Ознайомлення з об'єктом дослідження

Монтаж, налагоджування і дослідження схем керування асинхронними електродвигунами з використанням безконтактних елементів.

Мета роботи: - вивчення структури і принципу роботи трифазного тиристорного перетворювача частоти з проміжнім колом постійного струму в складі регульованого електропривода змінного струму за системою ТПЧ-АД; дослідження закону керування АД за частотним регулюванням швидкості; дослідження регулювальних властивостей електропривода.

ДОМАШНЯ ПІДГОТОВКА:

- вивчити п.4.5 /1/, /2/, /5/;

- вивчити дане керівництво;

- підготувати бланк звіту про роботу;

Ознайомлення з об'єктом дослідження

Лабораторна установка (див. функціональну схему на рис.1 бланка звіту) складається з наступних об'єктів:

- тиристорного перетворювача частоти (ТПЧ) виконаного у шафі з двостороннім доступом, де розміщене основне електрообладнання, включаючи кола керування, силові й інформаційні кола перетворювача, силовий трансформатор і т.п.;

- пульта керування на лицьовій панелі шафи;

- асинхронного короткозамкненого двигуна (АД) з тахогенератором BV;

Тиристорний перетворювач частоти типу ТПЧ-40 виконаний з колом постійного струму на базі автономного інвертора, принцип роботи якого розглянуто нижче.

На лицьових дверях шафи ТПЧ розміщені: сигнальна лампа, кнопки "Пуск" і "Стоп", регулятор "Швидкість", прилади pf і pU, що вимірюють частоту і діюче значення вихідної напруги перетворювача, а також функціональна схема електропривода. У пульті керування встановлено: автоматичний вимикач QF1, сигнальна лампа HL1, осцилограф для спостереження форми вихідної напруги ТПЧ, тахометр рn.

Напруга мережі живлення (див. функціональну схему електропривода, рис.1 бланка звіту) через вимикач QF1 і контактор КМ підводиться до силового трансформатору TV. До вторинних обмоток TV підключений керований випрямляч на б тиристорах VS7 – VS12, що виконано за трифазною мостовою схемою.

До виходу керованого випрямляча (КВ) приєднується дросель фільтра Lо і конденсатор Со, що забезпечує разом з діодами VD7— VD12 циркуляцію реактивної потужності. Автономний інвертор напруги виконано на тиристорах VS1 — VS6. Конденсатори С і реактори L разом з діодами VD1—VD6 утворюють кола штучної комутації, що забезпечують закриття тиристорів VS1 — VS6 у потрібний момент. Амплітуда напруги на виході інвертора U2 регулюється зміною напруги Ud на його вході за допомогою системи керування випрямляча (СК КВ), а його частота f2 визначається частотою комутації тиристорів VS1 — VS6, що задається блоком системи керування інвертором (СК АІН).

Робота інвертора здійснюється таким чином.

Обмотка статору АД - симетричне трифазне навантаження (Zа, Zв, Zс) і може з'єднуватися за схемою зірка або трикутник. Тиристори інвертору VS1—VS6 за сигналами із блоку керування відкриваються в необхідній послідовності, тобто являють собою ключі (рис.1,а), за допомогою яких фази навантаження підключають до затискачів + чи – джерела Ud. Звичайно тривалість відкритого стану кожного тиристора l складає половину чи третину періоду T2 = 1/f2 (f2-частота вихідної напруги), а зсув моментів відкриття тиристорів VS1—VS6складає шосту частину цього періоду.

Розглянемо спочатку роботу схеми з часом відкриття тиристорів l=T₂/2. Тимчасова діаграма роботи тиристорів для цього випадку показана суцільною лінією на рис. 2 (для l=T₂/3 пунктиром), де струми фаз, що проходять через непарні тиристори відкладені в позитивному напрямку, а струми через парні — у негативному. У кожен момент часу відкриті три тиристори із шести, причому за час періоду можна виділити шість інтервалів (t₁,t₂,t₃,t₄,t₅,t₆) за різними сполученнями відкритих і закритих станів тиристорів. Для визначення форми напруги на навантаженні розглянемо схеми вмикання фаз статора АД на кожному із шести інтервалів (рис.1,в).

На інтервалі t₁ відкриті VS1, VS5 і VS4 і початки фаз А і С з'єднані з плюсовим виводом джерела +Ud, а початок фази В – з мінусовим виводом —Ud (рис.1,в). Якщо при цьому опори усіх трьох фаз однаковий, то еквівалентний опір паралельно з'єднаних фаз А і С буде в 2 рази менше опору фази В. Тоді і напруга на паралельно з'єднаних фазах А і С в 2 рази менше, ніж на фазіВ, що складає Ud/з.

На інтервалі t₂ відкриті VS1, VS6 і VS4, фази В і С увімкнені паралельно, до них прикладається напруга Ud/3, а до фази А— напруга 2Ud/3.

При переході до інтервалу t₃ закривається тиристор VS4 і відкривається VS3 (VS1 і VS6 як і раніше відкриті) - фази А і В вмикаються паралельно.

Таким же чином можна показати схеми з'єднання фаз обмотки статора для інтервалів t₄,t₅і t₆, що виявляться аналогічними відповідно схемам для інтервалів t₁,t₂і t₃, але з іншою полярністю напруги на початках фаз. Напруга на фазах навантаження (рис.2) змінна і містить два ступені, при цьому максимуми цієї напруги зсунуті по фазах на третину періоду регульованої частоти. Іншими словами, на навантаженні формується симетрична система трифазної напруги змінного струму, хоча і несинусоїдальної форми.

Трохи інша форма вихідної напруги ПЧ буде в тому випадку, коли тривалість відкритого стану кожного тиристора буде складати третину періоду Т2 регульованої частоти, а навантаження буде як і раніше з'єднано в зірку. У цьому випадку в кожен інтервал часу відкриті лише два тиристори і дві фази обмотки статора АД виявляються послідовно з'єднаними до напруги Ud, а третя фаза відімкнута від джерела. Відповідно до цього напруга на кожній з послідовно з'єднаних фаз дорівнює Ud/2, а на третій (вільній) дорівнює нулю.

Аналогічним засобом можна проаналізувати роботу при з'єднанні трифазного навантаження за схемою трикутник (рис.3).

Сигнал заданої швидкості двигуна nзад (рис.1 бланка звіту) подається на систему керування перетворювачем (СК ТПЧ), що виробляє дві керуючих напруги: пропорційну частоті Uf2 і амплітуді U_U2 вихідної напруги. Ці керу-ючі напруги подаються до системи керування інвертором (СК АІН) і керованого випрямляча (СК КВ), відповідно, формуючи тим самим на двигуні змінну трифазну напругу необхідної частоти (за рахунок частоти переключення інвертора) і амплітуди (за рахунок регулювання напруги на виході керованого випрямляча).