Коротко об электроприводе.

 

Типовая структура электропривода:
Состав:
Управляемый выпрямитель(УВ); фильтр (Ф) ; двигатель постоянного тока (ДПТ); датчик тока (ДТ); датчик скорости (тахогенератор – ТГ); блок синхронизации с сетью (БСС); фазосдвигающее устройство (ФСУ) (система импульсно-фазового управления: генератор опорных напряжений (ГОН) и устройство сравнения – УС выдает импульсы управления (6шт) по длительности); блок регуляторов (БР) и блоки сопряжения с датчиками (БСД) тока и скорости.
Сигналы типовой структуры электропривода :
Уровни напряжений обратной связи по току и скорости (Uосw и Uосi) формируются в двух контурах: внешний (по скорости) и внутренний (по току); сигнал управления Uy ; сигналы заданий Uзw и Uзi ; разностные сигналы (ΔUw или ΔUi) поступают на свои регуляторы, которые могут быть типа: П, ПИ, ПИД ; сетевое напряжение Uc.
Исходя из выше приведенной схемы , контроль и управление за перечисленными сигналами , поручают микроконтроллеру.
Микроконтроллер способен выполнить следующие функции :
1. Формировать длительности импульсов управления (Τи) и распределить их по вентилям УВ (управляемого выпрямителя) . Для этого используются таймеры микроконтроллера. При правильной работе в схеме УВ одновременно проводят ток два вентиля. Включение вентилей происходит в строго определенном порядке. Частота пульсаций выпрямленного напряжения при напряжении сети в 50 гц будет 300 гц. Это правильная работа управляемого выпрямителя . Угол и импульс управления формируется строго для своего вентиля. Остальные случаи — это неправильная работа . Работа при неправильной последовательности включений прерывается (для микроконтроллера этот случай должен иметь наивысший приоритет прерывания).
2. Преобразовать аналоговые сигналы (Uосw и Uосi) в цифровой код и передать информацию в микроконтроллер . Значит надо использовать АЦП микроконтроллера.
3. Анализировать состояния фаз сети. 3-фазы можно анализировать двоичным трехразрядным числом. Состояние каждого из 3 битов будут отражать полярность соответствующей фазы сетевого напряжения.
4. Для связи системы управления с силовой частью нужно использовать элементы, осуществляющие гальваническую развязку.
В современных производствах наиболее часто используется асинхронные двигатели . Для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором известно ,что :
n0 – частота вращения ( обороты в минуту) магнитного поля . f1 – частота токов в витках обмоток. p – пары полюсов (1,2,3….)

Следовательно имея частоту в 50 гц. скорость определится парой полюсов ( 3000 об./мин,1500 об/мин, 750….) . Но имеется и возможность менять скорость поля – изменяя частоту токов в обмотках . Эту задачу решают преобразователи частоты (ПЧ). Структура преобразователя частоты (ПЧ) включает в себя : источник питания микроконтроллера , связь с клавиатурой , индикацией . Архитектура микроконтроллера позволяет реализовать : связь с ЖКИ , организацию обмена по интерфейсу RS- 232 , выполнить ШИМ — модуляцию и еще множество других возможностей. Учитывая возможности микроконтроллера, получается следующая структурная схема электропривода (один из множества вариантов реализации) приведен на рисунке :

АД— асинхронный электродвигатель , ДС (датчик скорости). ЦП— центральный процессор.
Формы напряжений ( согласно структурной схеме ) частотного преобразователя асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором будут такими :

1. Выпрямитель. 2. Фильтр. 3. Шесть (транзисторов IGBT или MOSFET ) в ключевом режиме ШИМ. Форма выходного напряжения представляет собой высокочастотную двух полярную последовательность прямоугольных импульсов (обмотки статора подключаются поочередно к положительному и отрицательному полюсам выпрямителя).
Определенную часть частотного преобразователя называют инвертором — И (рис1) . Назначение инвертора (И) – это преобразование энергии постоянного тока в энергию переменного тока :

Рис 1. И-инвертор. В-выпрямитель. LC – фильтр. V1-V6 — транзисторы. D1-D6 –диоды. М-мотор (двигатель).

Принцип получения переменного тока преобразователем частоты .В основе лежит принцип ШИМ (широтно-импульсной модуляции) :


Если ключи ( номера приведены рис.1) коммутировать (открывать) как на (рис.2) , то получится форма фазных напряжений как на (рис.3) . На каждом интервале времени относительная ширина импульса изменяется , а значит изменяется среднее ( за интервал времени) напряжение — рис.3 :


Если чаще производить коммутацию (открывать транзисторы),то получим ступенчатую кривую приближающуюся к плавной — Рис. 4 :


На рисунке ниже  (показан один из вариантов) готовой платы ПЧ ( частотного преобразователя):


Скоростью асинхронного двигателя ( коротко замкнутым ротором ) и моментом на валу, развиваемого двигателем важно управлять . Но для асинхронного двигателя есть проблема
( регулировки момента на валу) , которую нельзя решить, если не контролировать поток статорных  обмоток . Для контроля потока используют датчики тока (датчик Холла) :


В- магнитная индукция (поток).

После измерения потока производиться математический расчет ( согласно алгоритму микроконтроллера) момента на валу и скорости вращения ротора . Однако более точную регулировку скорости (1:10000) можно достичь за счет обратной связи , если на валу двигателя установить датчик скорости:


Что касается микроконтроллеров , то компании (Intel, Texas Instruments, Analog Devices.) поставляют микроконтроллеры для управления двигателями ( DSP-микроконтроллеры). У них производительность центрального процессора (более 20 млн.оп./сек). Они содержат ряд периферийных устройств сопряжения контроллера с инвертором и датчиками обратных связей (в архитектуре есть и универсальные генераторы периодических сигналов, выполняющие алгоритмы векторной широтно-импульсной модуляции).

 

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

code