Пофазный принцип маркировки выводов вторичной обмотки трансформатора может вызвать затруднения при анализе фазировок силового напряжения и управляющих импульсов СИФУ, поэтому на рисунке 5 указано двойное обозначение.Физической прямой последовательности фаз R—S—Т—R—S—Т шестипульсиого напряжения соответствует последовательность Z1—Z—Х1—X—Y1—Y по фактическим обозначениям на выводных клеммах силового трансформатора.При монтаже привода к выводам выпрямителя 1, 2, 3 подключаются инверсные фазы R, S, Т (или X, У, Z), а к выводам 4, 5, 6 прямые фазы R, S, Т (или Z1, X1, Y1) соответственно.Для защиты тиристоров от коммутационных перенапряжений они охвачены RС-цепочками. Общая защита выполнена на быстродействующих предохранителях во вторичной цепи силового трансформатора.Регулятор скорости (рисунок 6) представляет собой пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор и выполнен на трех операционных усилителях с раздельной регулировкой коэффициентов пропорционального усиления и времени интегрирования.Первый каскад, на микросхеме ИС62, осуществляет пропорциональное усиление, второй каскад, на микросхеме ИС63,— регулирование времени интегрирования, и третий каскад, на микросхеме ИС64,— суммирование ошибки и ее интеграла. Регулятор скорости инвертирует входной сигнал (рисунок 7). Предусмотрен «ключ» на встречно включенных полевых транзисторах Т106—Т107, блокирующий регулятор скорости при срабатывании защиты. Он же создает нулевые начальные условия интегрирования при первоначальном включении привода. В цепи обратной связи по скорости предусмотрено корректирующее звено (С247, R353), подстраивать ускорение и уменьшить перерегулирование (рисунок 8). Параметры RС-цепочки подбираются иа заводе-изготовителе для конкретного приводного двигателя.
Рисунок. 5 - Векторная диаграмма силовых напряженийРисунок 6 - Регулятор скоростиРисунок 7 - Диаграмма работы PCНаладочное сопротивление R423 позволяет сделать регулятор пропорциональным, что полезно при первоначальном пуске привода.Назначение регулировочных потенциометров следующее:П17—балансировка регулятора скорости; П18, — регулирование пропорционального усиления; П20 — регулировка времени интегрирования.Предусмотрено два входа для задающего сигнала Узад — прямой и дифференциальный. Подключение осуществляется перемычками М23, М24 и М25. Регулирование максимальной скорости электродвигателя осуществляется изменением величины обратной связи по скорости при помощи потенциометра П14.Рисунок 8 - Регулятор токаРегулятор тока (рисунок 8) также представляет собой ПИ-регулятор и выполнен на операционном усилителе ИС65. Входным сигналом РТ является выходное напряжение регулятора скорости, определяющее величину тока двигателя. В качестве датчика тока применен шунт Sh, сигнал которого через дифференциальный усилитель, выполненный иа ОУ ИС69, ИС70. подается в цепь обратной1 связи РТ. Сопротивление R415 позволяет регулировать величину тока.Предусмотрена блокировка регулятора «ключом» на полевых транзисторах.Запайкой сопротивления R397 регулятор можно сделать пропорциональным.Сопротивления R4-24 и R425 предназначены для задания начальной величины тока при остановленном двигателе, т. е. для задания при необходимости момента, удерживающего, например, вертикальные координаты от падения. Однако, как правило, эти сопротивления не запаиваются.При настройке PC и РТ следует помнить, что сопротивления, помеченные знаком *, подобраны на заводе-изготовителе для конкретного типа двигателя и менять их не следует.Потенциометрами П18 и П20 добиваются оптимального переходного процесса на высоких скоростях, при этом в кривых скорости и тока не должно быть перерегулирования, а ток должен достигать максимального значения между 2-м и 3-м пульсами. Однако при снижении величины задающего напряжения, на низких скоростях, вновь появится перерегулирование. Для его уменьшения необходимо увеличить коэффициент пропорционального усиления и уменьшить время интегрирования. Для этой цели в приводе предусмотрен адаптивный регулятор коэффициента усиления.
Адаптивный регулятор предназначен для изменения коэффициента усиления и постоянной времени интегрирования PC в функции частоты вращения, что позволяет обеспечить высокие динамические характеристики привода. Принцип действия АР основан на широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Параллельно потенциометрам П18—пропорционального и П20 — интегрирующего усилителей PC через «ключи» на полевых транзисторах включены потенциометры П19 и П21 соответственно (рисунок 9). Ключи и, следовательно, время параллельного включения потенциометров П19 и П21 управляются от АР. При этом выделяется три зоны (рисунок 10).Рисунок 9 - Фрагмент регулятора скоростиСредние скорости, плавное изменение усиления и постоянной времени в функции скорости. Большие скорости, малое усиление, большая постояннаявремени, ключ разомкнут, потенциометры П19 и П21 отключены.Блок-схема узла адаптации показана на рисунке 10 и включает в себя следующие элементы:- генератор треугольного напряжения, выполненный на ОУ ИС51 и ИС52;- сумматор входных сигналов ИС66;- схема выделения модуля входного сигнала ИС67;- компаратор ИС68, ИС53;- Преобразователь уровня напряжения, транзистор Т101;- ключи на полевых транзисторах 7104, Т105 и Т108, Т109. На вход компаратора подается три напряжения:Напряжение треугольной формы от автономного генератора частотой около 10 кГц;Отрицательное напряжение смещения, регулируемое потенциометром П23 и запирающее выход компаратора;Выпрямленная сумма напряжений задания и тахогенератора положительного знака.Скорость изменения этого напряжения регулируется потенциометром П22.Работа узлов адаптации поясняется диаграммой рисунок 11. При малых скоростях положительное напряжение ИС67 меньше напряжения смещения с потенциометра П23. ОУИС68 насыщен в положительном направлении. Напряжение, на неинвертирующем входе ИС53 больше, чем. амплитуда треугольного напряжения на инвертирующем входе, следовательно, ИС53 насыщен также в положительном направлении. Транзистор. Т101 открыт, на входе ключей напряжение + 15 В, ключ замкнут, подключено параллельное сопротивление, усиление большое.
Рисунок 10 - Блок-схема узла адаптацииПри больших скоростях напряжение ИС67 больше напряжения смещения. ИС68 и ИС53 насыщены в отрицательном направлении. Транзистор Т101 закрыт, на входе ключей напряжение — 30 В, ключ разомкнут, параллельное сопротивление не подключено, усиление малое.На средних скоростях напряжения ИС67 и смещения соизмеримы, под действием треугольного напряжения ОУ ИС53 переключается по закону широтно-импульсной модуляции, обеспечивая плавное изменение коэффициента, усиления и соответственно времени интегрирования.Чем больше коэффициент усиления ОУ ИС66, тем уже зона адаптации.Следует отметить, что адаптивный регулятор работает только при малой сумме задающего напряжения и напряжения тахогенератора, при пуске и торможении с больших скоростей АР не работает, что обеспечивается суммированием указанных сигналов на ОУ ИС66.Влияние регулировочных потенциометров на зависимость коэффициента усиления от скорости показана на рисунке 11.В качестве ГТН применена типовая схема, состоящая из генератора линейно-изменяющегося напряжения на ИС52 и компаратора ИС51 с гистерезисной характеристикой за счет положительной обратной связи. Подробное описание его работы приведено в главе III.Рисунок 11 - Диаграмма работы адаптивного регулятораРисунок 12 - Блок-схема нелинейного токоограничеиияРисунок 13 - Схема функционального преобразователяБлок нелинейного токоограничения обеспечивает ограничение тока якоря в функции частоты вращения, близкой к коммутационной кривой высокомоментного двигателя. Принцип работы БНТО поясняется схемой рисунок 12. Регулятор скорости PC охвачен двумя цепями обратной связи, выполненными на операционных усилителях ИС57 и ИС59, на входы которых подаются напряжения выхода PC и напряжение функционального преобразования, выполненного на ОУ ИС54+ИС56. Напряжение является функцией частоты вращения, причем форма кривой Un=f(n) копирует коммутационную кривую электродвигателя.
Если UРсПри UРо>Uфп открывается один из диодов, в зависимости от направления вращения, и шунтируется вход регулятора скорости. Соответственно уменьшается напряжение на выходе PC, т. е. задание для регулятора тока РТ, и происходит ограничение величины тока.Схема функционального преобразователя приведена на рисунке 13. Операционный усилитель ИС54 осуществляет выпрямление входного сигнала, и на его выходе формируется модуль напряжения |UТг|.При нулевой скорости выходное напряжение ИС55 определяется величиной сопротивления R320, а напряжение ИС56 — напряжением смещения, снимаемого с потенциометра Ш2. До точки А при положительном напряжении ИС55 диод Д257 заперт, напряжение на выходе ИС56 отрицательное и постоянное. По мере повышения скорости, после точки А напряжение на выходе ИС55 становится отрицательным, диод Д257 открывается, напряжение на выходе ИС56 начинает уменьшаться по абсолютной величине. Открывающиеся последовательно диоды Д256, Д254, Д252 в цепи обратной связи ИС55 уменьшают его коэффициент усиления, формируя тем самым кривую токоограничения.Рисунок 14 - Блок-схема СИФУВ идеале — это кривая постоянной мощности , реально —на высоких скоростях нужно несколько уменьшить нагрузку, а на низких скоростях ее можно увеличить. Заштрихованная зона не используется, так как на практике максимальный ток в худшем случае достигается на 3-м пульсе, и при этом двигатель набирает такие обороты, что уже нужно ограничивать ток. Максимальная величина тока отсечки обычно Iотс = (4-6) Iном.Способность двигателя выдерживать большие перегрузки — до (10-12) Iном — говорит лишь об общем качестве двигателей, их защищенности от размагничивания и не может быть реализована на практике.Напряжение коммутационной кривой Uфл подается также в СИФУ, где суммируется с напряжением регулятора тока РТ, уменьшая величину уравнительного тока.Модуль напряжения |Uтг| с потенциометра ПИ подается в схему защиты от превышения максимальной скорости.Система импульсно-фазового управления (СИФУ) привода выполнена по вертикальному принципу и состоит из трех одинаковых каналов управления для каждой из фаз питания R, S и Т.Рисунок 15 - Диаграмма работы СИФУ