Эксплуатация крановых тиристорных электроприводов - Тиристорные электроприводы постоянного тока

ПРИНЦИП РАБОТЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ КРАНОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Тиристорные преобразователи постоянного тока являются устройством, преобразующим переменное напряжение питающей сети в выпрямленное регулируемое напряжение посредством фазоимпульсного управления тиристорами. Для пояснения принципа работы преобразователя на рис. 9 приведены схема трехфазного нулевого преобразователя, подключенного на якорную систему двигателя постоянного тока М, а на рис. 10 - диаграммы изменения токов и напряжений. Питание преобразователя осуществляется от сети через трансформатор Т с напряжением на вторичных обмотках Щ-Щ или через токоограничивающий дроссель. Регулирование средних значений выпрямленного напряжения осуществляется тиристорными блоками VS1-VS3 путем изменения системой фазоимпульсного управления (СИФУ) угла включения тиристоров а или р в зависимости от режима работы. Тиристор переводится в проводящее состояние при положительном потенциале между анодом и катодом импульса управления на его базу.

Рис. 9. Схема трехфазного нулевого преобразователя постоянного тока
Поскольку, как видно из схемы рис. 9, аноды тиристоров соединены между собой, включаться может только тот тиристор, потенциал катода которого наибольший. Точка перехода потенциала анод-катод тиристоров через нуль определяет момент естественного включения тиристоров, от которого и отсчитывается угол включения. Преобразователь может работать в выпрямительном или в инверторном режиме. В выпрямительном режиме ток /п и напряжение Un на выходе преобразователя совпадают по направлению и двигатель потребляет из сети энергию. В инверторном режиме направления тока и напряжения противоположны и энергия от двигателя, работающего как генератор, передается в сеть. Перевод преобразователя из выпрямительного в инверторный режим осуществляется посредством увеличения угла а сверх л/2. При этом
разность
Рис. 10. Диаграммы выходных напряжений и токов соответственно в выпрямительном и инверторном режимах:

а — диаграмма напряжения выпрямительного режима; б —_ диаграмма выходного тока выпрямительного режима; в — диаграмма выходного напряжения инверторного режима; г — диаграмма тока инверторного режима
Для обеспечения режима инвертирования необходимо, чтобы закрывающийся тиристор успел восстановить свои запирающие свойства в течение времени приложения к нему отрицательного напряжения, т.е. в пределах угла ф (рис. 10, в). В противном случае возможно опрокидывание преобразователя, приводящее к протеканию аварийного тока, так как ЭДС электродвигателя и напряжение питания совпадают по направлению. Угол у на рис. 10, в, г соответствует промежутку времени, в течение которого ток протекает по двум тиристорам: вступающему в работу и выходящему из нее. Этот угол называется углом коммутации.
В крановых электроприводах постоянного тока тиристорные преобразователи осуществляют питание якорных цепей двигателей и их обмоток возбуждения. Для крановых электроприводов до 1985 г. выпускались преобразователи типа АТРК, которые в настоящее время заменены на преобразователи типа ТПЕ. Принципы построения преобразователей обоих типов одинаковы, однако в ТПЕ использованы более совершенные конструктивные решения и они имеют по сравнению с АТРК меньшие массу и габариты. Технические характеристики преобразователей ТПЕ и АТРК приведены в табл. 1. Далее подробно рассматриваются преобразователи ТПЕ.
Таблица 1. Технические данные тиристорных преобразователей типа ТПЕ и АТРК

СИЛОВЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Преобразователь включает в себя два управляемых выпрямителя: для питания якорной цепи двигателя и его обмотки возбуждения.
Выпрямитель якорных цепей выполнен по трехфазной мостовой реверсивной схеме со встречно-параллельным соединением двух выпрямительных мостов UZ1 и UZ2 (рис. 11, а), выпрямитель цепей возбуждения UZ3 построен по однофазной мостовой схеме (рис. 11,6). Охлаждение силовых тиристоров - естественное воздушное.
Мосты UZ1 и UZ2 подключены к сети быстродействующим автоматическим выключателем QF1 через токоограничивающий реактор L.
Номинальное и максимальное выпрямленное напряжение преобразователей составляет соответственно 230 и 440 В, номинальный выпрямленный ток возбуждения 15 А.

Рис. 11. Силовые схемы выпрямителя якорной цепи (а) и цепи возбуждения (б)
Выключатель QF1 защищает силовой выпрямитель от токов короткого замыкания на стороне переменного тока. На выходе выпрямителя защита осуществляется автоматическим выключателем QF2. В зависимости от номинального тока мосты имеют одну, две или три параллельные ветви соответственно на токи 200, 400 и 630 А. Управление тиристорными мостами раздельное от одной системы фазоимпуль- сного управления, при котором сигналы управления подаются только на работающую группу тиристоров. Это позволяет исключить протекание силовых токов в замкнутом контуре, образуемом тиристорными мостами, и в цепях, связывающих мосты, отсутствуют силовые дроссели.
Выпрямитель возбуждения UZ3 подключен к сети через токоограничивающие резисторы R и автоматический выключатель QF3, защищающий от токов короткого замыкания. В силовой цепи установлен также предохранитель F1, осуществляющий защиту от токов перегрузки.
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
Функциональная схема представлена на рис. 12 и состоит из системы управления силового выпрямителя А1 и системы управления выпрямителя возбуждения А2. Система А1 включает следующие основные функциональные узлы: VI - задатчик интенсивности; U2 - регулятор скорости, контур регулирования тока, включающий регулятор тока U3 и датчик тока UA1; U4 - датчик напряжения; U5 - логическое переключающее устройство; UA2 - датчик нуля тока; AV-M -система фазоимпульсного управления.


Рис. 12. Функциональная схема преобразователя постоянного тока
Система А2 включает узел управления U6, задатчик интенсивности U7, регулятор тока возбуждения U8 с датчиком тока UA3 и систему фазоимпульсного управления AV. Задатчик интенсивности обеспечивает разгон привода (изменение напряжения на выходе силового выпрямителя) в функции времени при скачкообразном сигнале от командоаппарата SM. Система фазоимпульсного управления AV-M предназначена для генерирования управляющих импульсов и осуществления их фазового сдвига в зависимости от значения входного управляющего сигнала. Управление тиристорными мостами, как уже было  сказано, раздельное, а их переключение производится логическим переключающим устройством 1/5. Управляющий сигнал на вход AV-M формируется системой автоматического регулирования, обеспечивающей стабильность и необходимое качество регулирования во всех возможных режимах. Система автоматического регулирования включает в себя контур скорости с регулятором скорости U2 и обратной связью по напряжению от датчика напряжения U4 и контур тока с регулятором тока U3 и обратной связью по току от датчика тока UA1 с ходом от трансформатора тока ТА1. Система управления возбуждением обеспечивает увеличение частоты вращения двигателя при малых нагрузках путем ослабления поля двигателя по сигналу от датчика силового тока UA1 и стабилизацию заданного узлом управления U6 тока возбуждения при колебаниях напряжения сети и изменении сопротивления обмотки возбуждения. Система автоматического регулирования преобразователя возбуждения одноконтурная по току возбуждения с поступлением сигнала обратной связи по току от трансформатора ТА2. Для осуществления питания и синхронизации системы управления выпрямителей якорной цепи и возбуждения служит блок U9, включающий пять источников выпрямленного напряжения: 12 В - для питания интегральных микросхем; 157 В - стабилизированный источник цепей управления; 150 В - для заряда емкостей в схеме фазового сдвига и источник 7,5 В для цепей смещения логического переключающего устройства. Поскольку работа основных узлов систем управления выпрямителями якорной цепи и цепи возбуждения во многом идентична, ниже рассматривается работа отдельных узлов системы управления силовым выпрямителем. При этом схемы приводятся в упрощенном виде, без учета корректирующих и помехозащитных устройств, подробно рассматриваемых в специальной литературе, а порядковые номера и обозначения элементов не соответствуют их обозначениям в схеме преобразователей.

ЗАДАТЧИК ИНТЕНСИВНОСТИ (ЗИ)

Схема задатчика интенсивности приведена на рис. 13. Она содержит два дифференциальных усилителя А1 и А2, первый из которых является усилителем входного сигнала

Рис. 13. Схема задатчика интенсивности
(резистор R3 в цепи отрицательной обратной связи), а второй - интегратором (конденсатор С1). Сигнал задания подается на инвертирующий вход усилителя А1 через резистор R2, а на неинвертирующий поступает сигнал отрицательной обратной связи через резистор R4. Время изменения выходного напряжения определяется значением входного сигнала и регулируется потенциометрами R7 и R8. Резистор R1 обеспечивает связь между входом ЗИ и узлом управления, резисторы R5 и R6 связывают усилители А1 и А2, а резистор R9 устанавливает необходимый уровень напряжения на инвертируемом входе интегратора А2. Полное время развертки входного сигнала (время интегрирования) может быть установлено от 1 до 14 с.