Комплектный электропривод - это электропривод, укомплектованный на

необходимыми для его функционирования. Покупатель получает КЭП как готовый к

Типовая структурная схема комплектного электропривода

Концепция комплектного электропривода

энергии со своей системой управления;

силовой трансформатор или коммутационный (токоограничивающий) реактор;

сглаживающие

Концепция комплектного электропривода

обычно для одной или нескольких отраслей промышленности с близкими условиями

Концепция комплектного электропривода

конструктивного и гальванического разделения силовой части от управляющей;
- интенсификации охлаждения

(целесообразно при отсутствии повышенных требований к точности, быстродействию и диапазону

обусловлена этим высокая интенсивность режимов работы ЭП;

2 Достаточно комфортные климатические

требованиям к ЭП и невозможность такой унификации структур, как для

черт обусловлено питанием тяговых ЭП от контактной сети и сложными

металлургические, судовые, тяговые и т.д.) назначения. Специальные машины выпускаются как

Она имела два конструктивных исполнения:
А – защищенное с внутренней вентиляцией,

Единые серии электрических машин

В 70-х гг. XX в. начались разработка и освоение выпуска серии АД 4А с высотами осей вращения 50... 355 мм и номинальными мощностями от 0,06 до 400 кВт. Шкала мощностей и установочные размеры этой серии были согласованы с международными стандартами. В этой серии удалось на две-три ступени по шкале мощностей увеличить номинальную мощность при тех же высотах осей вращения, что и в серии А2, и в среднем на 20 % уменьшить расход материалов. Этого удалось достичь за счет применения электротехнической стали с улучшенными магнитными свойствами и изоляции с более высокими классами нагревостойкости, а также благодаря усовершенствованию системы охлаждения двигателей.

механизмов с пульсирующей нагрузкой, а также работающих в повторно-кратковременном режиме

В начале 80-х гг. XX в. была спроектирована единая серия АИ с двумя стандартными разновидностями: АИР и АИС. При тех же, что и в серии 4А, высотах осей вращения и номинальных мощностях эта серия имела некоторое превосходство по надежности и другим эксплуатационным показателям.

асинхронных двигателей двух новых единых серий 5А и РА.
Машины серии

С конца 90-х гг. XX в. разрабатывается и осваивается производство новой серии АД – 6А, которая полностью соответствует европейским стандартам и потребительским требованиям рынка.
Числа модификаций и специализированных исполнений в этой серии значительно расширены (до 50 % от общего объема выпуска).

вращения h = 90 – 315 мм, nн = 750

Машины постоянного тока серии 2П

на подъемно-транспортных механизмах и ЭП механизмов металлургических агрегатов.

Основное исполнение

для специализированных кранов, вспомогательных метал. механизмов с повторно-кратковременным режимом работы,

тока ДС.

Применяют для безредукторного привода роликов прокатных станов.
Выполнены на базе

Специальная серия электрических машин

машин, самоходных кранов, а также генераторы подвижного состава с дизель-электрическим

Специальная серия электрических машин

уменьшение эффективности охлаждения самовентилируемых двигателей со снижением скорости и обусловлено

проектироваться единой системой.


- Асинхронные же двигатели с к.з. ротором

(позволяет отказаться от силового трансформатора);

- нестандартную номинальную частоту (до 100...180

Специальные частотно-управляемые асинхронные двигатели имеют:

Электрические двигатели регулируемых электроприводов

и водного) для более мощных вследствие неэффективности самовентиляции;

наличие встроенных

Конструктивные и параметрические особенности, характерные для специальных двигателей:

Электрические двигатели регулируемых электроприводов

надежности.
Кратность максимального момента м=МmaxMн определяется:
для двигателей постоянного тока

А (120, синтетические органические пленки);
B (130, слюда, асбест, стекловолокно с органическими связующими);
F (155, слюда, асбест, стекловолокно с синтетическими связующими);
H (180, слюда, асбест, стекловолокно с кремнийорганическими связующими)

КЛАССЫ НАГРЕВОСТОЙКОСТИ ИЗОЛЯЦИИ

ПЕРЕГРУЗОЧНАЯ СПОСОБНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ

ОТ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

– двигатели на лапах, с подшипниковыми щитами;
2 – двигатели на

Конструктивное исполнение по способу монтажа устанавливается ГОСТ2479
Структура обозначения монтажного исполнения

(электроприводы малой мощности с регулированием скорости или работающие в режиме

СПОСОБЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

0,45...0,55
Средние потери для известных графиков нагрузки и скорости
ДЕНОМИНАЦИЯ Самовентилируемые двигатели

для выполнения функций защиты применяются такая аппаратура и устройства:

•

Помимо этих устройств, сейчас широко используют аппаратуру многофункционального назначения. К ней следует отнести прежде всего автоматические выключатели, которые выполняют три основные функции:
• секционирования двигателя, т.е. его электрическое отключение от сети, что дает возможность безопасного доступа и работы с двигателем во время профилактики;
• подачу питания;
• функциональное управления двигателем (операции "пуск-стоп").

в себе все необходимые функции для управления и защиты двигателей:

Диагностика, защита и мониторинг ЭМС

Примерами таких автоматических выключателей для прямого пуска АД служат устройства типа PKZ2 производства Moeller для двигателей с мощностью до 20 кВт при напряжении питания 380 В устройства серии Integral 18, 32, 63 (Schneider Electric) для двигателей с мощностью до 33 кВт при напряжении питания также 380 В.

Эти выключатели сочетают в себе лучшие характеристики специализированных аппаратов: полную видимость электрического размыкание цепи; высокую разрывную способность со свойством ограничения тока короткого замыкания; надежность и высокую механическую стойкость контактора; совершенство и точность срабатывания современного теплового реле защиты.

следует отнести и специальные микропроцессорные реле защиты. Такие реле обеспечивают

Преимуществом этого реле является то, что оно дает возможность защитить двигатели с различными условиями пуска путем выбора соответствующей кривой срабатывания тепловой защиты (предлагается восемь стандартных классов кривых срабатывания: класс 5, 10, 15 ,..., 40).

Используя дисплей реле, можно с помощью меню настроить соответствующие параметры. На дисплее появляются отображение неисправности и причины, которые ее вызвали.

Кроме того, с помощью двух дополнительных контактов можно вывести во внешнюю цепь информацию о перегрузке, замыкания на землю, термисторное выключение, внутреннюю неисправность прибора.

LT6-P (Schneider-Electric):обеспечивает такие дополнительные функции защиты, как защита от низкого напряжения питания, от работы двигателя с недозагрузкой, контроль по времени пуска. Реле предоставляет возможность проведения мониторинга напряжения питания, тока фаз статора, cos (φ). С его помощью можно реализовать управление прямым пуском двигателя, реверсом двигателя, пуском по схеме звезда-треугольник.

ZEV
Выходы:
95/96 НЗ контакт перегрузка/термистор
97/98 НО контакт перегрузка/термистор
05/06 НЗ контакт свободно

Входы:
A 1/A 2 Питание
T 1/T 2 Термисторный вход
C 1/C 2 Вход трансформатора утечки SSW
Y 1/Y 2 Удаленный сброс

Основная проблема защиты тиристорного ЭП постоянного тока заключается в защите

Источники перенапряжений и способы защиты от них.

- Коммутационные перенапряжения на тиристорах - высокая скорость спадания тока при запирания вентиля - способ защиты: применение RС-цепочек, подключенных параллельно тиристорам;

- Перенапряжения, возникающие в питающей сети вследствие срабатывания коммутационной аппаратуры - эффективно применение RС-звеньев с электролитическими конденсаторами, включенными на выходе мостового диодного выпрямителя малой мощности;

- Перенапряжения от включения или выключения ненагруженного трансформатора, и, перенапряжения, от грозовых разрядов - используют ограничители перенапряжений на основе варисторов.

Kpоме того, перенапряжения возникают на стороне выпрямленного тока при разрыве цепи нагрузки (якоря или обмотки возбуждения двигателя). Для защиты от перенапряжений якорной цепи используют накопительные конденсаторы или ограничители перенапряжений на основе варисторов или дуговых разрядников.

Для повышения надежности работы выбирают класс тиристоров по напряжению с большим коэффициентом запаса - порядка 1.3…1.5.

Защита от аварийных токов.
Причины, порождающие наличие аварийных токов:
внешние

от которых следует защищать двигатель:
механические перегрузки двигателя;
перегрев двигателя;

Чтобы защитить двигатель от перегрева, перегрузки и повреждения изоляции, используют многоступенчатую, разнообразную защиту.

Нагрев двигателя контролируется с помощью тепловой математической модели двигателя, содержащейся в микропроцессорной системе управления ПЧ.

Кроме того, предусмотрена возможность тепловой защиты с использованием термисторов, размещенных в обмотках двигателя.

Во избежание перегрузки двигателя (предотвращение так называемого явления опрокидывания асинхронного двигателя) контролируется и ограничивается ток статора и величина скольжения.

Контроль за повреждением изоляции на землю жил кабеля питания или обмоток двигателя реализуется чаще всего с помощью суммирующего (дифференциального) трансформатора.

Защитить транзисторы от аварийных токов обычными аппаратными средствами (предохранителями, автоматическими

защиты входного выпрямителя от входных перенапряжений, аварийных токов, возникающих в

Защита, диагностика и мониторинг современных ПЧ

Защита силовой цепи ПЧ

Для защиты вентилей от перенапряжений внутреннего и внешнего происхождения используют RС-цепи, ограничители перенапряжений на основе варисторов т.д.

Для защиты от сверхтоков при возникновении коротких замыканий применяют быстродействующие предохранители и/или автоматические выключатели.

Производители ПЧ или предлагают комплектные поставки вместе со средством защиты, или дают рекомендации по выбору защитного аппарата.

Электронная микропроцессорная система управления и регулирования очень чувствительна к внешним

состояния преобразователя частоты

Как правило, на дисплей выводится:

•

двигателя, преобразователя в целом или отдельного полупроводникового ключа;

перегрев двигателя,

Защита, диагностика и мониторинг современных ПЧ

и отрицательные следствия.
Защита, диагностика и мониторинг современных ПЧ
-

мощности вызывает ряд серьезных проблем:

- Большой пусковой ток создает значительную

При прямом пуске АД возникают явления, которые негативно сказываются на работе двигателя, сети и механизма. Частично решить эту проблему можно, ограничив пусковой ток машины. Для этого в начале пуска последовательно с обмоткой статора включают дополнительный резистор или индуктивность, которые спустя некоторое время шунтируются контактами пускового контактора. Также используется автотрансформаторный пуск и пуск с переключением обмотки статора со звезды в треугольник.
Основным недостатком этих способов есть то, что они решая задачу ограничения пускового тока не обеспечивают плавность пуска.

- 8 In.
- Пусковой момент: 0,5 - 1,5 Мn.
- Характеристики:
-

Пусковой момент: 0,5 - 0,75 Мn.
- Характеристики:
- пуск

4 In.
- Пусковой момент: 0,4 - 0,85 Мn.
- Характеристики:

1,8 - 2,6 In.
- Пусковой момент: 0,5 Мn.
- Характеристики:

помощью устройств плавного пуска, построенных на основе тиристорных регуляторов напряжения

Использование микропроцессора дает возможность вместе с формированием процесса пуска и торможения реализовать защиту двигателя и преобразователя, а также осуществить диагностику состояния электропривода.

Блок управления содержит микропроцессор, который управляет устройством. Для ограничения пускового тока на необходимом уровне формируется обратная связь по току с помощью трансформаторов тока ТТ1 и ТТ2 и выпрямителя В.

Для формирования плавного пуска и торможения микропроцессор реализует функцию ЗИ, который задает темп возрастания при пуске и спадания напряжения при торможении на клеммах статорной обмотки двигателя. Одновременно микропроцессор контролирует ток и в случаи достижения им заданной величины ограничения вступает в работу контур регулирования тока.

с места в устройствах плавного пуска используется так называемая функция

Для торможения можно использовать торможение с заданной интенсивностью путем постепенного снижения напряжения питания или динамического напряжения путем подачи в статорную обмотку постоянного тока или торможение свободным выбегом.

выбег (выключение питания и последующая остановка под действием момента нагрузки):
-

2) плавное снижение момента благодаря постепенному уменьшению напряжения перед полным отключение питания:
– смягчение гидравлического удара
1-2: плавное снижение напряжения;
2-3: отключение питания и переход к выбегу;
3-0: выбег

3) динамическое торможение (подача в обмотку статора постоянного тока):
- ускорение процесса остановки высокоинерционных механизмов
1-2: отключение АД от источника переменного напряжения и переход в режим динамического напряжения;
2-3: замедление с неизменным тормозным моментом благодаря изменению тока возбуждения;
3-0: замедление с неизменным током возбуждения и неконтролируемым темпом

с помощью микропроцессора, относятся прежде всего защита от перегрева устройства

Функции защиты:

- Тепловая (время-токовая) защита двигателя;
- Защита от недогрузки двигателя;
- Защита от затяжного пуска (если длительность пуска превышает tLS (10…999 с), устройство блокируется);
- Защита от перегрузки по току;
- Защита от изменения порядка чередования фаз;
- Выдержка времени перед повторным пуском;
Защита от обрыва фазы двигателя (срабатывает, если ток одной из фаз в течение 0,5 с, а трех фаз в течение 0,2 с меньше порогового значения PHL (5…10% номинального тока устройства);
Автоматический повторный пуск;
Ограничение частоты пусков (промежуток времени между пусками не может быть меньше значения, заданного параметром tbS (0…999 мин));
- Тепловая защита с помощью терморезисторов, встроенных в АД;
- Тепловая защита пускового устройства с помощью терморезисторов;
…

рассчитывается устройством путем интегрирования квадрата текущего тока (даже при отключенном

tOL (0,1…60 с) момент АД меньше порогового значения LOC (50…300%

Устройства плавного пуска (SOFT-STARTER)

действия делятся в основном на четыре различных категории:
1) Регуляторы

Digital Soft Starter

транспортеры;
- мешалки и смесители;
- подъемники;
- механизмы с большим моментом инерции

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

по току являются развитием устройств, описанных выше. Они получают информацию

3) Регуляторы тока с обратной связью являются наиболее прогрессивными устройствами плавного пуска. Эти приборы в первую очередь регулируют ток, а не напряжение. Прямое управление током обеспечивает более точное управление пуском, а также более простую настройку и программирование софт-стартера.
Большинство параметров, требующих установки при программировании регуляторов напряжения, в регуляторах тока устанавливаются автоматически.

4) Регуляторы момента с обратной связью по току

Основным недостатком всех перечисленных способов есть невозможность сформировать линейный закон возрастания скорости. В конце разгона ускорение резко увеличивается, из-за увеличения пускового момента в зоне скоростей, близких к установившемуся значению.

пускового момента, с помощью замкнутой САР момента (например, Altistart 46).

Эта система управления действует во время пуска и торможения, формируя во времени необходимую кривую момента двигателя. Текущее значение момента определяется расчетным путем на основе метода баланса мощностей. Данными для расчета выступают номинальная мощность двигателя, синхронная скорость двигателя, напряжение питания, ток статора, угол управления.

настройкам по умолчанию, пригодным для большинства применений;
Номинальный ток двигателя In:

ФУНКЦИИ Altistart 46

Начальная форсировка пускового момента (boost):
- задает уровень момента двигателя bSt в первые 100 мс пуска (50…100% от номинального момента АД);
- по истечении форсировки рост момента продолжается со значения tq0

момент начала пуска (0…100% от номинального момента АД). Длительность роста

Устройства плавного пуска (SOFT-STARTER)

ФУНКЦИИ Altistart 46

отсутствует);
- с плавным снижением момента АД StY=d (ослабляет гидравлический удар

Устройства плавного пуска (SOFT-STARTER)

ФУНКЦИИ Altistart 46

обогрева задается параметром IPr (0…100%);
выдержка времени перед обогревом tPr (0…999

Устройства плавного пуска (SOFT-STARTER)

ФУНКЦИИ Altistart 46

контакторами
С двухскоростным двигателем
С сетевым контактором

пуска нескольких двигателей (параллельный пуск), необходимо проверить два важных параметра:
1.

Устройства плавного пуска (SOFT-STARTER)

пуск), следует убедиться в том, что система может выдержать пусковой

Последовательный пуск двигателей

ПУСК НЕСКОЛЬКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Устройства плавного пуска (SOFT-STARTER)

фазным ротором, у которого сопротивление в роторной цепи закорочено полностью

Максимальное число пусков в час для системы плавного пуска зависит от разных факторов, таких как пусковой ток, окружающая температура и продолжительность включения. Указано для каждого типа УПП (6…10 в час).

Устройства плавного пуска (SOFT-STARTER)

Не допускается включение на выходе устройств компенсирующих конденсаторов (при использовании компенсаторов коэффициента мощности они должны устанавливаться на входе УПП и подключаться к питанию только по завершении пуска).

Не допускается питание от устройств никаких других нагрузок, кроме АД.

В механизмах, требующих большого тормозного момента и высокого темпа остановки (до 1 с), следует применять преобразователи частоты.

байпасс), который выводит из работы УПП по окончанию разгона, тем

Выбор системы плавного пуска производится исходя из номинальной мощности двигателя. В некоторых случаях необходимо выбрать более мощную систему, чем номинальная мощность двигателя, исходя из условий пуска (пуск под большой нагрузкой, много пусков в час и др.) Пусковые возможности системы плавного пуска во многом зависят от мощности тиристоров и отвода тепла.

Нормальный пуск – Пуск под нагрузкой, которая имеет малый или средний момент инерции. Пуск длительностью менее 5 секунд при прямой подаче напряжения может считаться нормальным пуском.
Пуск под большой нагрузкой – Пуск под нагрузкой, имеющей большой или очень большой момент инерции. Пуска продолжительностью более 5 секунд при прямой подаче напряжения может считаться пуском под большой нагрузкой.

Устройства плавного пуска (SOFT-STARTER)

двигателя
при различных напряжениях питания
Энергосбережение при использовании устройств плавного

Устройства плавного пуска (SOFT-STARTER)

влиянию на сеть развитие получают преобразователи, обеспечивающие экономичные способы управления

Регулируемый ЭП переменного тока

трехфазной сети, поэтому силовая часть систем частотного управления обычно называется

В настоящее время более распространены ПЧ со звеном постоянного тока.

и б) или неуправляемый (рис в) выпрямитель. После преобразования выпрямителем

Для энергетической развязки выпрямителя и инвертора между ними обязательно устанавливают накопитель энергии. В зависимости от вида этого накопителя – конденсатор или дроссель – инвертор работает либо в режиме источника напряжения (ИН), либо источника тока (ИТ). Главное отличие схемы инверторов тока от инверторов напряжения заключается в отсутствии шунтирующих обратных диодов. Накопитель энергии необходим потому, что энергия постоянного тока чисто активная, а для формирования магнитных полей в двигателе нужен обмен реактивной энергией с источником питания, которую и обеспечивает накопитель.

Основные типы преобразователей

тока статора, т.е. ее направление по отношению к напряжению. Этот

Основные типы преобразователей

а частота f1 регулируется тактовой частотой коммутации, задаваемой устройством управления

Из рассмотренных особенностей ПЧ с инверторами, работающими с шестью коммутациями за период, можно сделать вывод, что ПЧИН следует применять для многодвигательных и одиночных приводов мощностью до 200 кВт, работающих в одном квадранте с диапазоном регулирования до 20:1. При этом в УУ обычно используется функциональный преобразователь с законом управления U/f=const.

Для одиночных приводов мощностью до 400 кВт, работающих в двух квадрантах примерно с тем же диапазоном регулирования, применяют ПЧИТ.

При необходимости рекуперации энергии в сеть переменного напряжения в выпрямителях наряду с тиристорными инверторами используют транзисторные инверторы, схемы которых полностью аналогичны схеме автономного инвертора асинхронного двигателя. Такие схемы получили название активных выпрямителей или активных источников питания автономных инверторов.

К основным достоинствам преобразователей с инвертором тока относятся возможность рекуперации энергии в сеть и безаварийность режима короткого замыкания по выходу. Основные недостатки преобразователей с инвертором тока: ограничение верхней границы диапазона регулирования выходной частоты (обычно f2max= 100… 125 Гц); коммутационные перенапряжения на тиристорах АИТ; дополнительные потери в двигателе при несинусоидальной форме тока.

Основные типы преобразователей

которых функции регулирования обоих выходных параметров (амплитуды и частоты) возложены

Основные типы преобразователей

тока;
возможность глубокого регулирования скорости;
входной коэффициент мощности, близкий к

Недостатки:
необходимость применения более дорогих ключей;
повышенные потери в ключах вследствие высокой частоты их переключения;
повышенное излучение электромагнитных помех;
возможность перенапряжений на обмотке двигателя при большой длине кабеля

Области применения:
ЭП с повышенными требованиями к точности, диапазону регулирования скорости или энергетическим показателям;
силовые активные фильтры для систем электроснабжения;
источники бесперебойного питания

Широтно-импульсная модуляция в ПЧ

напряжения в широких границах;
форма выходного тока, максимально приближенная к синусоидальной;
способность

ТРЕБОВАНИЯ К ПЧ

(т.е. управление самим ПЧ);

- управление координатами електропривода (током, скоростью);

- управление

из участков синусоид напряжения сети питания, при этом двигатель в

НПЧ в принципе могут строиться на основе частично или полностью управляемых ключей. В первом случае в качестве ключей используют тиристоры (симисторы) с естественной коммутацией (ЕК); во втором – либо полностью управляемые тиристоры или тиристоры с искусственной коммутацией, либо транзисторы. Применение искусственной коммутации позволяет регулировать выходную частоту в области ниже и выше частоты сети. Однако коммутационные устройства тиристорных ключей существенно ухудшают массогабаритные показатели. Применение транзисторных ключей исключает этот недостаток, но сам принцип работы НПЧ требует использования по крайней мере тройного количества ключевых элементов по сравнению с ПЧ с инверторами. Кроме того, для некоторых задач в НПЧ используют входные или выходные трансформаторы, что еще более снижает их конкурентоспособность. Поэтому в преобразователях этого типа чаще всего используют естественную коммутацию и применяют их в приводах, где отчетливо проявляются достоинства тиристорных ключей – в приводах большой мощности.

Основные типы преобразователей

с коэффициентом искажения порядка 0,99-0,9999, т.е. токи, содержащие практически только

Основные типы преобразователей

ПЧ по номинальной мощности двигателя не является достаточным:

- При выборе

частот выше номинальной (50 Гц), как правило, возможна только на

При выборе преобразователей, работающих в регулируемом электроприводе с высоко динамичными и повторно-кратковременными режимами, не редко игнорируется необходимость обеспечения рекуперации энергии со стороны электродвигателя в питающую сеть, либо на активную нагрузку. Такие преобразователи должны иметь либо двухсторонний обмен энергией между двигателем и питающей преобразователь сетью (ПЧ с непосредственной связью, на основе автономных инверторов тока, с блоком рекуперации на входе инвертора), либо иметь дополнительный резистор для сброса на него рекуперируемой энергии. Создание многодвигательного привода с единой шиной постоянного тока для питания инверторов ПЧ и установкой общего инвертора постоянного тока на неполную суммарную мощность привода способствует решению подобной проблемы. Стоимость таких преобразователей возрастает, но технология работы установок и особенно требования их экстренного останова при аварийных режимах или опасности жизнедеятельности обслуживающего персонала вынуждает идти на дополнительные затраты.

Особенности выбора ЭП переменного тока на базе ад

длины кабеля требуется предусматривать специализированный фильтр на выходе ПЧ и

Наладка регулируемого ЭП. Развитие микропроцессорных систем управления ЭП позволяет получать весьма качественные его показатели. Однако их техническая реализация требует и более глубокой информации о реальных параметрах элементов ЭП. К сожалению, в отечественных каталогах и паспортных данных на электрооборудование все реже можно найти данные по активным и реактивным сопротивлениям электрических обмоток двигателей, их тепловых постоянных времени, моментов инерции и т.п., т.е. по тем параметрам, которые должны вводиться в программное обеспечение системы управления электропривода. Отсутствие численных значений ряда параметров силовой части ЭП, которые должны вводиться в математическую модель электродвигателя, заметно ограничивает качество настройки и надежность работы ЭП. Поэтому во многих ПЧ предусмотрен режим идентификации этих параметров и автоматической настройки параметров регуляторов системы управления вводимого в эксплуатацию ЭП. Настройка параметров регуляторов носит, как правила "ориентировочный" характер, обеспечивая лишь устойчивость замкнутой системы регулирования выходных координат ЭП. Затем, при необходимости увеличения динамических показателей ЭП, параметры регуляторов должны корректироваться более качественно уже наладочным персоналом.

Особенности выбора ЭП переменного тока на базе ад

питающей сети находятся в пределах нормы, однако периодически в сети

Особенности выбора ЭП переменного тока на базе ад

могут возникать проблемы, связанные с кратковременными прерываниями тока в силовых

Сети с изолированной нейтралью. Некоторые промышленные установки предназначены для работы в условиях повышенных требований к электробезопасности. Как правило, питание таких установок осуществляется от сетей с изолированной нейтралью. Использование ПЧ в таких сетях возможно только при отсутствии входных помехоподавляющих фильтров. При наличии в ПЧ встроенного фильтра подавления электромагнитных помех необходимо удалить конденсаторы фильтра, связанные с корпусом ПЧ. Для предотвращения нежелательных отключений преобразователя от замыкания выходной фазы на землю рекомендуется использовать устройство защитного отключения.

Особенности выбора ЭП переменного тока на базе ад

с помощью крыльчатки, вращающейся со скоростью вращения его вала. Этот

Работа стандартных асинхронных двигателей в диапазоне частоты выше номинальной, как правило, ограничена двойной номинальной частотой вращения двухполюсного двигателя (6000 об/мин) вследствие наличия ограничений со стороны подшипников. Однако в данном режиме происходит снижение потока магнитного возбуждения, что влечет за собой уменьшение максимального момента двигателя пропорционально повышению частоты вращения выше номинального значения.

Особенности выбора ЭП переменного тока на базе ад

допустимая частота вращения стандартных асинхронных двигателей.

моментом нагрузки Мн различно для разных классов машин и механизмов.

Механические характеристики различных нагрузок:
1– с постоянным моментом, не зависящим от частоты; 2 – с переменным моментом, зависящим от частоты; 3 – с нелинейной зависимостью момента от частоты

Выбор двигателя для таких механизмов требует предварительного анализа их механических характеристик, так как необходимо обеспечить достаточный запас по моменту двигателя для реализации всех требуемых режимов работы механизма. Отдельного рассмотрения требует режим пуска привода, т.е. выбранный двигатель должен обеспечивать достаточный пусковой момент и момент, требуемый для ускорения механизма.

Особенности выбора ЭП переменного тока на базе ад

током, указанным в каталоге.

Нет необходимости использовать быстродействующие автоматические выключатели

Сетевой контактор КМ1 обеспечивает функцию аварийного останова электропривода, а также может использоваться для безопасного его включения. Выбор сетевого контактора следует производить по номинальному входному току преобразователя.

Не рекомендуется использовать контактор для управления пуском/остановкой привода под нагрузкой. Это приведет к нежелательному износу контактора, а также увеличит время запуска привода за счет процедуры его инициализации при подаче силового питания. Для управления пуском/остановкой следует использовать сигнальные цепи преобразователя.

Коммутационная и защитная аппаратура, дроссели и фильтры

преобразователе блок выпрямления или блок выпрямления/рекуперации. Эффект применения дросселя зависит

Помехоподавляющие фильтры (входные) Z1 совместно с коммутационными сетевыми дросселями уменьшают напряжение помех преобразователя, блока выпрямления и блока выпрямления/рекуперации. Существуют помехоподавляющие фильтры с номинальными током до 2500 А и напряжением до 690 В для разных типов промышленных сетей.

Коммутационная и защитная аппаратура, дроссели и фильтры

процессы торможения привода с выделением энергии на звене постоянного тока

Коммутационная и защитная аппаратура, дроссели и фильтры

длина кабеля питания двигателя, подключаемого к стандартному преобразователю без выходного

Для приводов с асинхронными двигателями с номинальной частотой до 87 Гц и максимальной частотой 200 Гц рекомендуется использование дросселей со стальными сердечниками.

Для приводов с АД с номинальной частотой до 200 Гц и максимальной частотой 300 Гц рекомендуется использование дросселей с ферритовыми сердечниками. Ферритовые дроссели допускается использовать при максимальной частоте ШИМ-преобразователя.

Увеличение потерь в дросселе при увеличении частоты ШИМ компенсируется снижением мощности преобразователя. Работа преобразователя с частотой ШИМ свыше 6 кГц приводит к смещению резонансной частоты, и, следовательно, изменению максимальной длины кабеля.

Коммутационная и защитная аппаратура, дроссели и фильтры

по формуле

lдоп < lтабл(6/fшим),

где lтабл – данные из

Выходной дроссель совместно с емкостью кабеля ограничивает производную напряжения на обмотке двигателя. Длины кабелей питания двигателей при работе от ПЧ с выходным дросселем, позволяющие ограничивать максимум du/dt на уровне 500 В/мкс, приведены в табл.

Выходной du/dt -фильтр (ограничения напряжения) используется при наличии сомнений в прочности изоляции двигательных обмоток.

Начиная с значения тока 120 А, двигатель может питаться с помощью параллельных кабелей (вплоть до максимальной длины кабеля).

Фильтр ограничения напряжения может быть использован до частоты 300 Гц и может работать только при подключенном к преобразователю двигателе.

Коммутационная и защитная аппаратура, дроссели и фильтры

несинусоидальная форма тока сети;
- cos

1) Рекуперативное с возвратом энергии в сеть:
энергосбережение;
дополнительные капитальные затраты

3) Динамическое торможение (торможение постоянным током)
- тормозная энергия рассеивается в двигателе;
- дополнительные капитальные затраты отсутствуют

2) Рекуперативное с разрядным резистором:
- тормозная энергия рассеивается в резисторе;
дополнительные капитальные затраты невелики

4) Обмен тормозной энергией по сети постоянного тока:
- рекуперируемая энергия может быть использована другими потребителями;
- мощность выпрямителя меньше суммы мощностей инверторов;
- целесообразно использование в многодвигательных механизмах

тормозному режиму возникает в двух случаях:

для спуска груза транспортных

В непосредственных преобразователях частоты и ПЧ на основе автономного инвертора тока для обеспечения передачи тормозной энергии к промышленной сети никакие дополнительные меры принимать нет необходимости, поскольку подобные ПЧ естественно способны к двусторонней передаче энергии.

В случае использования двухступенчатых ПЧ с инверторами напряжения переход двигателя к рекуперативному режиму вызывает передачу тормозной энергии к звену постоянного тока, заряду конденсаторного фильтра и увеличения напряжения, на нем. Во избежание перенапряжений, возможны три варианта утилизации тормозной энергии:

включение встречно параллельно выпрямителю ведомого сетью инвертора (тиристорного или транзисторного) для передачи тормозной энергии к сети переменного тока. Использование модулей рекуперации энергии в сеть экономически оправдано для индивидуальных или многодвигательных приводов общей мощностью свыше 150...200 кВт, работающих в генераторном режиме с определенной цикличностью. При малых значениях времени цикла — общей мощностью свыше 200 кВт.

2) включение параллельно конденсатору звена постоянного тока разрядного круга с ключом и разрядным резистором (в маломощных электроприводах и в случае малой интенсивности торможения, когда тормозная мощность имела и применение ведомого инвертора экономически нецелесообразно);

3) групповое питание нескольких инверторов от общего выпрямителя.

конденсаторе: при превышении допустимого уровня разрядный ключ РК открывается, сбрасывая

Тормозные резисторы предлагаются производителями преобразовательной техники в качестве дополнительной комплектации к ПЧ и выбираются исходя из конкретных параметров режима торможения по каталожным данным.

Основными параметрами, служащими для выбора тормозных резисторов, являются: номинальное сопротивление, продолжительность включения в процентах от общего времени рабочего цикла Т, пиковая мощность торможения PTmax в течение определенного времени, мощность торможения в продолжительном режиме PTдлит и температура окружающей среды. Некоторые производители указывают нагрузочную способность тормозного резистора в процентах от номинального момента конкретного привода при определенных параметрах рабочего цикла.

В общем случае пиковая мощность тормозного резистора рассчитывается по формуле

- порог срабатывания тормозного прерывателя ПЧ (либо прерывателя внешнего тормозного модуля);

R - сопротивление резистора.

Утилизация тормозной энергии в частотно управляемых ЭП

резистора указываются производителями для конкретных преобразователей частоты с учетом порога

Например, параметры тормозных резисторов для приводов серии Simovert VC указываются из расчета цикличности торможения 90 с. Величина P20 характеризует допустимую (номинальную) мощность торможения в течение 20 с с цикличностью 90 с, Р3 - максимальную (пиковую) мощность торможения в течение 3 с с последующим ее линейным снижением в течение 20 с, а Pдв - это максимально допустимая длительная мощность торможения. При этом P20=4Pдв; P3=6Pдв.

Диаграммы изменения нагрузки при торможении привода с использованием внешнего тормозного резистора

Утилизация тормозной энергии в частотно управляемых ЭП

торможения привода. Порядок действий при выборе тормозного резистора следующий.

Построить диаграмму

Если реальное время цикла не равно 90 с, процедура выбора тормозного резистора сводится к построению диаграммы изменения мощности торможения в течение рабочего цикла и выбору на ней отрезка времени Т= 90 с, где значение РТср максимально. Дальнейшие действия в соответствии с пунктами 3 и 4 описанной методики.

Для определения максимальной мощности торможения при проверке условия PTmax≤1,5P20 необходимо рассматривать всю область построенной диаграммы. Если торможение привода происходит нерегулярно и случается при остановке привода, методика выбора тормозного резистора аналогична методике, применяемой для времени цикла, отличного от 90 с.

Утилизация тормозной энергии в частотно управляемых ЭП

привода, Нм,
- максимальную мощность торможения, кВт,
- среднее значение мощности торможения,

Мощность тормозного резистора можно определить на основе полученных значений средней и максимальной мощностей торможения.

При спуске груза транспортных и грузоподъемных механизмах происходит превращение в электрическую энергию потенциальной энергии груза. Найдем мощность торможения для этого случая:

- суммарный момент инерции вала двигателя и нагрузки, приведенной к валу двигателя, кгм2

- скорость двигателя в начальный момент торможения, мин-1

- время торможения привода до полной остановки, с;

- КПД двигателя;

Уменьшение потенциальной энергии груза в результате его спуска на высоту

т - масса груза

Часть энергии будет потрачена на преодоление сил трения. Поэтому мощность торможения получим как

Утилизация тормозной энергии в частотно управляемых ЭП

коэффициент трения;
- угол наклона траектории спуска груза относительно горизонтали.

Уменьшение кинетической энергии подвижных масс в результате уменьшения скорости на величину

Мощность торможения

- момент двигателя во время торможения;

- статический момент.

Обычно, мощность торможения рассчитывают для наихудших условий, за которых она будет максимальной.

Утилизация тормозной энергии в частотно управляемых ЭП

механизмов (технологические линии разных отраслей промышленности, станки с ЧПУ, промышленные

Утилизация тормозной энергии в частотно управляемых ЭП

возможным создание на их базе высоковольтных ПЧ для управления двигателями

Высоковольтные преобразователи частоты

При больших мощностях на первый план выходят энергетические показатели электропривода, обеспечение высокого качества выходного напряжения ПЧ, а также тока, который потребляется от сети. Этим требованиям наиболее полно удовлетворяют многоуровневые преобразователи частоты (МПЧ). Выходное напряжение МПЧ имеет ступенчатую форму, аппроксимируя синусоидальный сигнал. Их преимущества:

качество выходного напряжения приближается к принятым стандартам, снижается в отличие от традиционных ШИМ инверторов значение du/dt, что дает возможность использования МПЧ без дополнительных выходных «синусных фильтров»;

силовые цепи могут выполняться на низковольтных полупроводниковых приборах;

- за счет использования на входе многофазных схем выпрямления потребляют от сети практически синусоидальный входной ток с коэффициентом мощности близким единицы.

и специального многообмоточного трансформатора на входе. Большинство типов МПЧ предусматривает

Высоковольтные преобразователи частоты

приводов среднего напряжения строились на запираемых тиристорах (GTO) или на

IGBT: традиционный транзисторный подход
В приводах среднего напряжения могут использоваться как низковольтные, так и высоковольтные IGBT транзисторы. Транзисторы IGBT обеспечивают высокую частоту коммутации, но имеют большие потери в проводящем состоянии в диапазоне средних напряжений, и схема усложняется из-за необходимости последовательного включения нескольких транзисторов. При использовании высоковольтных транзисторов IGBT необходимо меньшее число последовательно включенных приборов по сравнению со случаем низковольтных IGBT, однако потери в проводящем состоянии будут даже больше. Общее количество элементов возрастает, что, в конечном счете, приводит к увеличению габаритов приводов. Стоимость увеличивается. Надежность снижается.
GTO: Стандартная схема на основе запираемых тиристоров
Технология GTO достаточно надежна, и потери в проводящем состоянии при средних уровнях напряжения вполне приемлемы. Проблема заключается в том, что неоднородная коммутация требует очень сложных дополнительных схем для запирания тиристора. И снова возрастает общее количество элементов, что увеличивает габаритные размеры приводов. Стоимость возрастает. Надежность уменьшается.

IGCT: запираемый тиристор со встроенным блоком управления
Тиристор обеспечивает быстрое, равномерное переключение и принципиально имеет малые потери.

Высоковольтные преобразователи частоты

и в безтрансформаторном исполнении.
Схема преобразователя частоты с двумя трансформаторами

Высоковольтные преобразователи частоты

с одним входным трансформатором, имеющим две или более вторичных обмоток.

Схема ПЧ с одним трансформатором Тр, имеющим две вторичные обмотки. Эти обмотки питают два последовательно соединенных выпрямителя В1 и В2, напряжение с которых через фильтр звена постоянного тока (конденсаторы С1 и С2) подается на инвертор напряжения ИН. Инвертор включает в себя ряд последовательно соединенных силовых транзисторов с элементами, обеспечивающими равномерное распределение напряжения между ними. Такая схема преобразователя иногда называется многоуровневой.

Такой трансформатор позволяет выполнить преобразователь, в котором снижается уровень пульсаций напряжения и тока и тем самым упрощается решение проблемы электромагнитной совместимости электропривода и системы электроснабжения. Кроме того, в таком преобразователе могут быть использованы силовые полупроводниковые приборы на меньшие номинальные параметры в виде одинаковых стандартных блоков.

(до 18) вторичных обмоток, напряжения которых электрически сдвинуты друг относительно

Высоковольтные преобразователи частоты

Схема ПЧ с одним трансформатором Тр, имеющим девять вторичных обмоток. Напряжение с обмоток подается на низковольтные инверторные ячейки Я1...Я9, включенные последовательно по три в каждую фазу. Ячейка представляет собой соединение в одном блоке выпрямителя В, конденсаторного фильтра Ф и инвертора И, выполненного в данной схеме на IGВ-транзисторах.

синхронными двигателями мощностью до 6 300 кВт и напряжениями 6

Безтрансформаторные преобразователи частоты обеспечивают прямое (без промежуточной трансформации) преобразование напряжения питающей сети 6 или 10 кВ в напряжение регулируемой частоты и амплитуды и могут выполняться по различным схемам силовой части.

IGCT обычно требуют одну пятую от общего числа силовых полупроводниковых

Высоковольтные преобразователи частоты

АВВ

исключаются дополнительные потери и повреждение сети: подавляются 5я и 7я

Высоковольтные преобразователи частоты

АВВ

течение 1 минуты каждые 10 минут
ACS 1000i

Не используются электролитические

АВВ

система
прямого управления моментом
Инвертор с IGCT-тиристорами

1000 раз меньше, чем у предохранителей
Высоковольтные преобразователи частоты
АВВ

выпрямитель
Конденсаторы звена
постоянного тока
Блок инвертора
Блок
управления
Секция подключения
кабелей двигателя
с верхним и нижним
вводом
Блок

Вспомогательное
питание для устройств
управления

Унифицированный
электронный силовой блок

мощностью, потребляемой ПЧ


где Р – активная мощность (затрачивается на совершение

питающей сети. Если токи несинусоидальны, несинусоидально и падение напряжения, что

Влияние ПЧ на питающую сеть

современных ПЧ cos 1
Коэффициент мощности (отношение активной мощности к полной

Влияние ПЧ на питающую сеть

дроссели постоянного тока (L2);

принудительное формирование синусоидального входного тока (активные

Влияние ПЧ на питающую сеть

при переключениях ключей;
проявление волновых свойств длинного кабеля
Следствия:
перенапряжения на

Выходные фильтры

параметризацию, что допустимо для простых применений, когда условия работы привода

Параметрирование стандартных функций управления

Процедура быстрой параметризации включает в себя установку параметров, определяющих:

номинальные данные двигателя (его тип, частоту и напряжение питания, ток, мощность, cos, КПД, частоту вращения вала, ток намагничивания, тип охлаждения);

тип нагрузки на валу (с постоянным или переменным моментом);

допустимую перегрузочную способность;

источники подачи сигналов задания и команд управления;

ограничения выходной частоты преобразователя (минимальное и максимальное значения);

темпы разгона и торможения;

выбор алгоритма управления частотой или моментом (скалярное, векторное с датчиком скорости или без датчика).

– запись в определенный параметр системы управления привода кода, соответствующего

к типу нагрузки на валу двигателя. Для настройки высокоточных приводов,

Макроконфигурации определяют настройки ряда параметров, существенно влияющих на динамические характеристики привода:

- коэффициента регулятора скорости, зависящего от суммарного момента инерции привода;
- постоянной времени интегрирования регулятора скорости, определяющей точность поддержания заданной скорости и перерегулирование переходного процесса по скорости;
- фильтрации сигнала измеренной скорости, используемой только в замкнутых системах регулирования скорости или момента привода при наличии импульсных помех в сигнале скорости;
- оптимизации поддержания момента, компенсирующей влияние дискретности цифровой замкнутой системы регулирования скорости и повышающей точность поддержания момента при разгоне. При этом сигнал измеренной скорости подвергается дифференцированию;
- темпа нарастания сигнала задания активной составляющей тока статора, снижение значения которого приводит к повышению динамики контура регулирования тока статора в области ослабления потокосцепления (при работе на частотах выше 50 Гц), а увеличение – снижает перерегулирование активной составляющей тока статора при резких бросках момента;
- динамического момента – настройкой этого параметра обеспечивается дополнительный динамический момент в области низких частот при работе без датчика обратной связи, который задействуется в режимах ускорения/замедления;
- фильтрации сигнала измеренного напряжения звена постоянного тока, снижение значения которого приводит к повышению динамики контура регулирования напряжения на звене постоянного тока;
- задания потокосцепления двигателя относительно номин. значения в диапазоне частот от 0 до 50 Гц;
- оптимизации работы при неполной нагрузке привода, позволяющей снизить потери в стали статора двигателя за счет задания снижения потокосцепления пропорционально снижению нагрузки на валу;
- фильтрации сигнала задания потокосцепления двигателя, обеспечивающей устойчивость контура регулирования потокосцепления в режиме оптимизации при частичной загрузке и в области частот выше номинальной;
- компенсации запаздывания срабатывания ключей инвертора, позволяющей компенсировать колебания момента в диапазоне частот выше 10 Гц.

дополнительными функциями, расширяющими возможности настройки системы:

Автоматический перезапуск – используется для

возможное время, т.е. подаваемый в статорные обмотки вращающегося двигателя постоянный

Параметрирование стандартных функций управления

0...10 В, 0...±10 В, 1...5 В и 4...20 мА, 0...20

Ввод аналоговых сигналов

Применение стандарта позволяет изготовить всего один тип универсального устройства ввода со стандартными диапазонами для всех типов датчиков со стандартными выходными сигналами. Однако для таких датчиков, как термопары, термопреобразователи сопротивления, тензорезисторы, в силу их широкой распространенности нормирующие преобразователи встраивают в сами модули ввода. Поэтому, кроме универсальных модулей ввода, получили распространение специализированные модули ввода сигналов термопар, термопреобразователей сопротивления и тензорезисторов.

входы модулей ввода используются для измерения напряжений. Идеальный потенциальный вход

Потенциальный вход

первого порядка с постоянной времени T ≈ (Ri1 + Rk1)C1

Для уменьшения погрешности следует увеличивать входные сопротивления R1, R2 и уменьшать емкости C1, C2. Однако в схеме с дифференциальным включением увеличение R1, R2 и снижение C1, C2 ведет к росту емкостной наводки, а также к увеличению синфазной помехи, вызванной входными токами операционного усилителя и атмосферным электричеством. Синфазная помеха может стать настолько большой, что напряжения на входах операционного усилителя выйдут за границы динамического диапазона. Поэтому при работе с дифференциальными входами следует соблюдать правила выполнения сигнального заземления. Вывод AGND следует соединять с экраном кабеля источника сигнала или не соединять ни с чем.

Потенциальные одиночные (а) и дифференциальный (б) входы

Потенциальный вход

стандартного сигнала 4...20 мА. Преобразование тока в напряжение выполняется с

Ввод аналоговых сигналов

Токовый вход

При использовании диапазона токов 0...20 мА ток преобразуется в напряжение по формуле

для диапазона 4...20 мА – по формуле

При этом току 4мА соответствует выходной сигнал, равный нулю. Смещение уровня нуля на 4 мА необходимо для обеспечения возможности диагностирования обрыва в цепи датчика

Преобразование тока в выходной
сигнал для диапазонов
0...20 мА (а) и 4...20 мА (б)

Токовый вход на основе одиночного (а) и дифференциального (б) потенциального входов

быть представлены в виде стандартных сигналов тока (0...20 и 4...20

Выходные каскады для втекающего (а) и вытекающего (б) токов.

Источник тока с достаточно высокой степенью точности и для всех частот можно считать «идеальным», и его выходное сопротивление можно не учитывать при использовании типовой нагрузки 250 Ом в стандартной «токовой петле» 4...20 мА.

Стабилитрон служит для предохранения транзистора от внешних напряжений неправильной полярности и превышения напряжения над допустимым значением.

Недостатком приведенных каскадов является невозможность изменения направления тока на противоположное, что связано с применением транзисторов одного типа проводимости или с одним типом канала.

Погрешность типового модуля ввода составляет 0,1 % от верхней границы диапазона (±10 В для потенциального выхода и 0...20 мА для токового), разрядность – 12 бит, дискретность изменения выходной величины – 5 мВ для напряжения и 5 мкА для тока, т.е. 0,05 % от ширины диапазона.

типов входов:
• вход типа «сухой контакт»;
• дискретный вход для логических сигналов в

«Сухим» контактом в системах автоматизации называют источник информации, не имеющий встроенного источника энергии, например контакты реле или дискретные выходы типа «отрытый коллектор». Для передачи информации о состоянии такого контакта необходим внешний источник тока или напряжения.
Микроконтроллер модуля ввода выполняет периодическое сканирование входов. Микроконтроллер выполняет также устранение эффекта «дребезга» «сухих» контактов.

30 В, уровень логического нуля – от 0 до 2

Ввод дискретных сигналов

высокого (220 В) переменного напряжения осуществляется аналогично рассмотренному выше, однако

Структурная схема входных каскадов для ввода дискретных сигналов 220 В

включено/выключено исполнительных устройств. Устройства вывода отличаются большим многообразием.
Выходные каскады

микросхемы интеллектуальных ключей, которые содержат в себе не только мощный

от источника напряжения 110...220 В используют выходные каскады с электромагнитными

При использовании твердотельных реле или тиристоров в высоковольтных цепях с длинными кабельными линиями используют защиту на варисторах, ТVS-диодах и газовых разрядниках.

двигателя с целью ее стабилизации или изменения по заданному закону,
• подсчет

Функции счетчика, частотомера и измерителя периода следования импульсов могут быть использованы:

Основными отличиями от модулей общего применения являются повышенные требования к быстродействию и особый состав каналов ввода-вывода, оптимизированный для задач управления движением с целью минимизации стоимости.

Основные параметры модулей ввода-вывода:

• время обновления данных;
• разрядность и число АЦП и ЦАП;
• число дискретных и импульсных входов/выходов;
• емкость памяти в шагах;
• тип и возможности программного обеспечения;

Круговой датчик

Принцип действия фотоэлектрических датчиков положения базируется на модуляции светового потока при взаимном перемещении шкалы датчика и приемника света. Основные элементы такого датчика - источник 4 и приемник света 1 (конечно свето - и фотодиод), движущаяся линейка (растр) 2 или диск со шкалой (маской) и электронная система обработки сигнала. Шкала (маска или растр) может работать на отражение света (а) или просвет (б).
Неподвижный растр 3, предназначен для направления света к приемнику и предотвращения засвечивания его соседними источниками. В зависимости от того, какие перемещения измеряют, растры выполняют линейными или круговыми (в виде дисков).

Существует два вида фотоэлектрических датчиков: кодовые и инкрементные (импульсные).

кодовая маска (5) кодовых датчиков состоит из определенного количества дорожек

Последовательность кодов:
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111

N - количество разрядов). Поэтому для увеличении измеренных перемещений необходимо

Благодаря указанному в каждый момент времени состоянию фотодиодов (выходной код или числовой эквивалент) несет информацию о положении кодовой маски. На рис. б показаны временные диаграммы выходных сигналов кодового датчика (логическая единица соответствует засвеченному состоянию соответствующего фотодиода, логический нуль – не засвеченному). Если перемещения кодовой маски превышает значение

Фотоэлектрические датчики положения

Ошибка измерения положения кодовыми датчиками обусловлена неточностями изготовления кодовой маски и установки фотодиодов. Так, сдвиг фотодиодов на половину шага растра приводит к индикации кода 0000 вместо 1111 или наоборот. Чтобы предотвратить одновременному изменению состояния нескольких фотодиодов и минимизировать влияние неточности установки оптопар на ошибку измерения, на кодовых масках вместо двоичного кода (как на рис. а) используют т.н. циклический код или код Грея. Благодаря этому ошибка считывания не превышает одной дискреты, но использование указанного кода требует дальнейшей обработки выходного сигнала датчика с целью его преобразования в двоичный код, который чаще всего используют в цифровых системах управления.

К преимуществам кодового датчика следует отнести простоту обработки выходного сигнала (двоичный код) и нечувствительность к кратковременному исчезновению питающего напряжения (после восстановления питания выходной код также восстанавливается).

Кодовая маска с параллельным кодом Грея

которых два каких-нибудь соседних числа отличаются только одним разрядом. Первое

Исключающее или

а относительного перемещения. Конструктивно он - младший разрядом кодового. С

Используют также инкрементные датчики линейных перемещений.
Пройденное движущемся растром угловое или линейное расстояние можно найти посчитав счетчиком количество импульсов, которые пришли с выхода датчика. Если взять к вниманию количество не только импульсов, а и их передних и задних фронтов (с учетом сигнала Б2), то дискрету определения пути можно уменьшить вчетверо. Направление перемещения устанавливается по порядку поступления импульсов Б1 та Б2.

Размещение оптопар инкрементального датчика

Выходные сигналы

Западе - резольверы) - это двухфазные электрические микромашины переменного тока

Расположенные на статоре обмотки возбуждения (α та β) предназначены для создания магнитного поля. С роторных (измерительных) обмоток (d та q) через контактные кольца снимают информацию об угле поворота ротора θ относительно оси α неподвижного статора.
В зависимости от способа питания обмоток возбуждения возможны два режима работы вращательного трансформатора: Амплитудный (трансформаторный) режим, Фазовый режим (режим фазовращатель).

Достоинства фазового режима в сравнении с амплитудным: высокая помехостойкость (внешние помехи намного больше влияют на амплитуду выходного сигнала, чем на его фазу) и простота получения информации об угле поворота (для этого достаточно измерять промежуток времени между моментами перехода через нуль напряжения возбуждения и выходной ЭДС).

- угол поворота ротора
Амплитудный (трансформаторный) режим
Напряжения возбуждения:
u=Umcos1t;
u=0
Поле возбуждения - пульсирующее
ЭДС

Электромагнитные датчики положения

Вращающийся трансформатор (синус-косинусный вращающийся трансформатор, резольвер)

(режим фазовращателя)
Напряжения возбуждения:
u=Umcos1t;
u=Umsin1t;
Поле возбуждения - вращающееся
ЭДС вторичной обмотки:
1 – поток

Единицы измерения – точки/оборот
Датчики с большим разрешением обеспечивают большую точность

Точность – разница между измеренным и действительным положением. Единицы измерения – угловые минуты

Повторяемость – способность датчика к повторению результатов измерений одних и тех же перемещений

Повторяемость важна в случае повторяющихся движений (например, маркировка бутылок в поточной линии разлива)

в единицу времени:



по длительности интервала времени между очередными импульсами:



с

скорости обеспечивает динамичные, высокоточные процессы движения и реализует их хорошую

Сервоприводы являются наиболее высокотехнологичной областью ЭП. Слово “серво” произошло от латинского слова “servus”, что переводится как слуга, раб, помощник. В машиностроительных отраслях сервоприводы традиционно выполняли преимущественно вспомогательную роль (приводы подач в станках, приводы роботов и т.п.). В последние десятилетия ситуация изменилась. Теперь и главные приводы реализуются с использованием сервотехники.

Сервоприводы в настоящее время применяются в высокопроизводительном оборудовании следующих отраслей: производство напитков, упаковки, стройматериалов; подъемно-транспортная техника; полиграфия. Наблюдается тенденция к увеличению доли сервоприводов в деревообработке и пищевой промышленности.

было связано с простотой реализации закона управления по напряжению якоря.

Сервопривода

в расчетах
Сервопривода

постоянными магнитами имеет наименьшую массу. Это существенное достоинство, особенно в

от постоянных магнитов и датчиком положения ротора. Их основным достоинством

Устройство синхронного серводвигателя

дпт
– с синусоидальной коммутацией – бесщеточный двигатель переменного тока
Синхронные СД

Мех. характеристики. Три ограничения:
- наряду с другими факторами момент двигателя ограничивается допустимым значением перегрузки постоянных магнитов. Если при перегрузке ток статора увеличивается до недопустимых пределов, постоянные магниты размагничиваются и двигатель «теряет момент»;
- надо иметь виду уменьшение момента в верхней части диапазона скорости в зависимости от напряжения на двигателе, кот. зависит от напряжения промежуточного звена преобразователя и падения напряжения в проводах. Уменьшение момента происходит из-за того, что при увеличении ЭДС двигателя оказывается невозможным поддержать требуемое значение тока статора;
- следующие ограничения связаны с термической перегрузкой двигателя. Здесь д.б. вычислен эффективный вращающий момент, кот. д.б. меньше, чем момент Мо, допустимый при неподвижном двигателе. Превышение допустимой термической нагрузки также ведет к размагничиванию магнитов.

для синхронных двигателей

VR = вентилятор принудительного охлаждения для асинхронных двигателей

(Mн) – номинальный (длительно допустимый) момент при номинальной скорости (t

Допустимые моменты

и надежной конструкции при невысокой цене. Однако этот тип двигателя

управления в угловое (или линейное) перемещение ротора с фиксацией его

присуще явление резонанса;
• возможна потеря контроля положення ввиду работы без

ШД относятся к классу бесколлекторных ДПТ. ШД требуют значительно более сложных схем управления, которые способны обеспечить коммутацию обмоток при работе. Кроме того, сам ШД – дорогостоящее устройство, потому там, где точное позиционирование не требуется, обычные коллекторные двигатели имеют заметное преимущество.

Одним из главных преимуществ ШД является возможность осуществить точное позиционирование и регулировку скорости без датчика ОС. Это очень важно, так как такие датчики могут стоить намного больше самого двигателя. Однако это подходит только для систем, которые работают при малом ускорении и с относительно постоянной нагрузкой. В то же время системы с обратной связью способны работать с большими ускорениями и даже при переменном характере нагрузки. Если нагрузка ШД превысит его момент, то информация о положении ротора теряется, и система требует базирования с помощью концевого выключателя или другого датчика. Системы с обратной связью не имеют подобного недостатка.

ШД. Когда требуется прецизионное позиционирование и точное управление скоростью, а

Шаговый ЭП

Сфера применения ШД: подача пленки и изменение масштаба изображения в камерах, факсимильные аппараты, принтерах, копировальные машины, лотки подачи и сортировщики бумаги, а также дисководы, автомобилестроение, светотехническое оборудование, теплотехника, станки с ЧПУ.
Система управления, основанная на использовании ШД:

(довольно редко используют в промышленности);
• двигатели с постоянными магнитами (подвержены

Шаговый ЭП

двигатели делятся на биполярные и униполярные. Биполярный двигатель имеет одну

Биполярный двигатель (а), униполярный (б) и четырёхобмоточный (в).

поперечной коммутацией фаз, при этом они не перекрываются,) – в

Шаговый ЭП

mode”. При этом способе управления ток в фазах нужно менять

Шаговый ЭП

факторов:
• скорости;
• тока в обмотках;
• схемы драйвера.
Поведение момента при увеличении

Внутренняя кривая (кривая старта, или pull-in curve) показывает, при каком максимальном моменте для данной скорости ШД способен тронуться. Эта кривая пересекает ось скоростей в точке, называемой максимальной частотой старта или частотой приёмистости. На практике эта величина лежит в пределах 200-500 полных шагов в секунду. Инерционность нагрузки сильно влияет на вид внутренней кривой. Большая инерционность соответствует меньшей области под кривой, которая называется областью старта.

Внешняя кривая (кривая разгона, или pull-out curve) показывает, при каком максимальном моменте трения для данной скорости ШД способен поддерживать вращение без пропуска шагов. Эта кривая пересекает ось скоростей в точке, называемой максимальной частотой разгона. Она показывает максимальную скорость для данного двигателя без нагрузки. Область, которая лежит между кривыми, называется областью разгона.
Схема драйвера в значительной степени влияет на кривую момент-скорость.

области разгона, необходимо стартовать на низкой скорости из области старта,

1) Управление перемещением (углом вращения):

Угол вращения [°] = Шаг угла [°] × Число импульсов.

2) Управление скоростью вращения

Скорость вращения [об/мин] =

Количество шагов, которое осуществляет двигатель при разгоне за время t :

N – число шагов,
t – время,
V – скорость, выраженная в шагах в единицу времени;
A – ускорение, выраженное в шагах,

для управления ШД используются микроконтроллеры. В простейшем случае для управления

ШД свойственен нежелательный эффект, называемый резонансом. Эффект резонанса проявляется в виде внезапного падения момента на некоторых скоростях. Это может привести к пропуску шагов и потере синхронности. Этот эффект проявляется в том случае, когда частота шагов совпадает с собственной резонансной частотой ротора двигателя.

Больший момент удержания и меньший момент инерции приводят к увеличению резонансной частоты.

подаче напряжения на все обмотки. Момент удержания является одной из

Шаговый ЭП

Когда в остановленном состоянии двигатель должен обеспечивать полный момент - это свойство ШД позволяет в таких ситуациях обходиться без механических тормозных систем.
Пиковое значение момента называется моментом удержания.
У обесточенного двигателя момент удержания не равен нулю вследствие действия постоянных магнитов ротора. Этот момент обычно составляет около 10 % максимального момента, обеспечиваемого двигателем.

Систему ЭП
- Двигатель
- Силовой преобразователь
- Структуру САР
Исходные данные для выбора

Потребительские качества наиболее распространенных систем ЭП можно приблизительно оценить с помощью таблицы, где сравниваются наилучшие образцы каждой системы эп близкой мощности, способные работать в четырех квадрантах. Показатели в ней оценены по пятибалльной системе. рассмотрены управляемые выпрямители и непосредственные преобразователи частоты с раздельным управлением. АИН реализован на полностью управляемых ключах, АИТ и ТРН – на однооперационных тиристорах. В скобках даны оценки НПЧ на полностью управляемых ключах.

магнитов
Относительно выбора системы ЭП окончательно решают после тщательного технико-экономического обоснования

скорости и показателям качества регулирования: диапазону регулирования, плавности, точности поддержания

Выбор комплектных ЭП

по их динамическим показателям. Безредукторные приводы более динамичны и предпочтительны

Выбор комплектных ЭП

передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному органа рабочей машины

Основным звеном передаточного устройства является механическая передача (МП), которая и выполняет функцию согласования режимов работы двигателя и производственного механизма.

отношением выходной мощности механической передачи к входной
• передаточным отношением,

Главные требования к МП:

• неизменность передаточного отношения в процессе работы;
• высокий КПД;
• минимальный вес и габариты, небольшая стоимость;
• незначительная инерционность звеньев кинематической цепи (чтобы не было дополнительной динамической нагрузки во время переходных процессов);
• минимальное значение момента сдвига (сухого трения), который вносит нелинейность в кинематическую цепь и может нарушить плавность работы ЭП;
• независимость момента сопротивления передачи от скорости;
• минимальная величина люфта и его стабильность в процессе эксплуатации (суммарное значение люфта не должно превышать половину допустимой погрешности следящего ЭП);
• достаточная жесткость кинематической цепи (чтобы уменьшить возникновение так называемого упругого люфта при динамических нагрузках, который, вместе с зазорами передачи, увеличивает погрешности регулирования);
• точность передачи, отсутствие пульсаций момента и скорости, бесшумность.

Передаточные устройства электроприводов

скорости и направления движения, от электродвигателя к исполнительному органу ЭМС.
Передаточные

ЗУБЧАТЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ

Принцип действия зубчатых передач основан на зацеплении зубчатой пары. Передаточным числом зубчатой передачи называется отношение количества зубьев ведомого звена к количеству зубьев ведущего
Передаточное число зубчатой МП равняется ее передаточному отношению.

Преимущества зубчатых передач:

• высокая нагружающая способность (диапазон передаваемых мощностей — до десятков тысяч кВт);
• широкий диапазон скоростей (до 150 м/с);
• малые габариты, компактность;
• долговечность и надежность (ресурс — свыше 50 тыс. час);
• высокий КПД (приблизительно 0,98);
• неизменность передаточного отношения, отсутствие проскальзывания;
• большое передаточное число (до нескольких сотен в одну степень);
• высокая жесткость.

Недостатки зубчатых передач:

повышенные требования к точности изготовления,
высокая стоимость, шумы, люфты,
пульсации момента и скорости, предопределенные зубчатостью.

пространстве – с параллельными и перекрещиваемыми осями;
• по расположению зубьев

Передаточные устройства ЭП

Цилиндровые зубчатые колеса, зубья которых располагаются параллельно оси, называются прямозубыми (рис. а, б). Если зубья расположены под углом к оси вращения, колеса, называются косозубыми (рис. в).
Эти виды колес могут выполняться с внешним (рис. а) и внутренним (рис. б) зацеплением. Колеса с внутренним зацеплением более компактны и жестки, но менее технологичные и точные.

Прямозубые колеса обеспечивают высокую точность и КПД. Косозубые – имеют большую длину контакта, а потому большую износостойкость, плавность работы, меньший шум. Основной недостаток косозубых передач – наличие осевых усилий.

одну степень.
Конические передачи (рис. г) предназначены для изменения направления оси

Передаточные устройства ЭП

Достаточно перспективной является волновая зубчатая МП.

передачи тем больше, чем меньше разница между количеством зубьев Z1,

Передаточное отношение ограничено значением 50...400 в одну степень. Зубчатые волновые передачи характеризуются малой величиной статического люфта (в прецизионных редукторах люфт не превышает десять угловых секунд), постоянством передаточного отношения, компактностью, достаточно высоким КПД (0,85...0,9). Многопарность зацепления предопределяет высокую нагружающую способность волновой передачи, усреднения погрешностей изготовления и монтажа, высокую кинематическую точность. КПД обратного хода этой передачи составляет около 0,2, то есть во многих случаях она может считаться самотормозной. Недостатком волновой передачи является внесение дополнительной упругости в кинематическую цепь.

Для превращения вращательного движения на поступательное применяют реечную (а) (прямозубую или косозубую), винтовую с гайками скольжения или качения (б) и реечно-червячную передачи (в).

Для реечной передачи радиус инерции

R – радиус зубчатого колеса.

Для винтовой передачи

t – шаг винта

движения от ведущего к ведомому валов при значительном расстоянии между

сил трений, которые возникают в месте контакта двух тел под

Кроме ременных, фрикционные передачи с постоянным передаточным отношением, в которых используются силы трения в месте контакта тел вращения (а), применяют сравнительно редко. Область их применения ограничивается кинематическими цепями, основными требованиями, которые выдвигаются к ним, является плавность движения, бесшумность работы, возможность безударного включения на ходу за счет проскальзывания.
Чаще всего фрикционные передачи применяют в регулируемых механических передачах или вариаторах — устройствах, предназначенных для плавного регулирования скорости за счет бесступенчатого изменения передаточного отношения.

передачи, которые содержат необратимый редуктор (НР). Особенностью этих передач является

P1, P2 – мощность соответственно на входе и выходе передачи

P0=P1-P2 - мощность потерь в передаче

Если P0≥P1, то КПД передачи становится равным нулю. Физически это означает, что механизм теряет возможность передавать энергию. Условие η=0 является аналитическим признаком самоторможения. Во время самоторможения силы сопротивления движению становятся больше движущих. При этом увеличение движущих сил не приводит к возникновению движения через последующее увеличение сил трения.
Как правило, при условии изменения ведущего звена передачи КПД механизма становится больше нуля и передача движению становится возможной.

Самыми распространенными самотормозными передачами являются передачи с большой редукцией - червячные, волновые, планетарные, винтовые, несоосные.

производится преимущественно в одном направлении: в металлорежущих станках, работах и

Самотормозные механические передачи

вала в диапазоне приблизительно 1:6. Принцип его действия основан на

Частота вращения вала двигателя остается неизменной во всем диапазоне изменения частоты вращения выходного вала вариатора. Передаточное отношение вариатора можно изменять как вручную, так и автоматически с помощью дополнительных пневмо- или ЭП. Последний способ дорог и используются редко. Время регулирования достаточно велико (20…40 секунд в зависимости от диапазона регулирования), частота вращения изменяется очень медленно.

В лобовом или дисковом вариаторе ведущий диск можно перемещать в направлении, указанном стрелкой. При этом передаточное отношение плавно изменяется в соответствии с изменением рабочего диаметра ведомого диска.

принудительного перемещения кольца вдоль оси конусов.
Кинематические схемы вариаторов других типов:

Мотор-вариаторы

Большинство вариаторов могут не только уменьшать скорость, но и увеличивать ее, то есть выполнять функцию как редуктора, так и мультипликатора. Практическое использование фрикционных передач ограничивается диапазоном малых мощностей (до 30 кВт). Как силовые передачи они не могут конкурировать с зубчатыми передачами по габаритам, надежности, КПД и т.п.

- передаточное число вариатора
Характеристики вариаторов
под нагрузкой
Диаграмма иллюстрирует явную

Мотор-вариаторы

Вариатор с ременной передачей (клиноременные) 0.25…45 кВт, - допускается неравномерная нагрузка (демпфирование через ремень), диапазон регулирования 1:8.
Вариатор с фрикционным диском (фрикционные) 0.25…11 кВт, - допускается только равномерная нагрузка (при толчках со стороны нагрузки возможно проскальзывание фрикционного диска и повреждение его поверхности), диапазон регулирования 1:5.

Т.о., вариаторы надежны, просты, во всем диапазоне регулирования сохраняют мощность (т. е. момент с понижением скорости увеличивается), не имеют проблем с перегревом двигателя. Однако их встраивание в автоматические системы связано с дополнительными затратами; имеют в основном не большой диапазон регулирования.
Применяется для приводов с малым диапазоном регулирования частоты вращения без особых требований к ее стабильности (ленточные конвееры, мешалки, миксеры и т.д.)

компактной форме: выходной вал электродвигателя является валом первой ступени редуктора.

Соосные цилиндрические мотор-редукторы
Универсальный тип для широкого ряда задач.
КПД: от 0,94 до 0,97 в зависимости от числа ступеней.
Крутящий момент: от 50 до 18 000 Нм.
Диапазон передаточных чисел: от 1,5 до 27000.

Плоские цилиндрические мотор-редукторы Обладают малой длиной и поэтому используются при ограниченном пространстве для монтажа привода. КПД: от 0,94 до 0,97 в зависимости от числа ступеней. Крутящий момент: от 130 до 18 000 Нoм. Диапазон передаточных чисел: от 4 до 30000.
Цилиндро-конические мотор-редукторы Среди угловых редукторов характеризуются наибольшей стойкостью к переменным нагрузкам, частым пускам и поперечным усилиям на выходном валу. КПД: от 0,94 до 0,97 в зависимости от числа ступеней. Крутящий момент: от 200 до 50 000 Нм. Диапазон передаточных чисел: от 6 до 32000.

Отличаются особо низким уровнем шума. Крутящий момент: от 90 до 4

Мотор-редукторы

валов;
- полуавтоматическое управление;
- бесступенчатое регулирование передаточного отношения;
- предохранение механизмов от

Упруго-компенсирующая муфта - разгружает двигатель, устраняет неприятные последствия гидравлического удара при его запуске, вибрации из-за несоосности соединяемых валов. При этом исключается разрушение подшипниковых узлов как насоса, так и двигателя. Благодаря упругому элементу муфты существенно снижается уровень шума. Это особенно актуально для центробежных и поршневых насосов. Поршневой насос характеризуется переменной (в зависимости от положения вала) нагрузкой. Таким образом, удары, которые возникают от поршневого компрессора, будут гаситься муфтой, не оказывая вредного влияния на двигатель. В этом случае можно применять частотные преобразователи меньшей мощности.

жесткостью и отсутствием люфта между полумуфтами. Материал муфты – нержавеющая

Муфты

сокращения механических узлов в ЭП машин и механизмов стремятся к

металлообрабатывающих станках. Наиболее широко их применяют в шлифовальных станках, где

Механотронные модули в системах управления движением

Pном = PшлD,
Pшл – мощность шлифования;
D – диапазон регулирования частоты вращения.
Технические характеристики электрошпинделей (регулировочные возможности и перегрузочная способность) в основном определяются жесткостью вала, опорами и механической прочностью ротора.
Одним из наиболее важных узлов электрошпинделей являются его опоры: шариковые, воздушные или гидравлические…
Другой важной проблемой конструирования электрошпинделей является отвод тепла, выделяемого в опорах и в электродвигателе. Применяют воздушное и жидкостное охлаждения.
В электрошпинделях используются частотно-регулируемые электродвигатели переменного тока – асинхронные короткозамкнутые и вентильные.

Наиболее часто их применяют на большегрузных автосамосвалах. В качестве источника

Механотронные модули в системах управления движением

Рулевой механизм
Механотронные модули в системах управления движением

для намотки и транспортирования гибких материалов, конструктивно могут выполняться в

систем регулируемых ЭП постоянного и переменного тока необходимо руководствоваться действующими

системе ЭП

приведена на рис.

Условия подключения следующие:

- соединение шин РЕ и

Кабели и провода

комплектных ЭП, приведена в табл.

Общие требования:

- стальные трубы, входящие в

Кабели и провода

в одну трубу.
2. Рекомендации по укладке: провода разных классов должны

которых состоит кабель:
● проводники,
● внешняя оболочка кабеля,
● внутренняя изоляция,
● экранирование

Кабели и провода

Проводники в кабелях могут изготавливаться из следующих материалов:
● меди лужёной и нелужёной (tinned,bare);
● омеднённой стали (copper covered steel – CCS);
● алюминия;
● никеля, серебра и т.д.

Со времени изобретения электричества медь широко используется для изготовления кабелей из-за высокой проводимости, хороших механических свойств и дешевизны. Лужёная медь к тому же хорошо противостоит коррозии. Однако цены на медь бьют рекорды.
Поэтому для высоко частотных кабелей, где высокочастотный ток вытесняется в тонкий поверхностный слой проводника вследствие скинэффекта, применяют омеднённую сталь.
Сравнительно дешёвый алюминий используют для изготовления экранов и оплёток. Проблему пайки решают с помощью лужёного медного дренажного провода, проложенного по всей длине кабеля.
Никель и серебро применяются для покрытия поверхностей высокодобротных высокочастотных кабелей с низкими затуханиями и потерями.

провода. Чем толще провод, тем меньше его калибр. Например, AWG

Классификация по AWG

AWG – это американский стандарт проводов (American Wire Gauge).

Кабели и провода

Исходная заготовка и конечный
продукт - проводник AWG 44

Внутренний проводник кабеля может быть однопроволочным монолитным (solid) или многопроволочным (stranded). В обозначении это находит своё отражение следующим образом: AWG 24 (7x32), что означает 7 проволок AWG 32 с диаметром 0,610 мм и сечением 0,226 мм2.

Более «продвинутый» способ скрутки – это концентрик. При скрутке концентрик проводники располагаются слоями. Позиция каждого проводника по отношению к соседям контролируется. Например, 19-ти проволочный проводник состоит из 12 проволок, навитых вокруг 6, которые в свою очередь навиваются вокруг одной центральной проволоки. Каждый последующий слой накручивается в противоположном направлении, чтобы избежать самораскручивания. Если смириться с самораскручиванием (а это не только повышенный износ кабеля, но и дополнительные помехи, возникающие вследствие движения проводников относительно диэлектрика и друг друга), то можно применить компромиссный вариант – юнилэй (unilay), который является более простым в изготовлении, а следовательно, и более дешёвым. Это тот же концентрик, но все проводники всех слоёв закручены в одну сторону – по часовой стрелке или против неё. Качество скрутки, точность изготовления вместе с однородностью диэлектрика напрямую связаны с помехозащищённостью витой пары – наиболее популярного в настоящее время кабеля передачи данных.

Скрутка проводников

Самый дешёвый способ – это скрутка пучком. В этой скрутке отсутствует какой-либо геометрический рисунок. Положение каждого проводника случайно. В основном применяется в кабелях питания.

Скрутка пучка проволоки

Одножильный проводник образует одна монолитная проволока. Кабель с такими проводниками

Одножильный кабель

Многожильные провода

том, что электромагнитная волна помехи наводит в проводах витой пары

Кабели и провода

Воздействие электромагнитной волны помехи на витую пару

и даже больше. Это означает, что десятки вольт синфазной помехи

Витая пара: вопросы помехозащищённости

Кабели и провода

Если же волновое сопротивление витой пары отклоняется от номинального, на которое рассчитан терминатор, в линии появятся стоячие волны, а в её комплексном сопротивлении – реактивная составляющая (ёмкостная или индуктивная, в зависимости от физической длины кабеля). Как известно, любая ёмкость или индуктивность приводит к искажению формы сигнала и к затягиванию фронтов, а именно пологие фронты являются причиной ложных срабатываний магистральных приёмников. Кроме того, режим передачи энергии становится неоптимальным, затухания возрастают. Ситуация усугубляется в случае излишних перегибов кабеля при монтаже и наличия резких поворотов кабельной трассы, приводящих к смещению проводников витой пары относительно друг друга, характерных для дешёвого кабеля.

компоненты кабеля во время хранения, монтажа и эксплуатации, придаёт внешний

Свойства некоторых популярных материалов:

ПВХ (PVC), или поливинилхлорид, является наиболее традиционным изоляционным материалом, представляющим собой сложную смесь, свойства которой сильно зависят от состава. ПВХ – обычно эластичный и достаточно прочный материал, не горюч, однако имеет не слишком хорошие электрические параметры и используется в основном для кабельных оболочек. ПВХ не слишком хорошо сдерживает влагу и годится в основном для внутренней прокладки. Его температурный диапазон составляет от –20 до +60°С.

Полиэтилен (ПЕ, PE), который ассоциируется с полиэтиленовыми пакетами и крышками в быту, обладает целой комбинацией качеств, делающих его незаменимым в кабельной промышленности. Прежде всего, полиэтилен имеет отличные электрические и механические параметры: он прочный и достаточно жёсткий, хорошо защищает от влаги, подходит для наружной прокладки, имеет широкий диапазон температур эксплуатации от –60 до +80°C – и всё это по вполне приемлемой цене. Но, к сожалению, полиэтилен очень хорошо горит. Вспененный или сплошной полиэтилен часто используется как диэлектрик в коаксиальных кабелях. Существует также хлорированный полиэтилен (ХПЭ, CPE), который обладает высокой химической стойкостью и к тому же не горит. Хлорированный полиэтилен имеет температурный диапазон от –35 до +90°С.

(тефлон) – практически идеальный диэлектрик, обладающий исключительными электрическими параметрами, минимальными

Кабели и провода

ВНЕШНЯЯ ОБОЛОЧКА КАБЕЛЯ И ВНУТРЕННЯЯ ИЗОЛЯЦИЯ

Безгалогенные негорючие компаунды (LSNH, LSZH, LS0H). Галогены – это чрезвычайно ядовитые, летучие и химически активные вещества, вступающие в реакцию практически со всеми простыми веществами. В связи с тем что галогены, интенсивно выделяющиеся при горении полимеров (до 180 л на 1 кг изоляции из ПВХ), являются основной причиной тяжёлых отравлений при пожарах, существуют международные нормы, ограничивающие применение галогеносодержащих материалов в жилых и офисных помещениях. Производятся сложные безгалогенные компаунды, которые негорючи, при разложении не выделяют токсичных и вызывающих коррозию веществ, полностью удовлетворяют требованиям стандартов. Кабели, изготовленные из безгалогенных компаундов, могут использоваться как для внутренней, так и для внешней прокладки. Их легко отличить по суффиксу NH (например, 9463NH). Для маркировки подобных материалов наравне с LSNH могут применяться сокращения LSZH и LS0H (Low Smoke, Zero/0 Halogen).

для использования в металлургии и других отраслях промышленности. Они -

Питание КЭП осуществляется от сети переменного тока частотой 50 Гц с номинальными напряжениями 0,38; 6; 10 кВ.
Серия КТЭ выделяется разнообразием своих составляющих по назначению, структуре и функциональными возможностями

и способу реверса:
- нереверсивные;
- реверсивные через обмотку якоря с одинаковыми

А включительно);
- трехфазная мостовая (для контура возбуждения, свыше 25 А;

Комплектные электроприводы постоянного тока
Серия КТЭ

В наиболее мощных ЭП серии выпрямитель состоит из двух параллельно соединенных трехфазных мостов (рис.), которые питаются от силового трансформатора с разными схемами соединения вторичных обмоток. Благодаря фазовому сдвигу питающих напряжений выходные токи мостов Id1 и Id2 то же сдвинуты во времени на 30°. Это уменьшает амплитуду и увеличивает частоту пульсаций тока нагрузки Id, а также дает возможность использовать тиристоры со вдвое меньшим номинальным током. Реакторы L1 и L2 ограничивают уравнительный ток, который возникает между мостами из-за неравенства их мгновенных напряжений. В случае необходимости каждый из мостов может быть реверсивным.

тока
Серия КТЭ
САР скорости, ЭДС и напряжения, – двухконтурные, с подчиненным

Ослабление потока - зависимое, в функции ЭДС якоря. Система регулирования ЭДС - двухконтурная, с интегральным регулятором ЭДС РЭ и подчиненным контуром потока. Сигнал, пропорциональный магнитному потоку, получен функциональным преобразователем ФП, который моделирует нелинейную кривую намагничивания. Для обеспечения неизменности динамических показателей САР во второй зоне к каналу задания на ток якоря введен блок деления, а к каналу задания на поток - блок умножения на магнитный поток.

как объект управления, для которого регулятор положения формирует задающий сигнал.

Комплектные электроприводы постоянного тока
Серия КТЭ

Регулятор положения

Цифровая модификация системы управления реализована на 16-разрядных однокристальных процессорах. Она обеспечивает:

- реализацию законов управления электроприводом и выпрямителем в цифровом виде;
- работу с кодовым, импульсным датчиком или тахогенератором;
- самонастройку регуляторов;
- само диагностирование средств управления;
- возможность изменения конфигурации САР с помощью пульта;
- цифровая запись «аварийного следа» (истории аварии);

Конструктивно ЭП выполнены как шкафы наземного расположения одностороннего, иногда двустороннего (свыше 1000 А), обслуживания. При токах, которые не превышают 25 А, возможна навесная установка. Силовая часть реализована в виде силового блока, к которому входят один или два (для реверсивных модификаций) мосты. Мост состоит из 6 тиристоров или 3 тиристорних модулей (до 25 А включительно). Функциональные узлы систем управления, автоматического регулирования, защиты и сигнализации, конструктивно выполнены как отдельные блоки (регулирования, гальванической развязки, датчиков, функционального преобразователя, и тому подобное), размещенные в специальной кассете или отдельном шкафу управления.

- возможность интеграции с автоматизированной системой управления верхнего уровня.

построении электроприводы КТЭУ во многом подобные ЭП КТЭ. Их номинальный

Силовая схема КТЭУ
с Iн=800 и 1000А

Задатчик интенсивности на входе контура скорости обеспечивает неизменность динамического тока во второй зоне автоматическим изменением заданного ускорения. Узел зависимого токоограничения уменьшает ограничение тока в верхней части второй зоны в зависимости от заданной скорости.

Основные особенности этой серии:

- наличие модификаций с последовательным соединением мостов и якорей;
- использование в наиболее мощных электроприводах (свыше 200 А) параллельного соединения тиристоров (до 6);
- отсутствие водяного охлаждения;
применение при токах 800 и 1000 А автоматических выключателей, включенных к плечам моста;
- использование косинусного опорного напряжения СИФУ;
управляющие импульсы СИФУ длительностью 500 мкс с частотным заполнением (для уменьшения габаритов импульсных узлов);
- наличие модификаций САР, предназначенных для главных электроприводов многоклетьевых прокатных станов, а также для синхронизации положения двух механизмов;
- улучшение работы САР в режиме прерывистых токов обеспечивается благодаря контуру регулирования якорного напряжения, подчиненного регулятору тока;
- измерение тока якоря с помощью трансформаторов тока;
- ограничение производной тока ограничением ошибки регулятора тока;
- в двузонных ЭП используется двухконтурная САР ЭДС с ПИ-регуляторами ЭДС и потока;
- САР реализована на блоках УБСР-АИ.
- Длительность бестоковой паузы во время реверса тока 2,5..-4 мс.

станков с ЧПУ, промышленных роботов и других механизмов мощностью от

Состав серии классифицируют по таким критериям:
1- По наличию реверса:
- нереверсивные;
- реверсивные (через обмотку якоря).
2- По назначению:
-для механизмов главного движения станков из ЧПУ;
-для механизмов подач станков из ЧПУ и промышленных роботов;
-для вспомогательных механизмов.
3. По структуре САР:
-однозонные САР скорости для высокомоментных двигателей с постоянными магнитами (диапазон регулирования скорости 10000);
-однозонные САР скорости для двигателей с электромагнитным возбуждением (диапазон регулирования скорости 1000);
-однозонные САР ЭДС или напряжения якоря (диапазон 20);
-двухзонные САР скорости (диапазон 1000).

Силовая часть якорных выпрямителей имеет трехфазную мостовую схему, возбудителей двухзонных ЭП - однофазную мостовую. Охлаждение воздушное естественное или принудительное (для токов от 100 А).
Управление реверсивными выпрямителями раздельно. СИФУ вертикального типа с пилообразным опорным напряжением. Структурные модификации максимально унифицированы по структуре и элементной базе.

двухзонной САР скорости,
которая используется в механизмах главного движения станков

Логическое переключающее устройство ЛПП обеспечивает раздельное управление выпрямителем, исходя из информации о знаке заданного тока и состоянии тиристоров. Он переключает в случае необходимости каналы СИФУ и изменяет знак коэффициента передачи переключателя характеристик ПХ.
Контур регулирования тока якоря образуется подачей сигнала от датчика тока ДТЯ ко входу СИФУ. Входной усилитель СИФУ фактически исполняет роль пропорционального РТ, коэффициент передачи которого регулируется изменением интенсивности ОС по току. Для обеспечения качества регулирования использована положительная ОС по напряжению якоря (через функциональный преобразователь ЭДС ФПЭ на входе ПХ), который компенсирует отрицательную ОС по ЭДС в двигателе (в однозонных ЭП вместо напряжения якоря для этого используют сигнал ТГ).

Нелинейное звено НЛ компенсирует отрицательное влияние прерывистых токов, потому что имеет статическую характеристику, обратную характеристике замкнутого контура тока в этом режиме. Нелинейная характеристика ФПЭ компенсирует нелинейный косинусоидальный характер регулировочной характеристики выпрямителя (в результате пилообразной формы опорного напряжения). Узел зависимого токограничения предназначен для уменьшения уровня токограничения во второй зоне регулирования при скорости, близкой к максимальной.
Система регулирования потока – одноконтурная, с насыщением регулятора тока возбуждения РТВ. Во второй зоне регулятор напряжения якоря РН выходя из насыщения, ограничивает выходной сигнал РТВ, снижая ток возбуждения.

тока в серии ЭТУ2 - трансформаторные. Датчик напряжения – с

ЭП нового поколения ЭТУ3 предназначенный для замены серии ЭПУ1. Практически не отличаясь от своего предшественника по структуре, он имеет некоторые особенности, которые улучшают потребительские свойства:
• ЭП выполнен в виде трех отдельных конструктивных блоков (управление, силовой, возбудитель), что увеличивает унификацию и облегчает обслуживание;
• диагностический наладочный пульт обеспечивает управление ЭП и выведение к осциллографу информации из всех контрольных точек основных узлов системы управления;
•возможность увеличения номинального тока (до 1250 А) за счет параллельного соединения силовых блоков, размещенных в общем шкафу;
• СИФУ выполнена на основе гибридных интегральных микросхем;
•усовершенствованы некоторые схемотехнические решения, которые повышают удобство и надежность в эксплуатации.

предназначены для использования в механизмах подач станков с ЧПУ и

Общая структура электропривода ЭШИМ

Питание осуществляется от промышленной сети 380 В через силовой трансформатор Т. Кроме того, в состав электропривода входят блок питания БП, необходимое количество двигателей М и блоков регулирования БР в зависимости от количества механизмов (координат) станка или робота (до 6). В случае необходимости каждая координата комплектуется сглаживающим дросселем L1. Если мощность одного блока питания недостаточна, используют их параллельное соединение.

трехфазными электрическими двигателями переменного тока мощностью от 16,5 до 263

ЭП построен на базе двухступенчатого ПЧ со звеном постоянного тока. Преобразователь состоит из управляемого выпрямителя УВ и автономного инвертора напряжения АИН на однооперационных тиристорах с принудительной пофазной коммутацией и длительностью открытого состояния ключей 180°. Питание от сети 0,4 кВ бестрансформаторное, через коммутационные реакторы .

Промышленность выпускает две модификации ЭП: с рекуперацией энергии торможения к сети (ЭКТ2-Р) и динамическим торможением (ЭКТ2-Д). В ЭП ЭКТ2-Р для обеспечения рекуперации встречно параллельно управляемого выпрямителя включен инвертор, ведомый сетью (ВИ). В ЭП ЭКТ2-Д вместо него использованы разрядные ключи, с помощью которых накопленная на конденсаторе фильтра энергия торможения рассевается в тормозных резисторах.
САР обеспечивается двухзонное регулирование выходной частоты. В первой зоне она изменяется пропорционально ЭДС статора (то есть реализуется закон частотного управления ), а во второй - растет при неизменной ЭДС.

Функциональная схема электропривода ЭКТ2

структуре двухзонного электропривода постоянного тока. Регулирование ЭДС осуществляется ПИ-регулятором ЭДС

К каналу управления АИН входят ПИ-регулятор напряжения РН, задающий генератор ЗГ и распределитель импульсов РИ. К задающему входу РН подано напряжение, пропорциональное номинальному напряжению двигателя. Задающий генератор является преобразователем «напряжение-частота» с двумя управляющими входами. Его исходная частота увеличивается с ростом управляющего напряжения Uкзг и с уменьшением опорного напряжения Uоп. Распределитель импульсов распределяет исходные импульсы ЗГ между тиристорами АИН, формируя на выходе АИН знакопеременное напряжение.
С помощью двух переключателей можно изменять структуру САР для работы с одним двигателем (положение переключателя ОД) или для одновременного питания от АИН многих двигателей (положение МД).

Для варианта с одним двигателем к управляющему входу ЗГ подают напряжение датчика ЭДС, а ко входу регулятора ЭДС - напряжение, пропорциональное заданной частоте (получается датчиком частоты ДЧ, то есть преобразователем «частота-напряжение»). Ограничитель напряжения ОН в этом режиме передает сигнал задания ко входу РЭ без изменений.
В первой зоне, когда задающее напряжение u3 невысоко, сигнал датчика напряжения меньше сигнала на задающем входе РН, и тот насыщен в результате большой ошибки регулирования. Опорное напряжение на его выходе неизменно, и частота импульсов на выходе ЗГ задается исходным сигналом ДЭ, потому частота и ЭДС изменяются пропорционально.

двигателей ко входу регулятора ЭДС поступает сигнал от датчика ЭДС,

При переходе во вторую зону напряжение статора благодаря регулятору ЭДС сначала немного превышает номинальное, регулятор напряжения выходит из режима насыщения, уменьшая опорное напряжение и увеличивая заданную частоту. Это приводит к увеличению исходного напряжения ДЧ, уменьшения ошибки РЭ и возвращение напряжения статора до номинального уровня. Последующее увеличение задающего напряжения u3 вызывает соответствующее уменьшение опорного напряжения и частоты при неизменной ЭДС. Таким образом, осуществляется зависимое от ЭДС ослабление потока. Ограничение опорного напряжения снизу задает наименьшую возможную выходную частоту (5 Гц).

механизмов подъемных кранов большой грузоподъемности с двухскоростными двухобмоточными асинхронными двигателями.

ЭП с помощью однозонного регулирования обеспечивает 5 степеней скорости:
- 1500 об/мин (питание высокоскоростной обмотки АД от промышленной сети);
- 1000 об/мин (то же для низкоскоростной обмотки);
- 500 и 250 об/мин (питание высокоскоростной обмотки напряжением пониженной частоты от НПЧ);
- 100 об/мин (то же для низкоскоростной обмотки).

Кроме НПЧ с замкнутой системой автоматического управления, в состав электропривода входит релейно-контакторная часть, которая по команде оператора обеспечивает переход на нужную характеристику в режимах опускания и поднятия груза.
Охлаждение электропривода — естественное воздушное.
Электропривод имеет две модификации: ТТС40 и ТТС100.

Блок-схема электропривода ТТС100

задатчиков интенсивности 3И1 и 3И2 преобразуется в задание на напряжение

Комплектные электроприводы ТТС

В электроприводе ТТС40 естественные характеристики и реверс АД получают путем прямого включения к сети через контакторы. Поэтому и мощность НПЧ в этом случае намного меньше, а релейно-контакторная часть намного более сложная и менее надежна. Кроме того, общая точка обмотки статора соединена с общей точкой силового трансформатора, потому тиристоры в исходных фазах НПЧ работают независимо друг от друга. Из-за отсутствия датчика нуля тока используют программный алгоритм раздельного управления.

частотно управляемых электроприводов уже практически определенно: преобразователь частоты с автономным

Используют три варианта структуры силовой цепи ПЧ:
- между сетью переменного тока и АИН включен реверсивный выпрямитель (транзисторы в мосте UZ1 образуют ведомый сетью инвертор) с возможностью рекуперации;
- АИН питается через неуправляемый выпрямитель (транзисторы в мосте UZ1 при этом не нужны), а в цепи постоянного тока включен разрядный резистор, на который через специальный ключ сбрасывается накопленная на конденсаторе тормозная энергия (для электроприводов небольшой мощности с нечастыми тормозными режимами);
- выпрямитель - неуправляемый, а разрядная цепь отсутствует (в электроприводах, которые не работают в тормозных режимах).

Утилизация тормозной энергии необходима также для обеспечения устойчивой работы САР в зоне малых нагрузок (благодаря возможности кратковременного реверса тока в звене постоянного тока нелинейность объекта управления отсутствует).

Силовая схема ПЧ с рекуперацией

электропривода внесла интеграция силовой части и системы управления (наиболее эффективная

комплектуют:
- электромагнитным тормозом;
- фильтром от радиопомех;
- блоком торможения

Эксплуатационные свойства подобных ЭП делают их очень привлекательными для потребителя:
- широкий диапазон регулирования скорости (от 20...50 для параметрических законов частотного управления, до 100...1000 и выше для векторного);
- высокое быстродействие;
- синусоидальность входного и выходного токов;
- коэффициент мощности, близкий к 1;
- наличие энергосохраняющих и малошумных алгоритмов управления;
- высокая надежность;
- использование простых, дешевых и надежных асинхронных двигателей, которые практически не нуждаются в обслуживании;
- наличие развитой системы самодиагностики;
- возможность самонастройки системы регулирования;
- простота интеграции в системы автоматизации высшего уровня;
- благоприятные массогабаритные показатели;
- широкий набор функций (до несколько сотен), которые задаются пользователем.

обусловленных высокой частотой коммутации и быстродействием IGBT-транзисторов, следует отнести значительный

вычислительной технике.
Асинхронные частотно управляемые электроприводы с ШИМ - наиболее перспективная

Современные асинхронные частотно управляемые ЭП с ШИМ