЗ
напряжение +2.7В (режим
(имитация
R31 уста-
торможения).
11.6.' Снять
• 11.4. Изменить . поляр-
ность задающего напряже-
ния и потенциометром R9
выставить в КТЗ напряже-
ние величиной +7,8 В±0,2 В.
11.5. Во входном фильт-
ре V-21 отпаять сопротив-
ление R4 и отключить тахо-
, : - генератор с вывода 5. Пере-
Ряс. 7.22. Расположение контрольных точек и по- иь1чкой 38—5 подать на
тенциометров платы Z=16A гилл -—
вход БИТО напряжение
—15В. (имитация сигнала
тахогенератора). Подать по-
ложительное задающее на-
пряжение + (2+3) В и по-
тенциометром R30 устано-
вить в КТЗ напряжение —
9В (режим пуска). Изме-
нить полярность задающего
напряжения и потепциомет-
Рис. 7.23. Осциллограмма уравнительного тока
якоря
11.7 . Перемычкой 7—5 подать на вход БНТО напряжение +15 В
сигнала тахогенератора). При задании —(24-3) В потенциометром
вовнть в КТЗ напряжение +9 В (режим пуска). Изменить полярность задаю-
щего напряжения иа +(2+3) В и потенциометром R29 установить в КТЗ на-
пряжение —2,7 В (режим торможения).
11.8 . Снять перемычку 7—5, запаять на место сопротивление R4.
На этом проверка и предварительная настройка плат преобразователя за-
Пмчивется.
12. Подключить двигатель к преобразователю таким образом, чтобы- вывод
1Д (черного-цвета) был подключен к клеммам 10, 12 вли Г4, а вывод 2Д (белого
Цвета) к клеммам 11. 13 или 15 в зависимости от налаживаемой координаты.
Неправильное подключение может привести к размагничиванию двигателя.
ВНИМАНИЕ! Все работы, связанные с подключениями и пайкой, производить
только при выключенном силовом напряжении.
13. Отрегулировать величину начального тока якоря электродвигателя при
пулевой частоте вращения (в технической документации завода изготовителя
«го называют уравнительным током. Не путать с классическим уравнительным
Током, протекающим по преобразователю, минуя цепь двигателя, при согласован-
в°м управлении группами вентилей), для чего:
200 *
Рис 7.24. Осциллограмма тока якоря и (/„.* при
реверсе
13.1. Снять с ножки 5 вывод тахогенератора, установить нулевое задающее
напряжение и блокировать регулятор скорости.
• -. 13.2. Включить силовое питание.
13.3. Потенциометрами R26 в платах СИФУ (0-08) установить в анодной
и катодной ветвях преобразователя равные по величине токи таким образом,
чтобы длительность протекания тока была *в два раза меньше длительности
паузы. , ;
Для двигателя С Afa0H=-17 Нм. применяемого в серийных станках ГСПО.
величина тока устанавливается равной 4 А. Большая величина тока улучшает
динамические характеристики привода, но при этом усиливаются вибрации, по-
этому находят компромиссное решение.
, 13.4. Проконтролировать, чтобы все тиристоры находились в нормальном про-
водящем состоянии, наблюдая начальный ток в цепи якоря, двигателя. При этом
время протекания тока должно быть в два раза больше паузы (ряс 7.23).
14. Выполнить фазировку обратной связи по скорости, для чего:
14.1. Блокировать регулятор.
14.2. Переключить задатчик скорости со входа Ur на вход Utt- При этом ре-
гулятор скорости будет иметь коэффициент передачи
к ______________________________
Л2(У21) + /?2(Z14A)
14.3. Отключить с вывода 5 тахогенератор.
14.4. Установить задатчиком скорости минимально возможную частоту вра-
щения и определить полярности задающего напряжения и вывода тахогенератора,
отключенного от точки 5. Для получения отрицательной обратной связи поляр-
ности должны быть противоположны.
14.5. Вернуть на вход U, задатчик скорости,, подключить тахогенератор и
проверить работу привода во всем диапазоне, плавно изменяя задающее на-
пряжение для обеих полярностей.
Рис. 7.25. Оптимальная настройка
переходного процесса
15. Проверить наличие дрейфа при ну-
левой частоте вращения, для чего устано-
вить нулевое задающее напряжение н де-
блокировать регулятор.
В случае, если наблюдается вращение
вала электродвигателя со скоростью, боль-
шей чем 0,1 об/мин, потенциометром R8
в плате СИФУ (Z-14A) отрегулировать
частоту вращения до минимально возмож-
ной величины.
16. Проверить и отрегулировать кривую
токоограничения, для чего:
16.1. Установить в цепь якоря двигате-
ля шунт.
16.2. Подключить к шунту осциллограф с памятью луча таким образом, что-
бы общий вывод осциллографа был соединен с зажимом, идущим к нулевой
точке силового трансформатора.
16.3. Установить максимальное задающее напряжение ±10 В и осущест-
вить реверсы электродвигателя.
16.4 На экране осциллографа наблюдать кривую тока якоря (рис. 7.24).
Потенциометрами R9, R31, R29 и R4, R30. R32 на плате БИТО (Z-16A) уста-
новить допустимые для конкретного двигателя величины начального тока тор-
можения. максимального тока в конечного тока пуска.
На рис. 7.24 показано назначение потенциометров для варианта распайки
перемычек, определяющих направление вращения: 4—3. 2—1. При перекрест-
ной распайке перемычек 4—1, 2—3 потенциометры платы Z-16 Л, относящиеся
к осциллограмме положительного тока якоря, будут относиться к осциллограм-
ме отрицательного тока, и наоборот.
Величины токов рис. 7.24 соответствуют электродвигателю с AfnoM=l7 Нм
и номинальным током /пом — 28 А.
17. Проверить и при необходимости установить масштаб частоты вращения.
Данная регулировка бывает необходима, если нужно точно выдержать со-
отношение максимального задающего сигнала к максимальной частоте вращения,
либо установить специально другое соотношение. Масштаб скорости определя-
ется соотношением делителя R4. R5 напряжения тахогенератора во входном
фильтре (V-21).
Для понижения максимальной скорости необходимо уменьшить R4, а для
повышения—уменьшить величину сопротивления R5.
18. Проверить и при необходимости настроить переходный процесс по ча-
стоте вращения.
Ойтимальный характер переходного процесса (рис. 7.25) настраивается на
заводе-изготовителе для каждого типоразмера двигателя с дополнительным мо-
ментом инерции. При этом в цепи обратной связи регулятора скорости подби-
раются соответствующие величины сопротивления R10 и конденсатора СЗ.
На практике обычно не возникает необходимости изменять эти параметры.
Однако иногда возникают ситуации, когда по причине невысокого качества
сборки механизма управляемого приводом к валу двигателя прикладывается
момент нагрузки, зависящий от угла поворота. В этом случае заметно ухудша-
ется плавность перемещения узлов. Это особенно характерно для привода <Ме-
зоматик», имеющего худшие динамические характеристики по сравнению с дру-
гими приводами (Кемрон, ЭТУ3601, ЭТ6С).
Для улучшения равномерности вращения необходимо увеличить коэффици-
ент пропорционального усиления регулятора скорости, одновременно сохраняя
неизменной постоянную времени цепи обратной связи PC. Конкретные величины
цепи обратной связи для привода P3HR-444 А приведены в табл. 7.1.
Таблица 7.1
Коэффициент пропорционального усилии регулитора скорости R10, кОм СЗ, мкФ
я, 220 0,15
- 1.5Я, 130 0.1
2.ОК, <• 440 0,075
2.5Я0 550 0,06
з.оя. 660 0,05
Равномерность вращения оценивается по форме сигнала тахогенератора.
При этом следует помнить, что если неравномерность вызвана оборотными пуль-
сациями момента нагрузки, то частота соответствующих нм провалов будет пря-
мо пропорциональна частоте вращения.
После подбора коэффициента пропорционального усиления, обеспечивающе-
го плавность перемещения еще раз убедиться, что электропривод устойчиво
работает во всем диапазоне скоростей.
На этом наладку привода в регулируемом режиме можно считать закон-
ченной.
Общая принципиальная схема электропривода <Мезоматнк> приведена иа
рис. 7.26.
Ряс. 7.26. Общая принципиальная схема мектропривода «Меэоматнк»
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
КОМПЛЕКТНЫЙ электропривод
ПОДАЧИ ТИПА TNP
Ряс. 8.1. Общий вид привода TNP
Серия электроприводов подачи типа TNP производства ПНР выпускается
в двух исполнениях:
I. В виде отдельных модулей и подузлов, в состав которых для одной коор-
динаты входят:
— тиристорный преобразователь типа TNP1N (TNP2N):
— блок контактной аппаратуры управления, зашиты и сигнализации типа
BS;
— силовой трансформатор типа ТЗ;
— уравнительные дроссели типа ДРО;
— высокомоментный электродвигатель постоянного тока серин «5680» со
I встроенными тахогенератором, резольвером и электромагнитным тормозом.
Установка тормоза и резольвера, а также величина передаточного отноше-
ния мультипликатора определяются заказчиком.
На рис. 8.1 приведена фотографий комплекта привода TNP.
Примечание. Модернизированное исполнение привода TNP/В отличает-
ся меньшим количеством печатных плат при неизменной принципиальной схеме
и заменой релейной защиты от пропадания фаз на электронную.
2. В виде комплектных станций управления типа ZSO на одну, две или
три координаты.
• Все основные характеристики электроприводов типа TNP соответствуют тре-
бованиям международной организации «Интерэлектро». .
Следует отметить, что высокомомеитные электродвигатели серин «5680» из-
готавливаются по лицензии фирмы «Портер».-
Описание принципиальной схемы привода
Блок-схема электропривода показана на рве. 8.2, где: PC—регулятор ско-
рости; ИНВ — инвертор; Kt, Ki— ключи; СИФУ — система импульсно-фазового
управления; БИТО— блок нелинейного токоограничения, УТ — усилитель тока;
Sh — шунт; РВТ—регулятор максимальной величины тока; S3 —блок защиты;
ТП — тиристорный преобразователь; ТР — силовой трансформатор; L — уравни-
тельный дроссель; Я— электродвигатель; ТГ — тахогенератор.
| L Преобразователь выполнен по одноконтурной схеме с регулятором скоро-
сти и работает в зоне прерывистых токов. Управление — согласованное в эоне
рабочих скоростей и раздельное в зове ускоренных перемещений. Предусмотре-
но нелинейное токоограничение, ограничение максимальной величины тока яко-
ря, защита от пропадания фаз силового питающего напряжения.
Приступим к подробному описанию принципиальной схемы.
Силовая схема (рис. 8.3) выполнена по реверсивной трехпульсной протнBo-
b' Параллельной схеме выпрямления.
Нагрузкой преобразователя является высокомоментный электродвигатель с
сегментными феррит-бариевыми постоянными магнитами.
Предусмотрены уравнительные дроссели.
Силовые тиристоры защищены ЛС-цепочками.
Обмотки силового трансформатора включенье по схеме «треугольник — зиг-
заг». Это исключает постоянное подмагничивание и, как следствие, позволяет
L Уменьшить сечение магнитопровода. -
Первичная и вторичная цепи трансформатора защищены предохранителями.
Предусмотрена цепь динамического торможения при аварийном отключении
Привода, а также шунт для контроля величины якорного тока.
Примечание. В приводе применено независимое доплатное обозначение
5 плектронных элементов. На каждом блоке их нумерация начинается с номера
Рис. 8.3. Силовая схема
и - • —1
одни, поэтому в полной схеме имеется много одинаковых обозначений и следует
быть внимательным.
Обозначение блоков следующее:
1RN — регулятор скорости; ЮР — блок нелинейного токоограничения;
1ZP — система импульсно-фазового управления; 1UZ — блок защиты; 1ZN — ие-
стабилизнрованный блок питания; 1ZS — стабилизированный блок питания.
Регулятор скорости 1RN (рис. 8.4) представляет собой пропорционально-ин-
тегральный регулятор, выполненный на операционных усилителях 4V, IV и 2V.
Задающее напряжение с максимальным значением ±10 В подается на вход
дифференциального усилителя 4W с коэффициентом передачи, равным единице,
после чего сраввивается с сигналом обратной связи по скорости в пропорцио-
нальном усилителе IV. коэффициент усиления которого — десять. Усиленный
ОУ IV сигнал ошибки подается на вход ПИ-регулятора скорости, выполненного
иа -ОУ 2VX Выходной сигнал регулятора скорости, а также его инверсное значе-
ние с ОУ 3V управляют системой импульсно-фазового управления СИФУ.
Применение дифференциального усилителя 4V для задающего сигнала поз-
воляет отфильтровать напряжения «шумов», неизбежно присутствующих в ин-
формационных проводах и общей шине при длинных линиях связи (в данном
случае от устройства ЧПУ), так как эти напряжения подключаются к усилителю
синфазно и взаимоуиичтожаются. Симметрирование усилителя 4V осуществля-
ется потенциометром 6РЗ.
Регулирование коэффициента пропорционального усиления PC выполняется
потенциометром ЗР, а его балансировка — потенциометром 2Р.
Потенциометр 1Р в цепи обратной связи по скорости предназначен для ус- j
> тановки масштаба скорости. J
Замыкающиеся контакты реле 1К2 во входной цепи ОУ IV и в цепи обрат- i
L • ной связи ОУ 2V предназначены для блокировки регулятора скорости и созда- '
ина нулевых начальных условий работы интегрирующей цепочки. , - КI
•• Электопрнвод типа TNP (TNP/B), так же как и привод «Мезоыатнк», в Ж
8* 2,1 111
II
тЯческнх режимах работает в зоне прерывистых токов. В этом случае можно
Е^орнть об отсутствии электромагнитное постоянное времени привода, в связи
е чем регулятор тока в системе подчиненного регулирования в данном приводе
Евдгтствует.
Блок нелинейного токоограннчения ЮР (рнс. 8.5) ограничивает максимальное
вцходное напряжение регулятора скорости и, следовательно, величину тока яко-
ря в динамически* режимах в функциональной зависимости от частоты враще-
ния двигателя.
Принцип построения БНТО привода TNP также аналогичен блоку токоог-
раничення привода «Мезоматик», подробно рассмотренному в главе 7. Его ха-
рактеристики линейно аппроксимированы (рис. 8.6).
Отличительными особенностями являются следующие:
1. Введение усилительных звеньев на ОУ IV и 3W в цепях разделительных
диодов 1Д-±~4Д, что позволило компенсировать нечувствительность диодов в
начальной части характеристики и, как следствие, совместить максимум тока
с нулевой скоростью (рис. 8.7).
. 2. Предусмотрено два выхода БНТО. шунтирующих как прямой, так и ин-
версный выходы регулятора скорости. Нужный капал выбирается диодами 5Д
и 6Д
На рнс. 8.8 показана форма огибающей тока якоря в переходных процессах
к влияние на нее регулировочных потенциометров.
Рассмотрим работу схемы, например, при пуске и положительной величине
Задающего напряжения.
Поскольку дифференциальный усилитель задающего сигнала инвертирует
знак, напряжение тахогенератора будет также положительным. Диоды 1Д и 4Д
заперты, диоды 2Д н ЗД открыты.
Рнс. 8.8. Диаграмма пуска, реверса
и торможения
Рнс. 8.6. Характеристики
блока НТО
Рнс. 8.7. Влияние актив-
ного звена на огибающую
тока
На входе ОУ 2W напряжение отрицатель-
ное, а на входе 4W— положительное. Эти на-
пряжения суммируются с отрицательным на-
пряжением смещения, регулируемым потенцио-
метром 5Р при нулевой скорости.
Выходное напряжение усилителей 2W
н 4W положительное, однако с ростом частоты
вращения его величина ва выходе 2W увеличи-
вается, а на выходе 4W уменьшается.
Управляющее напряжение на прямом вы-
ходе регулятора скорости (2U7) отрицательное,
а на инверсном (3IF) положительное.
При данном распределении полярностей
напряжений диод 6Д всегда заперт, а состоя-
ние диода 5Д определяется соотношением ве-
личин напряжений выхода токоограннчения
(2W) и выхода регулятора скорости (ЗТ).
Если ^р«<^бнто, т- е* величина тока
якоря не превышает допустимое значение, ди-
од 5Д заперт и токоограннченне не работает.
Если 1/,«>1/внто. диод 5Д открывается,
шунтируя выход регулятора скорости. При этом снижается управляющее напря-
жение и, следовательно, величина тока. По мере разгона двигателя допустимая
величина тока снижается.
При торможении аналогичным образом работает диод 6Д.
Наличие блока нелинейного токоограннчения позволяет полностью исполь-
зовать перегрузочные возможности высокомомеитиых электродвигателей (рис 8.9).
Здесь можно выделить три режима:
1. Режим непрерывной работы. 2. Режим повторно-кратковременной работы.
3. Режим кратковременной работы, т. е. режим безопасной коммутации при
переходных процессах. *,
Для двигателей серии «5680» рекомендуется устанавливать предельную ве-
личину тока, равную 60% указанной в каталоге. При этом обеспечивается ше-
стикратная перегрузка и полностью исключается возможность размагничивания.
Система импульсно-фазового управления 1ZP выполнена по вертикальному
принципу, состоит из трех аналогичных каналов н обеспечивает синхронизацию.
213
г 4
Рис. 8.9. Перегрузочная характери-
стика ВМД
формирование и распределение управ-
ляющих импульсов к силовым тиристо-
рам.
Блох-схема СИФУ и диаграмма, по-
ясняющая принцип ее работы, приведены
соответственно па рис. 8.10 и 8.11.
В связи с тем что предусмотрено три
независимых канала СИФУ и синхрони-
зирующим напряжением является сило-
вое напряжение питания тиристоров, сни-
маемое со вторичной обмотки силового
транеформатора, тиристорный преобра-
зователь не требует фазировкн с первич-
ной стороны питания.
Синхронизирующее напряжение через
резистор R38 поступает иа базы тран-
зисторов IT и 6Т блоков пилообразного напряжения (рис 8.12). Положитель-
ная полуволна открывает входной транзистор IT и закрывает транзисторы
2Г-Т-4Г. Задержка переднего и заднего фронтов прямоугольных напряжений от-
носительно синхронизирующего составляет порядка 10 эл. град, и может быть
подобрана параметрами цепочки 1R. 2С. Происходит заряд конденсатора ЗС
через открытый прямым смещением транзистор 5Т и потенциометр 1Р, при этом
формируется пилообразное напряжение. При отрицательной полуволне синхро-
низирующего напряжения транзистор 1Т закрывается, а транзисторы 2T-S-41
открываются. Конденсатор ЗС разряжается через открытый транзистор 4Т и не-
большое сопротивление 7R. Выходное напряжение блока становится равным
-15 В.
Второй блок пилообразного напряжения работает аналогичным образом, од-
нако формирование <пнлы» происходит при отрицательной полуволне синхро-
низирующего напряжения.
Компараторы (рис. 8.13) выполнены на ОУ tW н 3W по схеме с положи-
тельной обратной связью, что исключает появление сложных» вторичных им-
пульсов при наложении сшумовых сигналов». За счет включения в цепь поло-
жительной обратной связи диодов гистерезисная характеристика компаратора —
односторонняя.
На вход компаратора подаются три напряжения:
-— пилообразное, наклон которого регулируется потенциометром 1Р;
— напряжение смещения, регулируемое потенциометром 7Р, за счет кото-
рого устанавливаются начальные углы зажигания; • —
— управляющее напряжение, поступающее с выходов регулятора скорости.
Максимальная величина этого напряжения, а следовательно и минимальный угол
йпаздывания зажигания аааа, регулируется потенциометрами 4Р и 5Р для анод-
ной н катодной группы соответственно. •
При изменении величины управляющего напряжения обеспечивается согласо-
*>илое управление преобразователем в зоне рабочих скоростей и раздельное в
Ь14
зоне ускоренных перемещений. Раздельное управление обеспечивается автомати-
чески за счет «срыва» формирования управляющих импульсов инверторной груп-
пы. ввиду неодинаковых положительной и отрицательной амплитуд пилообраз-
ного напряжения. ' /
Выходное напряжение компаратора дифференцируется, и отрицательный им-
пульс открывает импульсный усилитель (рис. 8.14), выполненный на транзисто-
рах 10Т и ПТ. Длительность управляющего импульса около 200 мкс. При боль-
шей ширине происходит насыщение импульсного трансформатора.
Второй выход СИФУ формирует аналогичный импульс, сдвинутый в исход-
ном состоянии иа 180 эл. град.
Предусмотрена блокировка управляющих импульсов от станка или при сра-
батывании внутренних защит преобразователя.
Форма начального тока в группах преобразователя и якорной цепи (рис. 8.15)
зависит от величины начального угла запаздывания зажигания ааа«.
Их влияние на характеристики работы привода рассмотрены при описании
привода «Мезоматнк».
Система защит преобразователя
В преобразователь типа TNP предусмотрены следующие защиты:
— от длительной перегрузки; от перегрева электродвигателя;
— от пропадания первичного я вторичного напряжения силового питания;
— от перегрузки стабилизированного источника питания.
Схема защиты от длительного превышения номинального ток* (рис. 8.16)
выполнена на операционных усилителях IW-^ЗФ и транзисторах ЗТ в блоке
защиты и 1Т-т-4Т в блоке токоограничения. Статические характеристики в конт-
Рис. 8.11. Диаграмма работы СИФУ
+UB
• й
*f5B
Рнс. 8.12. Схема блока пилообразного напряжения
рольных точках и диаграмма работы -схемы защиты показаны на рис 8.17 н
рис. 8.18 соответственно.
При достижении током якоря величины номинального тока переключа-
ется пороговый элемент 2V и запускает схему задержки, выполненную на эле-
ментах 8С, 12R. Величина выдержки составляет около (3004-500) мс, после чего
включается реле 1КЗ и запирается транзистор ЗТ. Замыкающийся контакт реле
IK3 подключает к выходу усилителя тока 1W пороговый элемент 3V7, переклю-
чение которого происходит при токе 1.5 При этом открываются диоды 8Д
и 9Д, шунтируя прямой и инверсный выходы регулятора скорости. Ток якоря
ограничивается на уровне 1.5 /«. Если в течение выдержки времени ток спа-
дает до уровня меньше /<>. то реле 1КЗ выключается, защита не срабатывает.
Пусковые токи в течение времени, большего, чем время срабатывания защи-
ты, вызовут перегорание предохранителей в силовой цепи.
понять принцип работы' привода и быстро устранять отдельные неисправности.
Обязательным условием перед наладкой является изучение принципиальной схе-
мы электропривода по материалам данного справочного пособия.
Последовательность наладки привода
I. Выполнить монтажные работы в соответствия со схемой электрических
соединений рис. 8.21.
2. Вытащить все электронные блоки преобразователя.
3. Отключить якорные концы электродвигателя.
I Рис. 8.18. Диаграмма работы защиты
220 »
4. Провести внешний осмотр пре-
образователя и электродвигателя.
При обнаружении повреждений уст-
ранить их.
5. Подтянуть все контактные сое-
динения на силовом трансформаторе,
дросселях, предохранителях, реле, пе?
реходных рейках и т. д.
6. Включить силовое питание
~380В и проверить наличие напря-
жений на всех фазах. Напряжение
вторичной обмотки силового транс-
форматора должно быть 1/>фас!40В.
7. Вставить плату нестабилкзиро-
ванного источника питания 1ZN.
7.1. Проверить наличие напряже-
ния на всех трех фазах вторичной об-
мотки трансформатора источника пи-
тания Величина фазного напряжения
должна составлять 1/>фМ18В.
7.2. Проверить величину и форму
выходных напряжений ИП ±24В на
всех выходах платы.
8. Вставить плату ста-
билизированного источника
питания 1ZS.
8.1. Проверить величи-
ну и форму выходных на-
пряжений ±15В иа всех вы-
ходных ножках платы. При
необходимости выставить
выходные напряжения при
помощи потенциометров 1Р
и 2Р.
Рис. 8.20. Схема включения силового контактора
. С1
8.2. Проверить срабаты-
вание защиты от понижения
выходного напряжения пу-
тем перемыкания выходов
23—24 н 32—5. При втом должно выключаться реле 1К.1.
9. Вставить перемычку между ножками 1—3 колодки платы токоограниче-
ния ЮР. При этом создается цепь питания реле <14.
10. Включить силовой контактор С1 и проверить работу связанных с ины
защит от: •
10.1. Пропадания напряжения силового питания ~380 В путем вывинчива-
ния предохранителей е2. При правильной работе защиты силовой коятактор вы-
ключается. .
10.2. Обрыв» во вторичной цепи силового трансформатора путем последо-
вательного вывинчивания предохранителей el. При этом включаются реле
rf54-d7 и выключается контактор CI
11. Вставить первую плату системы импульсно-фазового управления 1ZP.
Рис. 8.23. Регулировка пилообразного
напряжения
11.1. Проверить соответствие фазировки силового питания преобразовате-
ля в точке R н синхронизирующего напряжения СИФУ в точке 30 платы IZP
(рис. 812).
11.2. Наблюдать пилообразные напряжения на конденсаторах ЗС и 6С.
11.3. Наблюдать наличие выходного импульса блока на коллекторах тран-
зисторов ИТ я 1ST.
11.4. Потенциометрами 1Р и 2Р произвести регулировку пилообразных на-
пряжений таким образом, чтобы вершина <пнлы> была на уровне нулевого
напряжения (рис. 8.23). Данную регулировку легко выполнить, наблюдая на
экране осциллографа смещение выходного импульса. При правильной настройке
в момент касания вершиной «пилы» нулевого уровня в точке А выходно#Э1М-
пульс пропадает.
12. Вытащить настроенную плату 1ZP. Это необходимо сделать, так как
платы СИФУ взаимно влияют друг на друга при отсутствии платы регулятора
скорости 1PN и настроить следующую плату не удастся.
ВНИМАНИЕ! Перестановка всех плат допускается только при выключен-
ном. питании.
13. Аналогичным образом провести настройку двух других плат СИФУ. Фа-
эировка напряжений проверяется соответственно между точками 5—30 и Т—30.
14. Вставить плату регулятора скорости 1PN.
14.1. Установить бегунок потенциометра 1Р. определяющего глубину обрат-
ной связи по скорости, в верхнее положение, что обеспечит менКШую скорость
при первом включении двигателя.
14.2. На выходе задания смещения для компаратора СИФУ. в точках 16, 18,
потенциометром 7Р выставить напряжение около 3 В, что ориентировочно со-
ответствует начальному углу запаздывания зажигания ааз«э$130 эл. град.
14.3. Закоротить на ноль входы задающего напряжения регулятора 10 н 4
и при выключенном реле 1К2 (регулятор деблокирован) сбалансировать диф-
ференциальный 4W и пропорциональный /17 усилители. Балансировка' осущест-
вляется потенциометрами 6Р я 2Р соответственно. -' Л
14.4. Подать на вход регулятора задающее напряжение l/3taedOO мВ и по-—
iU3ad
Рис. 8.24. Диаграммы
регулятора скорости
Рнс. 825. Установка начального угла
зажигания аааа
Ряс. 8.26. Установка минимального
угла зажигания a mm
I тенциометром ЗР выставить коэффициент пропорционального усиления порядка
к—15. При этом на выходе ОУ 1W напряжение равно си 1,5 В.
14.5. Изменяя знак задающего напряжения, наблюдать работу ПИ-регуля-
' тора по плавному изменению напряжениА на выходах усилителей 29 и 31Г
I (рис. 8.24). Пунктиром показано выходное напряжение при закороченном кон-
денсаторе ГС 14.
15. Вставить все платы СИФУ.
16. При заблокированном регуляторе скорости (включено реле 1К2) или
при выведенных в нуль потенциометрах 5Р и 4Р выставить начальный угол за-
| Жигання ааа,—130°, регулируя напряжение смещения потенциометром 7Р
| (рис. 8.25). t
Примечание. Установку угла аааа можно также проводить по форме
К выходного тока (см. п. 21).
17. Выставить ограничение минимального угла запаздывания зажигания
) Omm— 30*, для чего:
224
17.1. Разблокировать регулятор скорости.
17.2. Подать на вход регулятора скорости напряжение, достаточное для на-
сыщения ПИ-регулятора 2W и инвертора SV.
173. Потенциометром 5Р установить величину угла ат1,—30* для катодное
группы (рис 8.26). Первоначально необходимо смещать управляющий импульс
влево до пропадания, что связано с наличием однополярного гистерезиса в ха-
рактеристике компараторов /IF и 2W. После пропадания смещать управляющий
импульс вправо на 60“ от точки перехода синусоиды через нуль.
17.4. Изменить полярность задающего напряжения и потенциометром 4Р вы-
ставить аП|В для анодной группы, производя аналогичные операции.
17.5. Проверить равенство напряжений на выходах потенциометров SP и
4Р. При разнице напряжений привести большее напряжение к меньшему.
18. Вставить плату нелинейного токоограннчения ЮР. Потенциометром SP
установить на выходах ОУ 4W я 2 IF блока токоограннчения напряжение около
6 В для первоначального ограничения максимального тока.
19. Подключить якорные концы двигателя к преобразователю.
20. Сфазнровать отрицательную обратную связь по скорости и включить пре-
образователь при кулевом задающем напряжении. На малой частоте вращения
убедиться в работоспособности привода.
21. При нулевом задающем напряжении (/«ад—О наблюдать на шунте ос-
циллограмму тока якоря (рис. 8.27).
21.1. Потенциометрами 1Р и 2Р блоков СИФУ 1ZP выравнять амплитуды
токов относительно средней величины.
При этом разрешается регулировка в пределах ве боле^ (0,254-0,3) оборота
винта потенциометров. Большие отклонения говорят о неправильной предвари-
тельной настройке блоков.
Разность амплитуд верхних и нижних полуволн допустима.
21.2. Деблокировать регулятор скорости.
21.3. Проверить балансировку регулятора скорости.
Рис. 8.28. Диаграмма пуска и торможения
. 21.4. Потенциометром
7Р платы PC 1RN устано-
вить время протекания тока
и время паузы в пропорции
2:1.
22. Выставить макси-
мальную частоту вращения
двигателя.
Регулировка частоты
вращения осуществляется
потенциометром *1Р платы
регулятора ои^рсти ЦЩ
Контроль вращишя произ-
водится по тахометру, стро-
боскопу или по напряжению
якоря тахогенератора. При
п-1000 об/мин напряжение
тахогенератора равно 31,5В.
Разгон я торможение
ррм данной регулировке сле-
дует производить плавно,
так как еще не выставлено
токоог р ан ичение.
Выполнять плавный ре-
верс и проконтролировать
величину /вах при враще-
нии в противоположную сто-
рону.
23. Настроить блок не-
линейного токоограничения.
для чего:
23.1. Потенциометром
6Р платы токоограничения
ЮР установить равенство
напряжения на входе платы
Utr и задающего напряже-
ия 1/,»я на входе дифференциального усилителя регулятора скорости.
23 2. Подключить осциллограф с памятью луча к шунту якорной цепи дви-
гателя таким образом, чтобы нуль осциллографа был на нулевой точке шунта.
23.3 . Выполнить прямой пуск ва максимальную частоту вращения и тормо-
жение. наблюдая осциллограмму тока (рис. 8.28).
23.4 . Оценить величины максимального, тока /о. концевого тока разгона /я
и начального тока торможения /»
23.5 . В соответствии с допустимыми токами для конкретного двигателя -
см. руководство по эксплуатации на комплектный электропривод) провести пер-
воначальную коррекцию
указанных токов соответст-
венно потенциометрами 5Р,
4Р и /Рилаты токоограии-
чения.
23.6 . Пустить двигатель
на максимальную частоту
вращения я записать на эк-
ране осциллографа диаг-
рамму тока для двух ревер-
сов двигателя (рис. 8. 29).
23.7 . Провести оконча-
тельную настройку блока
токоограничения, регулируя
потенциометры JP-S-5P, в со-
ответствии с ряс. 8.29. При
этом первый импульс тока в
начале переходного процес-
са в расчет не принимать.
Для удобства настрой-
ки токовой диаграммы рас-
положение потенциометров
JP-T-5P на плате токоогра-
ничения ЮР соответствует
диаграмме тока (рис 8.30).
Верхними подвнцкометрами
регулируют положительные
значения начального /а и ко-
нечного значения 1* токов,
ннжнвми потенциометра-
Рис. 8.30. Расположение потенциометров регу-
лировки токовой диаграммы
Рис. 8.31. Диаграмма С/тг /хх при размагничива-
нии
ми — отрицательные зиаче- _______ •
ния. Левые потенциометры регулируют левые скачки тока, а правые соответ-
ственно правые скачки.
24. Провести настройку платы защиты 1UZ, для чего:
24.1. Установить в плате защиты перемычки, необходимые для работы с
«регулятором тока» (не путать с регулятором тока РТ в системе подчиненного
регулирования).
24.2. Ползунки потенциометров 2Р и ЗР установить в среднее положение.
• 24Л. При выключенном силовом контакторе С1 потенциометром 1Р сбалан-
сировать усилитель IV усилителя тока.
24.4. Отключит» от преобразователя электродвигатель и подключить вместо
него силовую перемычку.
24.5. Включить преобразователь я при небольшом задающем напряжении
и насыщенном регуляторе скорости PC потенциометром 2Р платы защиты выста-
вить максимальную величину тока на уровне 1,5 Контроль за величиной
221
тока можно проводить по напряжению на шунте (при 7-20 А напряжение на
шунте 1/ш=60 мВ).
24.6 Плавно осуществить реверс, чтобы ток в процессе реверса не превышал
1,5 /Иом. Проверить величину ограничения тока при обратной полярности. При
необходимости уравнять токи балансировкой усилителя 1W
24.7. Проверить действие выдержки времени при срабатывании защитного
реле 1КЗ. которая должна быть порядка (3004-500) мс.
25. Проконтролировать окончательно диаграмму переходного процесса ча-
стоты вращения электродвигателя при пуске, реверсе и торможении. Избыточ-
ную колебательность устранить снижением коэффициента усиления регулятора
скорости PC. Корректирующая цепочка ПИ-регулятора подобрана заводом-
изготовителем привода для конкретного двигателя, и ее изменение без необхо-
димости производить не рекомендуется.
- 26. Проверить работу привода на низкой частоте вращения.
Допустимые пульсации напряжения тахогенератора при л =10 об/мин со-
ставляют около (10-5-12)%.
На этом настройку электропривода в регулируемом режиме можно считать
законченной. ,
Приведем для справки возможные причины и признаки размагничивания
электродвигателя.
Причиной размагничивания может быть превышение максимально допусти-
мого тока якоря при неправильной настройке токовой диаграммы блока токо-
ограничения. а также длительное хранение двигателя (более 304-40 мин) при
его разборке с вынутым ротором. Во избежание размагничивания вместо ротора
следует вставить круглую металлическую болвашку того же днацетра.
Признаками размагничивания электродвигателя являются плохая коммута-
ция, неравномерность напряжения тахогенератора, зубцовые пульсации тока хо-
лостого хода якоря (рис. 8.31). 55 пульсаций тахогенератора с AUar (80-5-100) %
иа один оборот двигателя связаны с наличием 55 пазов ротора, а 8 пульсаций
тока якоря двигателя -—с наличием 8 полюсов.
Полная принципиальная схема электропривода TNP приведена па рис. 8.32.
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
МЕТОДИКА НАСТРОИКИ
ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
Характеристика тиристорного преобразователя
как элемента системы автоматического регулирования
Из специфических свойств тиристорного преобразователя, которые влияют
на динамические характеристики электропривода (или качество переходных про-
цессов), можно выделить следующие:
I. Дискретность и полууправляемость.
В [17] показано, что если полосу пропускания линейной части электроприво-
да (регуляторы, двигатель, датчики обратных связей) ограничить областью, где
влияние этих свойств на динамику незначительно, то тиристорный преобразова-
тель можно считать безынерционным эвеном. Во всех электроприводах настрой-
ка регуляторов производится таким образом, что это условие является выпол-
ненным. Примерные величины предельных значений полосы пропускания [17]
для систем подчиненного регулирования в области непрерывного тока состав-
ляют:
— для трехпульсяой схемы выпрямления (/и—3):
< fle»t—0,515 ац*а|60 рад/с (/ = 26 Гц);
— для шестипульсной схемы выпрямления (ni—6):
< >..!-0,77 <1М“240 рад/с (т-38 Гц).
Здесь On — круговая частота сети, равная 314 рад/с при /е—50 Гц.
Настройка регуляторов, при которой величина полосы пропускания линей-
ной части электропривода превышает предельное значение, приводит к возник-
новению автоколебаний в системе автоматического регулирования.
2. Возможность возникновения в якорной цепи режима прерывистого тока.
Режим прерывистого тока имеет следующие особенности: электромагнитная
постоянная времени якорной цепи Г» не оказывает влияния на длительность про-
текания переходных процессов тока; значительно уменьшается коэффициент пе-
редачи тиристорного преобразователя по сравнению с коэффициентом передачи
в эоне непрерывного тока. Указанные факторы являются определяющими с точ-
ки зрения выполнения структур электроприводов.
, Г ‘ :
Тиристорные преобразователи в электроприводах сМезоматик» и TNP в диа-
пазоне токов нагрузки до номинального тока двигателя работают в эоне пре-
рывистого тока. Поскольку в этом режиме действие Т» на переходные процессы
тока ие проявляется, в указанных электроприводах отсутствуют регуляторы то-
ка, а система регулирования выполнена по одноконтурной структуре.
В электроприводе БТУ3601 раздельное управление комплектами тиристоров
приводит к тому, что в диапазоне токов до (0,3—0,8) двигателя (в зависи-
мости от сглаживающего дросселя в якорной цепи) имеется режим прерывистого
гока. При увеличении тока нагрузки до номинального ток становится непрерыв-
ным. Поэтому для компенсации Т, в зоне непрерывного тока используется регу-
лятор тоха, а уменьшение коэффициента передачи тиристорного преобразователя
в зоне прерывистого тока компенсируется использованием нелинейного эвена,
которое обеспечивает одинаковый совместный коэффициент передачи нелиней-
ного звена и тиристорного преобразователя в зонах прерывистого и непрерыв-
ного токов.
В электроприводе ЭТ6 с совместным управлением за счет согласования групп
тиристоров при угле регулирования а,.,-90 эл. град эона прерывистого тока
отсутствует полностью. Поэтому тиристорный преобразователь имеет линейную
регулировочную характеристику, а для компенсации Т, используется регулятор
тока, то есть система регулирования выполнена по обычной двухконтурной
, структуре. •
В электроприводе <Кемрон» силовая часть реализована аналогично элект-
роприводу ЭТ6 с той лишь разницей, что согласование групп тиристоров произ-
• водится при угле регулирования а.а,= 100 эл. град. Это приводит к тому, что
якорная цепь в диапазоне токов до (0.1—0Л) />> двигателя работает в режиме
прерывистого тока. Уменьшение коэффициента передачи тиристорного преобра-
зователя в зоне прерывистого тока компенсируется использованием адаптивного
регулятора скорости. Таким образом, в электроприводе «Кемрои» система регу-
лирования выполнена по двухконтурной структуре с использованием адаптивно-
го реаулятора скорости. Необходимо отметить, что выполнение системы регу-
лирования с адаптацией только в функции скорости (не контролируя режим
тока) является не совсем правильным и приводит в ряде случаев в условиях
работы электропривода на стайке к возникновению автоколебаний. Это проис-
ходит при скорости вращения электродвигателя, близкой или равной пулю, когда
коэффициент пропорционального усиления регулятора скорости имеет макси-
мальную величину, при увеличении тока нагрузки двигателя до значения, при
котором тиристорный преобразователь переходит в режим непрерывного тока и
. его коэффициент передачи возрастает. Если при этом контурный коэффициент
передачи превысит предельное значение, возникает автоколебательный режим.
Электропривод «Мсзоматик»
Принимая во внимание равенство кулю электромагнитной постоянной вре-
мени якорной цепи Г.-0, представим структурную схему двигателя в следую-
щем виде (рис. 9.1), где / — ток двигателя, вызванный нагрузкой иа валу, Св,—
Рис. 9Л. Принципиальная схема гс.
постоянная ЭДС двигателя, Г„ =—— — электромеханическая постоянная вре-
Cl .___' -•
_ меня. Из структурной схемы получаем передаточную функцию двигателя по уп-
“»»•(₽) VCj z
I Регулятор скорости электропривода настраивается таким образом, что
I обеспечивает предельное значение полосы пропускания линейной части привода
I (частоту среза разомкнутой системы) ше-,100 рад/с, В этой полосе частот ти-
I ристориын преобразователь можно считать безынерционным звеном с коэффи-
циентом передачи /С»«.
I Датчик обратной связи по скорости (тахогенератор) также является безынер-
I ционным звеном с коэффициентом передачи Хтг.
I Принципиальная схема регулятора скорости, делителя и фильтра сигнала
I тахогенератора прнзедена на рис. 9 2. Совместная передаточная функция дели-
й * ’ К л
1 теля н фильтра сигнала тахогенератора имеет вид (п) =--------------——, где
1+рт*
= Т‘ф=0,7мс.
Л.о~
t/C^
-
”PTm
Рнс. 9.3. Структурная схема разомкнутой по скорости системы
частота среза разомкнутой
системы, приведена на рис. 9.4, где «*с=
Г „Г,
1*рТ*
системы, а К0=Яжеа Лтп ^~'Лтг-контурный коэффициент передачи. Постоянной
времени Гсв “ определяется быстродействие (или время переходного процесса)
замкнутой по скорости системы. Для систем с логарифмической характеристи-
кой подобного вида время переходного процесса fe>=>(7—9) Те [18].
тжк.
Ur,
Передаточная функция регулятора скорости ^рсО») = * °* . где Т,в'т=
CiRlt — постоянная времени цепи обратной связи регулятора скорости,
ГжшСз(Лт-Ь₽») — постоянная времени интегрирования регулятора скорости.
В соответствии с передаточными функциями звеньев структурная схема ра-
зомкнутой по скорости системы будет иметь вид* (рис 9.3). Логарифмическая
амплитудная характеристика, соответствующая структурной схеме разомкнутой
И'
У
UM)
-40
-toad/ot*
Рис. 9.4. Логарифмическая амплитудная характеристика разомкнутой системы
Минимальное значение Та ограничивается возможностью возникновения ав-
токолебаний в замкнутой системе регулирования, которые связаны с дискретно-
стью и полууправляемостью тиристорного преобразователя. Для трехпульсной
схемы выпрямления предельное значение частоты среза находится в диапазоне
we-.».*-(160—200) рад/с.
Вид или качество переходного процесса скорости зависит от соотношения
Г,с и Те. Приближение Тое к Г, вызывает в переходном процессе скорости по-
вышенное перерегулирование. Правильная настройка предполагает следующее
соотношение между постоянными: То«^2 Г«. Практическая настройка переход-
ного процесса скорости заключается в нахождении оптимальных значений Тос
и Тс путем варьирования величин С> и Ria в цепи обратной связи регулятора
скорости. Связь элементов Сг и /?,» с постоянными Тов и Те определяется из
соотношений Г»«-ЛцС,; Тс = J* -J откуда следует, что ве-
«'«•'ОС Ар
личина Сг влияет только на постоянную Гое и, таким образом, изменение С}
сказывается лишь на качественном виде переходного процесса скорости (больше
перерегулирование или меньше), не изменяя быстродействия системы регулиро-
вания. Уменьшение или увеличение быстродействия системы регулирования (по-
стоянной Те) достигается изменением величины /?>». Однако при этом необходимо
в соответствующее число раз изменить величину С> для сохранения выбранного
значения Т.е. Из приведенного соотношения для Те следует также, что чем
больше момент инерции механизма (соответственно Г»), тем большей должна
быть величина Ria, чтобы обеспечить системе регулирования максимальное бы-
стродействие.
Численные значения постоянных Т« и Ти составляют соответственно 0,7 мс
и 50 мс. Стационарная настройка регулятора скорости привода P3HR-444 А
характеризуется величинами С>—0,15 мкф. Лю =220 к, что обеспечивает
Гое-33 мс, Тее$10 мс.
На рис. 9.5 приведены кривые переходных процессов скорости при различ-
ных соотношениях Тос и Те. За основу принят переходный процесс скорости,
соответствующий настройке регулятора скорости, произведенной заводом-изго-
товителем.
2Э5
Электропривод TNP
- • • > .
Структурная схема и логарифмическая амплитудная характеристика систе-
мы автоматического регулирования электропривода аналогичны соответствующим
электропривода «Мезоматик». Примерные величины постоянных времени состав-
ляют Тф-i мс; Т«-Ю мс; Г.с-17 мс.
Отличие заключается в схемной реализации регулятора скорости (рис 9.6),
который выполнен на двух операционных усилителях, на первом из них постро-
ен пропорциональный регулятор, а на втором пропорционально-интегральный.
Это облегчает настройку переходного процесса скорости, поскольку элементами
7С я 3R достигается независимое друг от друга взмененне постоянных времени —
соответственно Т.е и Г».
Кривая переходного процесса скорости, соответствующая настройке регу-
лятора скорости, произведенной на заводе-изготовителе, приведена на рис. 9.7.
Большое перерегулирование в кривой вызвано приближением частоты сопряже-
вня —к частоте среза «*е=—- (соответственно Гое и /е) на логариф-
•ОС 'С
мической амплитудной характеристике (рис. 9.4).
Электропривод ЭТ6
Система регулирования в электроприводе ЭТ6 наиболее близка к линейной
по сравнению с другими приводами. Это обеспечивается при совместном спосо-
бе управления реверсивным тиристорным преобразователем согласованием групп
тиристоров при угле регулирования а«.п=90 эл. град, что исключает эоиу пре-
рывистых токов в якорвой цепи.
Кроме того, применение в СИФУ опорного напряжения синусоидальной фор-
мы приводит к тому, что регулировочная характеристика тиристорного преобра-
зователя становится линейной во всем диапазоне изменения управляющего на-
пряжения СИФУ.
Структурная схема системы регулирования электропривода приведена иа
рнс. 9.8, где
Рис. 9.7. Кривая переходного процес-
са скорости
ДТ — датчик тока; t/д» — выходное
эффициент передачи датчика тока;
PC — регулятор скорости; Ute —
выходное напряжение регулятора
скорости; Г»а — постоянная врёмени
цепи обратной связи PC, Та — посто-
янная интегрирования PC;
РТ — регулятор тока; 1/р» — вы-
ходное напряжение регулятора тока,
Гое — постоянная временя цепи об-
ратной связи РТ; Г,— постоянная
интегрирования РТ; Гф— фильтрую-
щая постоянная времени РТ;
ТП — тиристорный ' преобразо-
ватель, включающий в себя СИФУ и
силовую часть; Ктв — коэффициент
передачи ТП;
напряжение датчика тока; —ко-
ТГ — тахогенератор; U„— выходное напряжение тахогенератора; Kir — ко-
эффициент передачи ТГ;
U* — напряжение на якоре двигателя; £яд —ЭДС двигателя; Св — посто-
янная ЭДС двигателя; /?дя— эквивалентное сопротивление якорной цепи, вклю-
чая силовой трансформатор, тиристорный преобразователь, дроссели, двигатель;
Г»— электромагнитная постоянная времени якорной цепи; Та—электромехани-
ческая постоянная времени; /да— ток якоря двигателя, /аагр— составляющая
тока якоря двигателя, вызванная нагрукой на его валу; /яаа— динамическая со-
ставляющая тока якоря двигателя, обеспечивающая изменение скорости вра-
щения; шяд— угловая скорость вращения двигателя; 1/ддя— задающее иапря-
жение.
Регуляторы скорости и тока в электроприводе являются пропорционально-
интегральными звеньями, поэтому в установившемся режиме сигнал на входе
регуляторов, представляющий сумму сигналов задания и обратной связи, прак-
тически равен нулю. Это обстоятельство учитывается на структурной схеме вве-
дением условных дополнительных звеньев, включенных перед узлами сравнения
тока и скорости. Таким образом, для установившегося режима будут справед-
1/рс У.т ^мд t/n-
ливы соотношения ——— и —— . где R,r и R».t — резисторы в цепи
/?з.т "т Нз.с
задания регуляторов тока и скорости (/?».»=/? 602, Rt.t = R 301+/? 306), /?»
и Rc — резисторы в цепи сигналов обратной связи по току и скорости (/?»—£ 601,
Re-R 307+/? 302+/? 303). Приведенные соотношения отражают условие ра-
венства нулю алгебраической суммы токов на инвертирующем или иеинвертиру-
ющем входах операционных усилителей регуляторов тока и скорости.
[1
I
'• I
• j
м
Настройка регулятора тока
Принципиальная схема регулятора тока, отражающая его основные особен-
ности. как элемента системы автоматического регулирования, приведена на
рис. 9 9 Передаточная функция регулятора тока имеет вид
ЦиО>) 1 + рГас
UiAp) - рГ|((1+рТф) '
С6О4Я6ОЗ
где Гое =С 604-/? 604; ТФ-С601 Я 604; Г.- ---1
Л
При R 601-Я 602-2 к и Л 603-1.5 к К-ОД
5
RM2 II ЯЮЗ
/?.5Э14-ЯэО2 И Я ЮЗ
Постоянная времени Тф образуется за счет включения в обратную связь
операционного усилителя А601 конденсатора C60I. Таким образом, производит-
ся фильтрация сигналов регулятора скорости и датчика тока.
Структурная схема контура тока без учета влияния обратной связи по ЭДС
в двигателе приведена на рис. 9.10. При использовании в комплекте электропри-
вода ЭТ6 электродвигателя ПБВ 112 L коэффициенты передачи звеньев имеют
з
I
1
*
>
следующие величины: К,п — ~jj—= 20; /?«.nai0.35 Ом.
Коэффициент передачи датчика тока Яжт = зависит от номинала рези-
стора R501 в цепи обратной связи операционного усилителя А501 датчика тока.
На заводе изготовителе устанавливается Я50/ —51 кОм. при этом Kat = 0,0235 В/А.
Номиналы резисторов R601 и R602 равны 2 кОм, поэтому Я»/Я»т —1 и в
установившемся режиме Urt = U,f
Настройка регулятора тока производится в два этапа. На первом опреде-
ляется электромагнитная постоянная времени якорной цепи.
Для этого .затормаживается вал электродвигателя. В плате регуляторов пре-
образователя распаивается перемычка 19—19 и на тот из штифтов, который
соединен со входом СИФУ. подается задающее напряжение, величина которого
1
I
1
t
I
Е
I
Рис. 9 9. Принципиальная схема РТ
вызывает ток в якорной це-
пи двигателя не более но-
минального значения. Пере-
ходный процесс тока якоря
при скачкообразной подаче
на вход СИФУ напряжения
задания наблюдается осцил-
лографом по выходному на-
пряжению датчика тока
(контрольная точка 120).
При этом осциллограф пе-
реводится в режим ждущей
развертки, а напряжение за-
дания одновременно подает-
Рис. 9.10. Структурная схема контура тока без
учета влияния обратной связи по ЭДС в двигателе
Рнс. 9 11. Осциллограмма тока якоря элект-
родвигателя в разомкнутой системе регули-
рования
ся на вход внешней синхронизации. Осциллограмма тока якоря электродвигателя
ПБВ II2L приведена на рис. 9.11. Электромагнитная постоянная времени опреде-
ляется из соотношения Г, = ~fiB, где taa — время, за которое кривая тока до-
о
слагает уровня 0,95 от установившегося значения. В соответствии с приведенной
осциллограммой имеем Т>ас18 мс.
После определения численного значения Г» в цепь обратной связи регуля-
тора тока запаиваются элементы С604. R604, образующие постоянную времени
Tnt~C604 R604, равную Г». Таким образом, осуществляется компенсация ре-
гуля тором тока электромагнитной постоянной времени якорной цепи Структур-
ная схема контура тока прн условии ладной компенсации (Т9е—Т,) приведена
на рис. 9.12. Пренебрегая величиной постоянной времени Тф (численное значе-
ние се получим в дальнейшем) и учитывая, что в данном случае U9c = пре-
образуем структурную схему контура тока к виду (рнс. 9.13), где
г,----------±—.
^ти* D *^,т
9 Зама i 4516
241
Рис. 9.12. Структурная схема контура
тока при условии полной 'компенсации
электромагнитной постоянной времени
Рис 9.13. Структурная схема кон-
тура тока без учета влияния об-
ратной связи по ЭДС в двигателе
— постоянная интегрирования контура тока. В этом приближении передаточная
функция контура тока соответствует апериодическому звену первого порядка
„ . „ 1
---------------= —, а переходная функция контура тока носят экспо-
; Vpc(p) I-. t
ненциальный характер с постоянной времени Г<: I 7")
»» “ 'уст\1—* •
Время переходного процесса тока в контуре тока зависит теперь только от
величины Tt, минимальное значение которой из условия отсутствия автоколеба-
ний в контуре тока составляет 2—3 мс. При этом переходный процесс тока бу-
дет заканчиваться за 3—5 импульсов тока (длительность импульса тока в шес-
типульсной схеме выпрямления та$3,3 мс). На рис. 9.14 приведены осциллограм-
мы переходных процессов тока якоря и выходного напряжения регулятора тока
при скачкообразной подаче на вход РТ задающего напряжения и величине
Г«—Змс.
С6(И • /?603
'Из соотношения =--------------------- следует, что практически наиболее
Я Лтя-3- К„
удобно изменять Г< путем изменения величины С604. корректируя одновременно
значение R604. чтобы оставалась неизменной постоянная времени цепи обратной
связи • * ’
Таким образом, второй этап настройки РТ заключается в определении рас-
четным или экспериментальным путем такой величины конденсатора С604, при
которой переходный процесс тока в контуре тока, завершался бы за 3—5 им-
пульсов тока при апериодическом характере Настройка производится в замк-
нутой по току системе регулирования. Для этого перемычка 19—19 должна быть
установлена, а перемычка, коммутирующая выходное напряжение регулятора ско-
рости на вход регулятора тока, снята. На штифт, соединяющийся со входом РТ,
подается напряжение задания такой величины, при которой ток якоря двига-
теля не превышает номинального значения. Переходный процесс тока при скач-
кообразной подаче задающего напряжения наблюдается осциллографом в ре-
жиме ждущей развертки по выходному сигналу датчика тока.
242 ' ' •
гм
име-
t(MC)
I •_
ffac)
243
Phc. 9.14. Осциллограммы переходных процес-
сов в контуре тока при Т<—3 мс .
Ж
Рис. 9.15. Осциллограммы переходных про-
цессов в контуре тока при Т< —1,8 мс
выражения Л6О4 — ~т~т~
С fjU4
При настройке необходимо
убедиться, что выходное на-
пряжение РТ не достигает
уровня насыщения (система ре-
гулирования тока должна быть
без ограничений).
Имея численные значения
коэффициентов (которые не-
трудно определить эксперимен-
тально), входящих в выраже-
ние. определяющее Т<, можно,
задавшись значением Г<=3 мс,
определить соответствующую
этому значению величину кон-
денсатора С6(И. В данном слу-
чае при /С—0,3; Ктп=20;
-0,35 Ом; Кжч-0.0235 В/А.
R603= 1,5 кОм, имеем С6О4—
0,8 мкф.
Выбирая ближайшие стан-
дартные значения емкости, на-
пример 0,47 мкф или 1 мкф (из
ем соответствующие нм зна-
чения сопротивления R604
39 кОм и 18 кОм), проверяем
переходный процесс тока, соот-
ветствующий этим параметрам
настройки регулятора тока. На
рис. 9,15 приведены осцилло-
граммы переходных процессов
тока якоря и выходного напря-
жения РТ, соответствующие
параметрам настройки С6О4=
-0,47 мкф, R604=3d кОм (рас-
четное значение 7\srt,8 мс).
Необходимо отметить, что
дальнейшее уменьшение Ti
(меньше 1,5 мс) может приве-
сти к режиму автоколебаний в
контуре тока. На рис. 9.16 при-
ведены осциллограммы тока
якоря и выходного напряжения
регулятора тока в режиме ав-
• S . * в
.9*
wjw
'J Mt
*(*с)
токолебанкй, который был по-
лучен при Л-1 мс (расчетное
значение С604—0.27 мкф).
Из осциллограмм, приве-
денных на рис. 9.14 и 9.15,
видно, что удовлетворительный
переходный процесс тока наб-
людается при обоих вариантах
настройки РТ (Г<=»3 мс,
1,8 мс), однако, поскольку во
втором случае обеспечивается
большее быстродействие в кон-
туре тока, последующую наст-
ройку контура скорости реко-
мендуется производить при па-
раметрах РТ С604 — 0,47 мкф,
Я604=39 оОм. Если при этих
параметрах РТ в системе регу-
лирования, замкнутой по ско-
рости, даже при малых значе-
ниях коэффициента пропорцио-
нального усиления PC наблю-
дается возникновение автоко-
лебательного режима, необхо-
I димо перейти к параметрам РТ
,СЮ4-\ мкф, кОм и
дальнейшую настройку PC про-
изводить при этих параметрах
РТ.
Рис. 9.16. Осциллограммы автоколебательного Из осциллограмм (рис. 9.11,
режима в контуре тока , 9.14, 9.15) видно также, что
применение регулятора тока
- позволило сократить время пе-
Г.
реходного процесса тока в—3-_(6-hl0)
_ п___
Если величина конденсатора С604 подбиралась экспериментально, то по ос-
циллограммам переходного процесса тока следует.определить постоянную ин-
тегрирования контура тока Т<. исходя нз соотношения Г<—’4 /, где —вре-
мя достижения кривой тока уровня 0,95 от установившегося значения.
Величина Г< будет использована в дальнейшем при настройке PC. Практи-
чески, если переходный процесс в контуре тока завершается в течение 3—5 им-
пульсов тока, можно принять Г<—3 мс.
Определим величину фильтрующей постоянной времени РТ нз соотношения
T^~C601R604 при параметрах РТ С6О4-ЪЛ1 мкф, £604-39 кОм.
При С60/ — 6800 пф, R6O4—39 кОм получим ТфшО.27 мс. Такая величина
Гф при Г< — 1,8 мс и тем более при Г<—3 мс практически не оказывает влияния
на переходные процессы в контуре тока, поэтому пренебрежение ею вполне до-
пустима
Настройка регулятора скорости
Упрощенная схема PC, отражающая его оаювные особенности, как элемента
системы автоматического регулирования, приведена на рис. 9.17. Передаточная
Uft(P) l+i’T'oc
функция регулятора скорости имеет вид м7р(.(р)—--- =---—----»
. _ , ^Тг(Р) РТ к
где Ta,-C315(R3l9+R320) н T.-C315(R303+R3O2+R3O7). В дальнейшем бу-
дем считать величину резистора R319 равной нулю, тогда свободно варьируемы-
ми параметрами при настройке PC будут С315 и R320.
С учетом передаточной функции PC на рис. 9.18 приведена структурная
схема разомкнутого контура скорости в режиме холостого хода двигателя
0), где контур тока представлен инерционным эвеном первого порядка
с постоянной времени Т«. На основании структурной схемы построена логариф-
мическая амплитудная характеристика (ЛАХ) разомкнутой по скорости системы
регулирования (рис. 9.19) при настройке PC иа симметричный оптимум, кото-
рый определяется соотношениями: 1) Г«а**4 Тг, 2) Ге=------= 2Т/. Величина Tt
____ »С
на характеристике принята равной Т<—3 мс, что соответствует частоте сопря-
жения = — — —— ~ 333 рад/с. В соответствии с этим имеем = — —
3 7е
= — “ 170 рад/с; «« = ~ - 85 рад/с.
„ _____ 1 ос
Частота среза разомкнутой
системы, которой определяется
время переходного процесса,
при расположении в промежут-
ке между Шое и ш< находятся
Рис. 9.17. Упрощенная схема PC
где „ • Rm • г 'Ktr—
Лат
— коэффициент пропорциональ-
ного усиления контура скорости
Рис. 9.18. Структурная схема разомкнутой по скорости системы регулиро-
вания
Рис. 9.19. ЛАХ разомкнутой системы
(величина безразмерная). Раскрывая выражения для Гое я Гж, имеем
Кв ________________________________Я32О_____________КЛя
"* Т„ ‘ /?ЗОЗ + Я302 + №07 ~ Г„ ' •
где Ки — коэффициент пропорционального усиления PC.
Кривая переходного процесса скорости формируется двумя постоянными
времени, указанными на ЛАХ. это Тее и Те, а постоянная времени Г< определяет
предельное быстродействие системы регулирования. Связь параметров PC С315
н R320 с постоянными Г,в и Гв определяется из приведенных ранее соотношений
для Тее и Те, из которых вытекает практически важное следствие: изменение
величины С315 приводит только к изменению постоянной Тее: постоянная Тв
подбирается изменением величины R320, причем для сохранения выбранного зна-
чения Тее должна быть скорректирована я соответствующее число раз величина
С315. ’ . '
• Такиы образом, настройка PC. так же как и РТ, состоит из двух этапов. На
первом в цепь обратной связи PC устанавливаются элементы С315, R320. имею-
щие постоянную времени Г«е~(4—10) Те, причем меньшие значения Тее будут
соответствовать большему перерегулированию в кривой переходного процесса
скорости, и наоборот. В случае необходимости получить в 'кривой переходного
процесса скорости минимальное значение перерегулирования, следует задаться
величиной Тее около 10 Ti. Практически для получения хорошей динамики элек-
тропривода по управлению и по возмущению рекомендуется выдерживать ве-
личину Тее в диапазоне 3 Г<<Г»«<5 Те, что соответствует при правильной на-
стройке РТ и шествпульсиой схеме выпрямления, то есть при Г(—3 мс, диапа-
зону значений Гее, лежащему между 9 и 15 мс.
На втором этапе настройки PC, подбирая величину R320 с одновременным
Изменением С315, 'чтобы постоянная Гве оставалась равной заданному значению,
еобходимо получить возможно меньшую величину Те- Увеличение R320 приво-
РиС. 9.20. Переходные процессы скорости при различных настройках PC
дит к пропорциональному уменьшению Т9 (логарифмическая амплитудная ха-
рактеристика перемещается вверх) и соответственно уменьшению времени пере-
ходного процесса. И наоборот, с уменьшением R320 время переходного процес-
са пропорционально увеличивается.
Практическая оценка того, в каком месте участка между фиксированными
Гое и Г< находится значение.Ге. производится по кривой переходного процесса
скорости следующим образом. При увеличении регулятора скорости (соот-
ветственно R32O} до значения, при котором Га приближается к Г<, переходный
процесс скорости начинает сопровождаться повышенной колебательностью, а при
дальнейшем увеличении /С«(Ге<Т<) может наступить режим автоколебаний (вы-
сокочастотные колебания скорости). При уменьшении Кп до значения, при кото-
ром Г( приближается к Т.е, переходный процесс скорости сопровождается уве-
личением перерегулирования, а при Г«>Г0С повышенной колебательностью (чис-
ло колебаний более двух). . г
Кривые переходных процессов скорости при различных настройках PC
(Tc—Ttt. Т^Т». Г« —2 Tt. Т«<Г.<2 Т<) приведены на рис 9.20. При этом в
PC принята величина постоянной времени Г,в-4 Г<-12 мс. За точку отсчета Ка
регулятора скорости принято значение Ка». соответствующее настройке системы
регулирования на симметричный оптимум (Г.—2 Г«). Удовлетворительной яв-
ляется настройка PC. соответствующая кривой 2, а кривые 3- я 4 дают представ-
ление о качестве переходных процессов соответственно при Т« = Гвв и Гв— Tt.
Технологически настройка PC производится следующим образом. Перемыч-
ка, соединяющая выход PC со входом РТ. должна быть установлена, вал элект-
родвигателя расторможен (двигатель в режиме холостого хода). Задающее на-
пряжение на входе электропривода устанавливается такой величины, скачкооб-
разная подача которой не вводит PC в режим насыщения (система регулиро-
вания без ограничений). Переходный процесс скорости наблюдается осцилло-
графом в режиме ждущей развертки по сигналу тахогенератора. Одновременно
ведающее напряжение подается на вход внешней синхронизации осциллографа.
В процессе изменения величины R320 необходимо контролировать, чтобы PC не
входил в режим насыщения, в противном случае уменьшить величину напряже-
ния задания.
Имея в распоряжении значения коэффициентов передачи звеньев системы
регулирования, можно определить расчетные величины параметров PC, оттал-
киваясь от которых производится настройка PC на желаемый переходный про-
цесс. Произведем расчет величин элементов С315, R320 при настройке системы
регулирования на симметричный оптимум, принимая Г<—3 мс. При использова-
нии в комплекте с преобразователем электродвигателя ПБВ 112L имеем
Си-1,2 В/рад/с, -0,35 Ом, Гм-16 мс; кроме этого КЖт- 0,0235 В/А,
Ктг-0,38 В/рад/с (40 В/1000 об/мин). Настройка на симметричный оптимум,
как уже отмечалось, предполагает соблюдение двух условий: 1) Гос—4 Г<;
2) Г«—2 Г<. Из второго условия и соотношения для Гс-> - определяется
Г„
величина иоэффициента пропорционального усиления PC Ка — ~ - При
указанных значениях коэффициентов передачи звеньев контурный коэффициент
пропорционального усиления равен Я,=~—•Rta.-~Z—•^tt'Z.^'7, а искомый ко-
*жт
вффициент пропорционального усиления PC Аа—0,57.
Потенциометром R302 устанавливается скорость вращения двигателя
1000 об/мин при напряжении задания Ома—10 В. при этом напряжение тахо-
генератора, соответствующее его коэффициенту передачи, составляет (/»,—40 В.
Из условия равенства входных токов операционного усилителя PC имеем
где R, C—R3O6+R3O1 — суммарное сопротивление в цепи задания
Лхе Ле
скорости, а R»-R303+R302+R307 — суммарное сопротивление в цепи сигнала
обратной связи по скорости.
Из приведенного соотношения прн Я><—4,8 кОм определяется Яе = 19,2 кОм,
/?320
Ле
а из соотношения На =
определяется Л320~9,\ кОм.
Из первого условия настройки Ttt—C315 R320~ 12 мс определяется вели-
чина С3/5э<1,3 мкф.
Принимая стандартные значения элементов PC С315—\ мкф, Я32О=12 кОм,
получим переходный процесс скорости, соответствующий кривой 2 на рис. 9.20.
Электропривод «Кемрон»
Структурная схема системы регулирования электропривода «Кемрон» ана-
логична структурной схеме электропривода ЭТ6 (рис. 9.8).
Настройка регулятора тока производится на зааоде-нэготовителе, н в силу
комплектности электропривода дополнительной подстройки не требуется. Запре-
щение перенастройки РТ оговаривается также в сопроводительной документации
на электропривод. В случае необходимости настройка РТ должна производиться
с учетом рекомендаций, изложенных применительно к настройке РТ в электро-
приводе ЭТ6.
Регулятор скорости допускает подстройку вследствие различных моментов
инерции механизмов подач станков. Упрощенная схема PC. отражающая его ос-
новные особенности, как элемента системы автоматического регулирования, при-
ведена на рис. 9.2!. В отличие от регуляторов скорости других приводов PC в
электроприводе «Кемрон» выполнен адаптивным, т. е. его параметры автомати-
чески изменяются в функции скорости. В связи с этим настройка переходных
процессов осуществляется раздельно в диапазоне малых (напряжение задания
(/««х<0,1 В) и больших (£/iix>0,3 В) скоростей соответственно потенциомет-
рами П19. П21 и П18. П20. Другой особенностью PC является то, что схемная
реализация его выполнена иа трех операционных усилителях: на усилителе ИС62
выполнено пропорциональное звено, на усилителе ИС63 интегрирующее, а на уси-
лителе ИС64 суммирующее Структурная схема PC без учета цепочки С247,
R353 приведена на рис. 9.22, где Ктг — коэффициент передачи тахогенератора;
К*, ж — коэффициент передачи делителя, состоящего из резисторов R349, R351
и потенциометра ПН; Кж — коэффициент пропорционального усиления пропор-
ционального звена; Га — постояннаа интегрирования интегрирующего звена;
—напряжение иа движке потенциометра ПН. В соответствии с приведен-
ной структурной схемой передаточная функция PC (без учета корректирующей
цепочки С247, R353) запишется в виде
Ряс. 9.21. Упрощенная схема PC
Рис. 9.22. Структурная схема PC
где Кп-= ; —------/(«.« — коэффициент передачи делителя, состоя-
rvJoO-r/vio7 Лдел.п
щего нз резисторов R371. R372 и потенциометра П18.
Ta—C229 R373 Kt»a в. где Кя»* — коэффициент передачи двигателя, со-
стоящего из резисторов R377, R378 и потенциометра П20. В соответствии с но-
миналами резисторов коэффициенты передачи делителей пропорционального и
интегрального звеньев могут регулироваться в диапазоне значений от 0,65 (движ-
ки потенциометров в верхнем положении) до 0,0!8 (движки потенциометров
в нижнем положения).
Логарифмическая амплитудная характеристика разомкнутого контура ско-
рости (аналогичная ЛАХ электропривода ЭТ6) приведена иа рис. 9.23, где
ГцГв гм
Т< — постоянная времени контура тока, Г| = Т«; Гс= „ „ — „ „ • Из соот-
• / И«\П*'О ijAq „
ношений для Т| и Г» наглядно видно, какое преимущество имеет схемная реа-
лизация PC на трех операционных усилителях, а именно: допускается независи
но друг от друга изменение постоянных Г| и Те соответственно потенциометра-
ми П20 н П18, что существенно облегчает настройку переходного процесса ско-
Рис. 9.23. ЛАХ разомкнутого контура скорости
Качественный вид пере-
ходных процессов скорости
при изменении параметра
логарифмической амплитуд-
ной характеристики 7\ при- *
веден иа рнс. 9.24. Настрой-
ка переходных процессов
скорости производилась при
'напряжении задания (/щ-
0,4 В потенциометрами П18
и П20 без корректирующей
цепочки С247, R353. Кривая
1 соответствует при величи-
не коэффициента передачи
делителя Кд.ж»—0,65 (дви-
жок потенциометра П20 в
Рис. 9.24. Переходные процессы скорости при различных настройках PC
верхнем положении) постоянной Т(—Тя^С229 Р373-Кя,а.л— 1,0-220к-0,65=
= 140 мс.
Кривая 2 соответствует Т|—Та—12 мс, которая устанавливалась по величи-
не коэффициента передачи делителя Х*.ла—12 мс/220 мса0,055.. Коэффициент
пропорционального усиления /Са подбирался при Та— Ifr'MC таким образом, что- *
бы кривая 2 наиболее близко совпадала с кривой, соответствующей настройке
на симметричный оптимум. Кривая 3 отражает изменение кривой 2 переходного
процесса скорости при подключении корректирующей цепочки С247, R353, кото-
рая предназначена для уменьшения перерегулирования в кривой переходного
процесса скорости. v /
Необходимо отметить, что отсутствие или уменьшение перерегулирования в
кривой переходного процесс? скорости приводит к ухудшению динамики привода
по нагрузке. С другой стороны, при работе регулируемого электропривода в сле-
дящем режиме при тех величинах добротностей следящих приводов, которые
практически устанавливаются в станках, перерегулирование в кривой переходного
процесса скорости регулируемого привода не оказывает влияния на качество пе-
реходного процесса в следящем режиме. Поэтому установка корректирующей
.цепочки для устранения перерегулирования в приводах, предназначенных для
работы в следящем режиме, ие является необходимой, более того, является не- •/
желательной с точки зрения ухудшения динамики привода по возмущению.
_ Зона адаптации в электроприводе начинается в диапазоне скоростей, соот-
ветствующем напряжению задания (/»««<0,3 В, при этом происходит уменьше-
ние постоянных времени Г| в Га соответственно за счет уменьшения постоянной
интегрирования регулятора скорости Та и увеличения коэффициента пропорцио-
нального усиления Ка. Настройка переходного процесса скорости в зоне адап*'
тацин производится при l/»x<0,1 В потенциометрами /7/9 и /721 таким обра-
зом, чтобы сохранить качественный вид кривой переходного процесса скорости
тем же. что и в днапазоне^коростеЙ, соответствующем 1Л«ж>0,3 В.
Электропривод БТУ3601
*
Структурная схема и логарифмическая амплитудная характеристика линеа-
ризованной системы автоматического регулирования электропривода БТУ3601
аналогичны приведенным на рнс. 9.8 и рнс. 9.19 структурной схеме н ЛАХ элект-
Рнс. 9.25. Рекомендуемые кривые переходных процессов скорости
электропривода БТУ3601
ропрнвода ЭТ6. Практическая линеаризация системы осуществляется включени-
ем на входе СИФУ нелинейного звена, в результате чего совместный коэффициент
передачи нелинейного звена и тиристорного преобразователя остается приблизи-
тельно постоянным в эонах прерывистого и непрерывного токов.
Настройка переходного процесса тока в контуре тока производится соглас-
но рекомендациям, приведенным в разделе «Методика настройки электроприво-
да БТУ3601» четвертой главы. Отметим еще раз, что время переходного про-
цесса тока определяется постоянной интегрирования контура тока, которая под-
бирается при настройке путем* изменения величины конденсатора С7 в цепи об-
ратной связи операционного усилителя регулятора тока (с уменьшением С7 про-
порционально уменьшается время переходного процесса тока, и наоборот). Ве-
личина резистора R22 в цепи обратной связи ОУ РТ зависит от величины кон-
денсатора С7 и определяется при настройке на условия сохранения постоянной
времеин цепи обратной связи ОУ РТ T99—C7-R22, равной 7». С другой стороны
при заданной С7 увеличение R22 приводит к увеличению форснровочной способ-
ности РТ и соответственно к увеличению перерегулирования в кривой переход-
ного процесса тока. При этом время переходного процесса тока остается прак-
тически неизменным. Регулятор тока можно считать настроенным правильно,
если кривая переходного процесса тока достигает установившегося значения за
3—4 импульса тока, тогда для дальнейшей настройки PC можно принять посто-
янную времени контура тока 7<—3 мс.
Настройка PC, связь параметров PC с постоянными логарифмической ампли-
тудной характеристики 7а и Те, а также влияние 7а и 7е на кривую переходного
процесса скорости соответствуют аналогичным вопросам, изложенным примени-
тельно к электроприводам ЭТ6 и «Кемрон». Постоянную времени цепи обратной
связи ОУ PC рекомендуется выдерживать 7.»«7i — (3-j-5) Tt, т. е. при 7<=3 мс
в диапазоне (9-=-15) мс. В отличие от РТ влияние элементов цепи обратной связи
ОУ PC (RIO, С4), на кривую переходного процесса скорости является противо-
положным, т. е. время переходного процесса скорости определяется величиной
R10 (с увеличением R/0 время переходного процесса скорости уменьшается), а
величина С4 зависит от R/0 и находится при настройке из условия сохранения
Постоянной времени 7ве в заданном диапазоне. В то же время увеличение С4
(Г|) при заданном R10 приводит к уменьшению перерегулирования в кривой пе-
реходного процесса скорости, и наоборот, с уменьшением С4 (Ti) перерегулирова-
ние возрастает. При этом время переходного процесса остается практически по-"
стоянныи.
В соответствии с изложенными рекомендациями была произведена настрой-
ка РТ и PC преобразователя БТУ3601 с высокомоментным двигателем электро-
привода «Кемрон» (при правильной настройке кривая переходного процесса ско-
рости не зависят от типа двигателя). Кривые переходных процессов скорости
приведены на рис. 9.25. Постоянная времени цепи обратной связи PC принята
равной 8 мс. Коэффициент пропорционального усиления PC, соответствующий
кривой 1, подбирался таким образом, чтобы качественный вид кривой переход-
ного процесса наиболее близко соответствовал настройке системы регулирования
иа симметричный оптимум. Кривая 2 получена увеличением коэффициента про-
порционального усиления PC в два раза. Кривые переходных процессов скоро-
сти, попадающие в диапазон между приведенными кривыми, могут быть реко-
мендованы при настройке.
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ
Особенности работы
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ В СЛЕДЯЩЕМ РЕЖИМЕ
Функциональные схемы
следящего привода фазового типа
применительно к устройствам ЧПУ
типа НЗЗ-2, Н55-2, 2С-42
Функциональная схема устройства управления следящим приводом (УУСП)
фазового типа, используемого в устройствах ЧПУ типа НЗЗ-2, Н55-2, приведена
на рис. 10.1. Узлы, указанные на рисунке, в соответствии с цнфровым'обозна-
ченнем имеют следующее назначение:
I — интерполятор. В зависимости от направления перемещения импульсы
программы от интерполятора поступают на УУСП по каналам +Пр или —Пр.
Длительность импульса составляет (0,5-т-1) мкс, частота нмцульсов
/««= (G-i-8) кГц определяется запрограммированной скоростью перемещения.
Частота импульсов программы /««**8 кГц при дискрете перемещения 6=0,01 мм
(поступление одного импульса программы вызывает перемещение исполнитель-
ного органа стайка на 0,01 мм) соответствует скорости перемещения
4800 мм/мин. * ' .
2 — генератор тактовых импульсов, вырабатывает две последовательности
тактовых импульсов с частотой /«**100 кГц. сдвинутых друг относительно друга
иа 180*;
3 — узел синхронизации, сложения и вычитания Производит операцию сло-
жения или вычитания (в зависимости от направления перемещения)-частоты им-
пульсов программы /«« с частотой тактовых импульсов /«.
4 — делитель координаты, имеющий коэффициент деления Кв<в—200 (или
100—в зависимости от величины дискреты перемещения). Коэффициент деления
3-(мм/об)
определяется из соотношения Цмм) = ------, где 6 — величина дискреты пе-
ремешения исполнительного органа стайка; S —шаг винта исполнительного ор-
гана: /—коэффициент редукции между валом датчика обратной связи по поло-
жению и валом винта; р —число пар полюсов датчика обратной связи. Напри-
------------------------------------------------------X.
мер, при шаге винта S=10 мм/об, коэффициенте редукции 1=5, датчике обрат-
ной связи типа ВТМ, имеющем р—I, дискрете перемещения 6=0,0! мм коэффи-
циент деления должен быть равен Кд.я-200.
Импульсы на выходе делителя имеют частоту следования /д.л= 500 Гц±
при этом фаза импульсов изменяется в зависимости от числа им-
360“
пульсов программы на величину ? = N-------, г^е N — число импульсов прог-
удел
раммы.
5 — делитель генератора, имеющий коэффициент деления Кдеа = 200. На
выходе делителя формируются две последовательности прямоугольных импуль-
сов с частотой 500 Гц. скважностью, равной 2, сдвинутых относительно друг
друга на 90*.
6 — формирователь сигнала запитки датчиков. Преобразует прямоугольные
импульсы в сигналы синусоидальной формы sin col и cos u>t, где <о=314О рад/с.
7—датчик обратной связи по положению, работающий в режиме измере-
ния фазы. Им может быть, например, вращающийся трансформатор типа ВТМ.
имеющий две измерительные обмотки для компенсации погрешности его изго-
товления, или резольвер, имеющий одну измерительную обмотку. Сигнал изме-
рительной обмотки имеет постоянную амплитуду и зависимую от углового по-
ложения ротора датчика фазу. Частота измерительного сигнала определяется
. л(об/мии)р
из соотношения /иэы = 500Гц±-------—------, где п —скорость вращения вала
60 ,
датчика, р — число пар полюсов датчика, знак зависит от направления вращения
вала (согласно с полем датчика или встречно).
Я—формирователь сигнала обратной связи. Из синусоидального измери-
тельного сигнала в момент перехода через нуль формирует импульс длительно-
стью (0,5—1) мкс. Частота импульсов сигнала обратной связи (СОС) равна ча-
стоте измерительного сигнала.
9—фазовый дискриминатор. В зависимости от знака рассогласования на
выходе рас. 1 или рас. 2 формируются прямоугольные импульсы, скважность ко-
торых зависит от величины разности фаз сигналов на входах ФД. В исходном
состоянии, при рассогласовании, равном нулю, импульсы на входах ФД сдвину-
ты относительно друг друга на 180*. при этом на выходах рас. 1 и рас. 2 сигналы
единичного уровня (скважность равна 1). При разности фаз входных сигналов
0° или 360* на выходе рас. I или рас. 2 скважность импульсов достигает величи-
ны, равной 2. Таким образом, диапазон линейной работы ФД триггерного типа
составляет ±180*. Используя приведенное выше соотношение для фазы выход-
ных импульсов двигателя, находим число импульсов программы N— ±100, соот-
ветствующее диапазону линейной работы ФД, что при дискрете. перемещения
6=0,0) мм соответствует рассогласованию по пути Д—±1 мм.
J0— узел компенсации скоростного рассогласования. Формирует импульсы,
частота которых совпадает с частотой импульсов программы, а длительность
составляет 80 мкс (может изменяться путем перепайки перемычек).
Иными словами, скважность импульсов канала скоростной компенсации об-
ратно пропорциональна скорости перемещения. В следящих системах только с
каналом положения величина рассогла-
сования определяется скоростью пере-
мещения и добротностью следящего при-
вода (физический смысл добротности бу-
дет определен ниже) из соотношения
Д-р/Л,. где Д —величина рассогласова-
ния между заданным по программе и
фактическим положением исполнительно-
го органа станка: v — скорость переме-
щения исполнительного органа; К» — ко-
эффициент усиления по скорости, то же,
что добротность следящего привода. При
существующих регулируемых тиристор-
ных электроприводах максимальная ве-
личина добротности, при которой сохра-
няется устойчивая работа следящей си-
стемы, составляет около К,—40 с~*.
Тогда при скорости быстрого хода о —
= 4800 мм/мин имеем величину рассогла-
сования Д—2 мм, что в два раза превы-
шает диапазон лилейной работы ФД.
Таким образом, для получения вы-
соки скоростей перемещения необходи-
мо либо расширять диапазон линейной
работы ФД, изменяя его принцип дейст-
вия, либо подавать на вход электропри-
вода дополнительное напряжение, про-
порциональное скорости перемещения,
которое будет компенсировать рассогла- Рис. 10.2. Характеристики БС по ка-
сование по пути. Последнюю функцию налам скорости и пути
выполняет узел компенсации скоростного
рассогласования. В этом случае в уста-
новившемся режиме (при постоянной скорости перемещения) величина напряже-
ния, формируемого каналом скорости, подбирается путем регулировки таким об-
разом, чтобы свести к нулю рассогласование по пути.
// — блок связи. Формирует напряжение постоянного тока для управления
регулируемым электроприводом, а также осуществляет при помощи оптронов
гальваническую развязку источников питания +S В УУСП от входных цепей
электропривода. Напряжение управления представляет собой сумму напряжений
путевого и скоростного каналов. Напряжение постоянного тока путевого канала
пропорционально рассогласованию по пути между заданным и действительным
подржеииями рабочего органа станка, а напряжение постоянного тока, форми-
руемое скоростным каналом, пропорционально частоте импульсов скоростного
канала. Характеристики блока связи отдельно по каналам пути и скорости при-
ведены на рис. 10.2. При помощи потенциометров, находящихся в блоке связи.
Рис. 10.3. Функциональная схема следящего привода устройства ЧПУ типа 2 С-4 2
можно изменять наклон характеристик. Наклон характеристики по каналу ско-
рости определяется таким положением потенциометра, при котором рассогласо-
вание по пути в установившемся режиме (при достоянной скорости вращения)
равно нулю. Практически это соответствует величине Ur, находящейся в преде-
лах (8—10) Ъ при максимальной скорости перемещения (/«р°>8 кГц). От накло-
на характеристики БС по каналу пути зависит добротность следящего привода.
Практически величина Ur при рассогласовании Л—1 мм может находиться в
пределах (1.5—2,5) В. Методика практического определения и установки доброт-
ности будет приведена ниже.
Остальные узлы функциональной схемы имеют следующее назйаченне: /2—
тиристорный преобразователь; 13— двигатель; И—исполнительный механизм;
/5 — тахогенератор.
На рис. 10.3 приведена функциональная схема следящего привода фазового
типа, используемого в устройстве ЧПУ типа 2С-42, выполненного иа базе мнкро-
ЭВМ «Электроника-60». В соответствии с цифровым обозначением выделенные
на рисунке узлы имеют следующее назначение:
/ — программная часть следящего привода. Алгоритм работы следящей си-
стемы реализован программным способом. Вычисления в программе производятся
с величиной дискреты 6—1 мкм. Следящий привод имеет только канал положе-
ния. Регулятор положения выполнен пропорциональным.
2 — узел изменения коэффициента передачи регулятора положения. Коэффи-
циент передачи может находиться в пределах К—14-7 и изменяться путем соот-
ветствующей установки перемычек в субблоке уставок (SB-454). От величины
К. зависит добротность следящего привода.
3 — цифроаналоговый преобразователь (субблок 449). Преобразует цифро-
вой код рассогласования в напряжение постоянного тока Uy для управления
регулируемым приводом.
4 — субблок запитки даУчиков (SB-455). Вырабатывает синусоидальные
сигналы sin <ni и cos at, имеющие частоту f—2,5 кГц.
5 —датчик положения фазового типа, например вращающийся трансформа-
тор или резольвер.
б — субблок оцифровки интервала (SB-457). Преобразует разность фаз
между опорным сигналом и измерительным сигналом датчика в цифровой код.
Обеспечивает коэффициент деления фазы датчика —1000 (при увели-
чении частоты заполнения счетчиков в субблоке оцифровки интервала с f-2,5 мГц
до f=5 мГц коэффициент деления фазы датчика будет равен X*«i“2000).
7 — узел программного изменения коэффициента деления фазы датчика. Ма-
тематическая операция L умножения на два, деления на два или умножения на
десять коэффициента деления фазы датчика Ккча выбирается путем соответст-
вующей установки перемычек в субблоке уставок. Дискрета перемещения опре-
.. * 5(им/об)
деляется из соотношения »(мм) = —-—,
ip/ClejiL ____
где 5— шаг винта; I— коэффициент редукции между валом датчика обратной свя-
зи и винтом; р— число пар полюсов датчика; Кта — коэффициент деления фазы
датчика, обеспечиваемый субблоком оцифровки интервала; L — математическая
операция умножения иа два, десять, или деления на два.
Операция L додана выбираться таким образом, чтобы обеспечить величину
дискреты для вычислений в программной части 6 — 1 мкм. Например, при шаге
винта 5=10 мм/об, датчике обратной связи типа резольвер, имеющем р—10 и
установленном на валу двигателя, коэффициенте редукции между валом двига-
теля и валом винта 1—1, коэффициенте деления субблока оцифровки интервала
#д«я-1000, используя приведенное выше соотношение, получаем 1 —XI, что со-
ответствует отсутствию перемычек в субблоке уставок.
Порядок дискреты перемещения (1 мкм иля 0.0! мм) определяется наличием
или отсутствием соответствующей перемычки в субблоке уставок. В соответствии
с этим изменяется на единицу число разрядов в информации о перемещении и
рассогласования, выводимой на индикацию.
Назначение остальных узлов функциональной схемы: 8— тиристорный пре-
образователь; 9 — двигатель; 10 — тахогенератор; 11 — исполнительный меха-
низм.
Необходимо отметить следующую существенную разницу в следящих систе-
мах. реализованных аппаратным и программным способами.
В следящем приводе устройств ЧПУ типа НЗЗ-2 и Н55-2 период времени
считывания Т, через который происходит поступление в УУСП информации о
положении, а также выдача информации из УУСП. на блок связи, составляет
Г=2 мс.
В следящем приводе устройства ЧПУ типа 2С-42 информация о положении
считывается, а также выдается в виде напряжения постоянного тока на регули-
руемый привод через период времени Г—14 мс. Значительное увеличение периода
дискретизации связано с тем. Что кроме управления следящим приводом необ-
1
Рис. 10.4. Структурно-блочная схема следящего привода
ходимо производить вычисления режимов интерполяции, позиционирования и др.
Таким образом, реализация устройства ЧПУ типа 2С-42 на базе одного комп-
лекта микро-ЭВМ «Электроника-60» приводит к величине времени цикла вычис-
лений около 14 мс. При существующих тиристорных регулируемых приводах
время считывания может находиться в пределах 2 мс<Т<15 мс, однако увели-
чение времени считывания ухудшает качество регулирования в контуре положе-
ния. Иными словами, добротность следящего привода приходится устанавливать
меньше той величины, которую могли бы обеспечить динамические характеристи-
ки регулируемого привода.
Структурная схема,
добротность следящего привода
Структурная схема следящего привода приведена на рис. 10.4, где обозна-
чено: Х»*х —заданная координата; Хв, — действительная координата; ДХ —рас-
согласование по пути; РП— регулятор положения; /Сра — пропорциональный ко-
эффициент передачи РП-, Ur — напряжение управления регулируемым приво-
дом; К» — статический коэффициент передачи регулируемого привода; при ап-
проксимации регулируемого привода инерционным звеном второго порядка
7't=— ; ью — собственная частота недемпфированных колебаний, J —относи-
тельный коэффициент демпфирования (современные тиристорные электроприводы
имеют 100 с~'3»<о«>С200 с~'; 0.4S£ig0,7); i—коэффициент редукции между
валом ходового винта и валом двигателя; S —шаг винта; Им— линейная ско-
рость исполнительного механизма.
Статический коэффициент передачи регулируемого привода настраивается
на величину Ха-1000 об/мин/10 В. На структурной схеме не отображены звенья
с коэффициентами передачи, равными коэффициенту редукции между валом
датчика обратной связи и ходовым винтом, числу пар полюсов датчика, коэффи-
циенту деления фазы датчика, поскольку считаем, что соблюдена дискретность
величины перемещения 6—0,01 мм, наиболее распространенная в стайках с ЧПУ.
Регулятор положения включает в себя в устройствах ЧПУ типа НЗЗ-2, Н55-2
канал пути блока связи (наклон характеристики блока связи по каналу пути со-
ответствует Кри). а в уст-
ройстве ЧПУ типа 2С-42
Кра равен произведению
коэффициента передачи
ЦАП и организованного
программным способом ре-
гулятора положения с К»
14-7.
Рис. 10.5. Структурная схема следящего при-
вода
Преобразуем структур-
ную схему к виду, приведенному на рис. 10.5, где То — постоянная интегрирова-
ния контура Положения, определяющая время переходного процесса в контуре
положения. Минимальное значение Тл из условия устойчивости данной структур-
- и
ной схемы Тя> •—Г', т. е. определяется динамическими параметрами регуля-
руемого привода.
На практике для оценки динамики следящей системы пользуются величи-
ной, обратной постоянной интегрирования, которую называют добротностью или
коэффициентом усиления по скорости К„ — —~— = Kf0KalS и определяют
'и
в установившемся режиме как отношение скорости перемещения к рассогласо-
ванию по пути. т. е. К,—Уи/АХ Если следящая система имеет канал скоростной
компенсации, то при определении добротности его необходимо отключать. На-
пример, если в устройстве ЧПУ типа 2С-42 при скорости перемещения
Ун-5000 мм/мин индикатируется рассогласование АХ—5 мм, то К.— 5000 мм'мии
’ 5 мм
«17 с-*, откуда Тв—60 мс, т. е. время переходного процесса в контуре положе-
ния будет составлять faB-(34-5) Гв— (1804-300) мс. Как уже отмечалось, при
современных регулируемых тиристорных электроприводах минимальное значение
постоянной интегрирования контура положения составляет Тв—30 мс
(К.ахЗО с-1)- Из сказанного следует, что для практической установки необхо-
димой величины добротности в устройстве ЧПУ типа 2С-42 необходимо путем
подбора перемычек в субблоке уставок обеспечить при скорости перемещения
Ум—5000 мм/мин рассогласование по пути, равное (34-5) мм.
В устройствах ЧПУ типа НЗЗ-2, Н53-2 ввиду невозможности получения высо-
ких скоростей без канала скоростной компенсации, такая же операция произво-
дится при задании частоты импульсов программы faa-500 Гц от пульта контроля
УУСП. При этом добротность определится из соотношения К»=/вв/п, где п —
число дискрет на индикаторе рассогласования. Например, если при ]Пр=500 Гц
п-30, то К.-500 Гц/30-17 е-«.
Необходимо отметить, что хотя координаты станка при движении имеют зна-
чительную величину рассогласования (без канала скоростной компенсации), при
этом ошибка (рассогласование) на контур не переносятся, если добротности всех
координат установлены одинаковыми. Это следует из соотношения, приведен-
ного, например, в [19], при обходе окружности \ —У»—77; "Z sln
Рис. 10.6. Переходный процесс
в контуре положения при пози-
ционировании
Рис. 10.7. Осциллограммы переходных про-
цессов при позиционировании в заданную
точку без канала скоростной компенсации:
1-К„ - 17 с-1; ЗЗс-1 вря И-300 мм/мии
см
ЮО ПО /ОО 250
Рис.
мы
10.8. Осциллограм-
переходных процес-
прн познционнрова-
Рис. 10.10. Осциллограммы переход-
ных процессов при отработке шага
в следяще* системе с каналом скоро-
стной компенсации:
1 - К„ — 17 с-1; = зз е- *
нии в заданную точку в
следящей системе с кана-
лом скоростной компен-
сации:
17 с-1, V — 300 мм/мяя:
•33 с-1, V=300 ММ/МП1
Рис. 10.9. Осциллограммы пере-
ходных процессов при отработ-
ке шага:
где 0» —величина отклонения реальной траектории от окружности; V» —ско-
рость перемещения; К. ж, К»»— добротности следящих приводов координат
Х и У.
Наибольшая величина ошибки получается при углах, кратных а—45*. При
К. « — /С., величина ошибки равна нулю.
Переходные, процессы в контуре положения
Переходный процесс в контуре положения при скачкообразном задании- ско-
рости показан на рис. 10.6, где V# —установившаяся скорость перемещения; Хо —
заданная точка позиционирования.
Рассогласование АХ и скорость о» связаны между собой через добротность
следящего привода X,—Vo/AX.
Осциллограммы переходных процессбв в контуре положения в режиме по-
зиционирования при подходе к заданной точке при различных величинах К. при-
ведены на рис. 10.7. Позиционирование осуществлялось на скорости
Ve-300 мм/мин. В качестве регулируемого привода был использован привод типа
TNP производства ПНР. Осциллограммы в контуре положения при тех же ус-
ловиях, но с каналом скоростной компенсации, настроенным на полную компенса-
цию рассогласования, приведены на ряс. 10.8. Как видно из осциллограммы, ка-
нал скоростной компенсации вносит значительное перерегулирование при пози-
ционировании координаты.
В [20] показано, что для того чтобы узнать отклик следящей системы на
ступенчатое задание по пути (Х1ая изменяется скачком), можно не формировать
подобную входную функцию, а наблюдать скорость перемещения (или вращения)
при линейном изменении Хм» Исходя из этого принципа, на рис. 10.9 и рис. 10.10
приведены осциллограммы переходных процессов в контуре положения при скач-_
кообразном изменении Х,лл, которые получены оецнллогра.фнрованием сигнала
тахогенератора в условиях, соответствующих приведенным на рис. 10.7 и
рис.-10 8. . "
Методика настройки следящего режима
на станке ГФ1880
с устройством ЧПУ типа 2С42
и электроприводами типа ЭТ6
Блок-схема контура положения. Совместное взаимодействие устройства ЧПУ,
регулируемого привода, механизма подачи станка, измерительной системы пере-
мещения показано на блок-схеме, приведенной на рис. I0.H.
Устройство ЧПУ всегда выдаст на привод задающее напряжение, пропор-
циональное разности между заданным и истинным- значениями положения, то
есть пропорциональное рассогласованию положений; ‘ . г
• - £/»ая —Кри ЛСааа АХ. •
t
При этом регулируемый привод вращает механизм подачи с измерительной си-
стемой таким образом, чтобы измеренное значение положения приближалось к
заданному, а их разность стремилась к нулю а заданной точке перемещения.
В режиме движения с постоянной скоростью имеется постоянное рассогла-
сование ДХ. за счет которого поддерживается заданная скорость. При этом ско-
рость перемещения не зависит от коэффициентов передачи регулятора положения
Хрп. цифроаналогового преобразователя Х««ж. регулируемого привода Хпр. а оп-
ределяется только величиной, заданной от ЧПУ. Перечисленные коэффициенты
передачи определяют величину рассогласования положения ДХ при данной ско-
рости V,.*, то есть коэффициент усиления по скорости X.— У»»д/ДХ, или коэф-
фициент усиления контура положения.
Проверка и установка отрицательной обратной связи по положению. При
задании от устройства ЧПУ перемещения в положительном направлении на вы-
ходе цифроаналогового преобразователя всегда появляется напряжение также
положительной полярности.
Поэтому при положительной полярности задающего напряжения регулируе-
мый привод должен перемещать координату станка в направлении <+».
I
V
Рис. 10.12. Структурная схема контура положения
При подходе к заданной точке разность между заданным и измеренным
перемещением должна стремиться к нулю X,.*—Х,.м — 0. Это будет соответст-
вовать отрицательной обратной связи в контуре положения.
Прежде чем включать электроприводы в следящем режиме с устройством
ЧПУ, необходимо проверить и установит^ отрицательную обратную, связь в кон-
туре положения. Для этого нужно выполнить следующие операции:
— отключить выход ЦАП устройства ЧПУ от задающего входа привода;
— подать от внутреннего источника напряжения привода на задающий вход
привода величину напряжения (0,1—0,5) В положительной полярности;
— убедиться, что координата станка перемещается в положительном направ-
лении. В противном случае поменять местами выводы якоря двигателя и тахо-
генератора;
— подключить тестер к выходу ЦАП устройства ЧПУ; убедиться, что при
перемещении в положительном направлении координаты станка выходное на-
пряжение ЦАП изменяется в сторону отрицательной полярности. В противном
случае поменять местами синусный н косинусный сигналы запитки на обмотках
- головки датчика;
— убедиться еще раз, что при подаче на вход привода задающего напряже-
ния положительной полярности координата станка перемещается в направлении
• «+», а выходное напряжение ЦАП изменяется в сторону отрицательной поляр-
ности.
После этого можно соединять выход ЦАП со входом привода и быть уве-
ренным, что в заданной позиции привод будет находиться в состоянии покоя
(при положительной обратной связи привод саморазгоняется из заданной по-
зиции).
Настройка коэффициента усиления контура положения. Структурная схема
контура положения приведена иа рис.. 10.12.
Из приведенной структурной схемы следует, что коэффициент усиления кои-
тура положения равен произведению коэффициентов передачи звеньев контура
Х.—ХуетКц««Хпр|>$» и определяется также отношением скорости перемещения
координаты V (мм/мин) к рассогласованию по положению ДХ (мм)
K,~V (мм/мнн)/ДХ (мм), поэтому иначе называется коэффициентом усиления
по скорости или добротностью следящего привода.
Величина, обратная Ко, является постоянной интегрирования контура поло-
Рис. 10.13, Статическая характеристика ЦЛП
ження Г«в—Х»~*, ей определяется длительность протекания переходного процесса
в контуре t«a-(3—5) Гва.
Приемлемой с точки зрения динамических характеристик и наиболее рас-
пространенной в станках является величина X.— 1 м/мин/мм = 16,6 с-1. В этом
случае Гвв=60 мс, а /вп-(180—300) мс.
Для станка ГФ1880 ip=l, S» = 10 мм/об, Kytt — безразмерный коэффици-
- ент, играющий роль коэффициента пропорционального усиления регулятора по-
ложения Krtt может быть выбран от 1 до 7 с шагом 1 в плате уставок устрой-
ства ЧПУ. При правильной настройке коэффициентов передачи ЦЛП и привода
1 значение ХТот —1 будет соответствовать Хо—1 м/мин/мм.
Перед настройкой коэффициентов передачи ЦАП и привода необходимо ус-
тановить Хуст“1.
1. Настройка коэффициента передачи ЦАП.
На рис. 10.13 приведена правильная и наиболее распространенная в отече-
ственных и зарубежных устройствах ЧПУ характеристика передачи ЦАП.
В скобках указана величина АХ в мкм, записанная, в восьмеричном коде.
Для настройки приведенной характеристики необходимо:
. — отключить автомат привода настраиваемой координаты;
— перевести устройство ЧПУ в режим диалога путем, кратковременного
перемыкания ножек АН. А13 в крайнем слева ряду на задней стороне монтаж-
ной панели микро-ЭВД1 «Электроника-60» либо переключением тумблера «Хост»;
— пользуясь методикой настройки ЦАП (по документации устройства ЧПУ),
установить нулевое напряжение на выходе ЦАП настраиваемой координаты;
LL ЦЛП, В
10
2&
4 -2
лХ.мм
6 8 10
4
6,68
‘Рис. 10.14. Статическая характеристика контура положения
— по адресу ЦАП настраиваемой координаты (167640-Х, 167642-У, 167644-Х,
167646-7/) задать код 23420. Потенциометром Rs ЦАП отрегулировать выходное
напряжение на уровне (+9±0,01) В. Задать код 123420. Потенциометром /?ц
отрегулировать напряжение на выходе ЦАП (—9±0,01) В. • •
Напряжение измерять цифровым вольтметром. Выход ЦАП должен быть
соединен со входом привода. Коэффициент передачи ЦАП будет иметь величину
АСцаии0,9 В/мм.
2. Настройка характеристики передачи привода.
Предварительно на стенде электропривод должен быть настроен таким об-
разом, чтобы величине задающего напряжения 7/ажд=9 В соответствовало на-
пряжение якоря U»“100 В, при этом скорость вращения составит
n'xiSKlOOO об/мин.
Точная настройка коэффициента передачи привода производится на станке
в следящем режиме работы следующим образом:
— задать от устройства ЧПУ или от пульта стайка скорость движения
м/мин на наибольшее возможное перемещение;
— отрегулировать потенциометром Rsot в цепи сигнала тахогенератора в пла-
те «Регуляторы» электропривода ЭТб величину рассогласования, наблюдаемую
на дисплее
устройства ЧПУ, сделать ев равной значению (10±0.1> мм.
В этом случае коэффициент передачи привода будет равным
Лир=1(Ю0 об/мии/9 В. а коэффициент усиления по скорости контура положения
Х.-10 и/мнн/10 мм-1 м/мин/мм.
Характеристика передачи контура положелия, соответствующая указанным
настройкам ЦАП к привода, приведена на рис. 10.14.
При отсутствии зазоров (люфтов) в механизме подачи станка и высоких
динамических характеристик регулируемого привода значение Kt может быть
дискретно увеличено до 2 м/мин/мм или даже 3 м/мин/мм. Это производится
установкой коэффициента Кгст в плате уставок устройства ЧПУ.
При правильной настройке коэффициентов передачи ЦАП и привода, ука-
занной выше, численные значения Х»е» и X. совпадают, т. е. Х,вт=1 соответст-
вует Kt— I м/мнн/мм вт.д.
Для исключения ошибок при контурной обработке величины Kt всех коор-
динат должны быть установлены одинаковыми.
Установка времени разгона до скорости быстрого хода при позиционирова-
нии При скачкообразном задании скорости быстрого хода в контуре положения
возникают либо большие ускорения в соответствии с зависимостью а— У-Kt,
либо регулируемый привод входит в зону токоограннчения, при этом возникает
отставание по пути, чаще всего превышающее допустимую величину, вследствие
чего в ЧПУ вырабатывается сигнал «сбой привода».
Для исключения этих явлений применяют закон линейного задания скорости.
Время разгона определяется следующим образом. При Kt — 1 м/мии/мм —
= 16,6 с*1 и скачкообразном задании скорости переходный процесс в контуре
положения завершается за
Г«а-(3-4-5) х.-1-(180-300) мс.
Чтобы не уменьшать быстродействия контура положения, при разгоне принимают
время разгона до скорости быстрого хода равным (180—300) мс.
С другой стороны, при заданном времени разгона и моменте инерции меха-
низма подачи электропривод не должен входить я зону токоограничеияя, по-
скольку это приводит к большому перерегулированию по положению. В связи
с этим экспериментально было определено время разгона tp —400 мс до скорости
быстрого хода V«t-10 м/мин, при котором удовлетворительно разгоняются и
тормозятся (без перерегулирования) все координаты станка.
Величина времени разгона и «.«орость, до которой за это время происходит
разгон, устанавливаются в плате уставок устройства ЧПУ. »
Таким образом, для станка ГФ1880 в плате'уставок должны быть установ-
лены скорость быстрого хода Ил-10 м/мии, а время разгона до скорости
10 м/мин /р=0.4 с.
ЛИТЕРАТУРА
1. М х а й л о в О. П. Высокомомеитные электродвигатели для приводов по-
дач металлорежущих станков.—М.: НИИМаш^ 1979.—36 с.
2. Н а й д и с В. А. Орлова Р. Т. Электроприводы и электродвигатели для
станков с ЧПУ: Рекомендации по применению в станкостроении —М.: ОНТИ
ЭНИМС, 1976 — 140 с.
3. Эффективность применения высокомоментных двигателей в станкострое-
нии J Э. Г. Королев, И. А. Волкомнрсхий, А М. Лебедев и. др.— М.: Машино-
строение, 1981.— 144 с.
4. Электродвигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магни-
тов для приводов подач металлообрабатывающих станков: Рекомендации по при-
менению / Г. И. Андреев, Э. Г. Королев и др. М.: ОНТИ ЭНИМС, 1981.— 35 с.
б. Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В. А Ели-
сеева и А. В. Шиняиского — М.: Энергоатомиздат, 1983. 616 с.
6. Башарин А. В., Новиков В. А, Соколовский Г. Г. Управление
электроприводами: Учебное пособие для вузов,—Л.: Эиергоиздат, 1982 — 392 с.
7. Шипи л ло В. П. Автоматизированный вентильный электропривод — М.:
Энергия, 1969 —400 с.
8. Слежаиовский О. В. Реверсивный электропривод постоянного тока.—
М.: Металлургия, 1967.—424 с.
9. Кофлии Р., Дрискол Ф. Операционные усилители и линейные интег-
ральные схемы — М.: Мир, 1979,—360 с.
10. Шило В. Л. Линейные интегральные схемы.— М.: Советское радио.
1979 - 205 с.
11. Устройство управления тиристорное серии БТУ 3601. Техническое описа-
ние и инструкция по эксплуатации — Чебоксары -*24 с.
12. Комплектные системы управления электроприводами тяжелых металлоре-
жущих станков. / Под ред. А Д. Поздеева — М.: Энергия, 1980 — 288 с
13. Электропривод постоянного тока серп ЭТ6: Паспорт.— Прокопьевск.—
48 с.
. _____ - кыгокомоментными двигателями постоян-
14. Комплектный электропривод с высокомоменгп»»» а
ирг о тока: Техническая документация. 1983.-71 с.
Г 15. Электропривод постоянного тока типа «Мезоматик-А»: Техническая доку-
ментация. TNP- Эк-
16 Тиристорные приводные системы с сервомеханизмами керии TNP: эк-
сплуатационно-техническая документация.
17. Динамика вентильного электропривода постоянного тока / Под реД-
^в^^правочное^ п^о^Т^о^теории^^систем автоматического регулирования
684 с . п м Чн л ьбеобл ат М. Э. Частотный анализ систем
19. Загальский Л. Н.. Зильберолат м.
автоматизированного электропривода-М.: Энергия. 1968.-112 с
20. Киселев В. М. Фазовые системы числового программного управлен
станками — М.: Машиностроение. 1976 — 352 С.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
/лова первая.
I'.iaiia вторая.
Глава третья.
Г.шва четвертая.
/\iaea пятая,
/'лива шестая.
Глава седьмая.
Глава девятая.
Глава десятая.
Краткие сведения о двигателях постоянного тока, при-
меняемых в электроприводах подач станков с ЧПУ .
Основные принципы работы тиристорных преобразовате-
лей электроприводов постоянного тока................
Операционные усилителиосновная элементная база
преобразователей современных электроприводов ,
Комплектный электропривод подачи типа БТУ3601 .
Комплектный электропривод подачи типа ЭТ6
Комплектный электропривод подачи типа «Кемрои» .
Комплектный электропривод подачи типа «Мезоматик»
Комплектный электропривод подачи типа TNP .
Методика настройки переходных процессов . . . .
Особенности работы электроприводов в следящем ре-
жиме ...............................................
3
5
20
§ £ а § з § 5 а а
Литература