ЭЛЕКТРОПРИВОДА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СЕРИИ ПЧ-4-200 И ПЧ-3,5-3200

Преобразователи служат для управления асинхронными дви­гателями мощностью 0,55+2,2 и 0,3+2,2 кВт. Преобразователи первого типа имеют выходные номинальные частоты 50 и 100 Гц, а вторые —200, 300, 400, 600, 800, 1200, 1600, 1920, 2400 и 3200 Гц. Диапазон плавного регулирования частоты вращения ПЧ-4-200 (см. каталог «Преобразователь частоты ПЧ-4-200У4 ЛК 05.09.04— 79} составляет 1 : 10 вниз и 2 : 1 вверх от номинальной величины. В обозначение преобразователей входят: номинальная выход­

ная мощность (кВА) и максимальная частота (Гц). Преобразователи частоты ПЧ-4-200 и ПЧ-3,5-3200 (см. каталог «Преобразователь частоты ПЧ-3.5-3000У4 ЛК 05.73-02—80) обеспечивают следующие технические характеристики. Частотный пуск от преобразователя ПЧ-4-200 при суммарном моменте инер­ции, приведенном к валу двигателя и равном полуторакратному моменту инерции двигателя, и статическом моменте нагрузки, рав­ном половине от номинального, происходит за время не более 6 с (до максимальной частоты). Частотный пуск ненагруженных электрошпинделей от преобразователя ПЧ-3,5-3200 происходит за 8 с до номинальной частоты, частотное торможение — за время не более 5 с в первом случае и 8 с во втором. Отклонение часто­ты вращения при колебаниях момента нагрузки от нуля до дли­тельно допустимой величины составляет не более +5% от уста­новленного значения для диапазона частот 0,2—2 от номинальной (преобразователь ПЧ-4-200). Отклонение выходной частоты от установленной равно не более 2% при колебаниях тока нагрузки, температуры окружающего воздуха и напряжения питающей сети (ПЧ-3,5-3200). Выходное номинальное напряжение преобразовате­лей 220 В.

В течение 60 с допускается следующая кратность перегрузки по току: 1,2 (преобразователь ПЧ-4-200) и 1,25 (ПЧ-3,5-3200). Преобразователь ПЧ-4-200 может управлять сменными электро­двигателями 4А, 4АП на 50 Гц или 4АШ на 100 Гц, а ПЧ-3,5- 3200 — электрошпинделями на номинальные частоты, указанные выше. Так как двигатели единой серии 4А самовентилируемые, то с регулированием частоты вращения вниз от номинальной сни­жается длительно допустимый по нагреву момент. Кроме того, уменьшается упомянутая выше величина момента лригателя из-за потерь, обусловленных несинусоидальностью выходного напряже­ния преобразователя. Преобразователи ПЧ-4-200 позволяют ре­версировать двигатели.

Преобразователи ПЧ-4-200 и ПЧ-3,5-3200 выполнены по схеме с промежуточным звеном постоянного тока (рис. 73, а, б) и содер

ш

жат управляемый выпрямитель (УВ) й автономный инвертор на­пряжения (ИН) с обратным мостом (ОМ), а также сглаживаю­щий фильтр (Ф), состоящий из дросселя L и конденсатора Сф. Кроме того, имеются ограничитель напряжения, короткозамыкаю - щий тиристор V21, устройства защиты, органы управления и сиг­нализации. На входе преобразователя находятся автоматический выключатель QF и силовой понижающий трансформатор TV.

Выпрямитель на оптронных тиристорах выполнен по трехфаз - иой полууправляемой схеме. Тиристоры (V16... V18) анодной груп­пы (их аноды объединены между собой) управляются по фазово­му принципу. Тиристоры (V13... V15) катодной группы управляют­ся в режиме «включено — отключено» и служат для бесконтакт­ного отключения преобразователя от сети при срабатывании раз­личных защит. Параллельно тиристорам соединены ■ защитные цепи, состоящие из последовательно включенных резистора и кон­денсатора.

Трехфазный мостовой инвертор состоит из шести транзистор­ных ключей (V1...V12). Длительность проводимости ключей по 180 эл. градусов. Транзисторный ключ представляет собой семь параллельно соединенных транзисторов типа КТ812А и один уп­равляющий ими транзистор того же типа. Последовательно с эмиттерами силовых транзисторов включены уравнительные ре­зисторы (см. рис. 60, а). В ключ входит вентиль обратного моста и цепочка из конденсатора, диода и резистора, соединенная па­раллельно транзисторам. Работа инвертора соответствует описа­нию, представленному выше, в разделе преобразователей частоты.

Каждый канал системы фазового управления выпрямителем (СУВ) [3] содержит интегратор, на входе которого алгебраиче­ски суммируются управляющее (Uv) и синхронизирующее напря­жения. Последнее пропорционально линейному напряжению сети. Во. время отрицательного полупериода напряжения сети сумми­рованное напряжение интегрируется. Во время положительного полупериода положительное напряжение интегратора снижается м при достижении им нуля срабатывает компаратор. В этот момент вырабатывается импульс на отпирание тиристора. Фаза импульса зависит от величины Uv. На тиристоры нерегулируемой группы подаются импульсы длительностью 120 эл. градусов.

На рис. 74,а, б даны схемы системы управления инверторами (СУИ) преобразователей ПЧ-4-200 и ПЧ-3,5-3200. Распределитель импульсов (РИ) преобразователя ПЧ-3,5-3200 построен по коль­цевой пересчетной схеме на триггерах. РИ имеет на выходе шести­фазную систему импульсов длительностью по 180 эл. градусов. Регистр, построенный на триггерах, выдает систему импульсов, сдвинутых на интервал тактового импульса относительно импуль­сов РИ. Этот сдвиг обеспечивает коммутационную паузу между двумя ключами противоположной полярности каждой фазы инвер­тора. Переключатель диапазонов (ЯД) преобразователей обоих типов изменяет частоту ЗГ в соответствии с положением пере­ключателя номинальных частот и формирует тактовые импульсы

(ФТИ) (время тактового импульса равно интервалу коммута­ционной паузы между выключением одного и включением другого транзисторного ключа фазы инвертора). Блок управления инвер­тором преобразователя ПЧ-4-200 (рис. 74, а), кроме описанных уже узлов, содержит следующие. Ведущий распределитель им­пульсов [ВРИ) формирует шестифазную систему импульсов дли­тельностью 180 эл. градусов. Коммутатор импульсов распредели­теля переключает импульсы двух фаз в прямой или обратной по­следовательности по команде узла реверса. Ведомый распредели­тель импульсов формирует последовательности импульсов, сдвину­тые на интервал тактового импульса относительно импульсов ВРИ и коммутатора импульсов распределителя. Узел реверса со­храняет команду «Вперед» или «Назад», подает сигнал к пуску, а в случае реверса следующую последовательность сигналов: тор­можение, изменение чередования фаз инвертора и разгон в новом направлении. При срабатывании любой из защит при выключении преобразователя (обоих типов) на формирователи импульсов вы­ходных усилителей (ВУ) поступает запрещающий сигнал.

Рассмотрим работу общей системы управления преобразова­телем (см. рис. 73,6). Начнем с органов управления (ОУ). Пере­ключатели выбирают величину номинальной частоты и заданной частоты вращения. Кнопки управляют пуском в прямом или об­ратном направлении (ПЧ-4-200), частотным торможением или остановом без торможения.

Логическое устройство (ЛУ) (см. рис. 73, е) в соответствии с командами кнопок и устройств защиты управляет режимами ра­боты преобразователя. Логическое устройство включает в себя триггеры пуска, защиты и торможения. Режим «Выключено» имеет место после включения вводного автомата или при воздей­ствии на кнопку «Стоп» либо в результате завершения процесса торможения. При этом триггер пуска (777) имеет состояния вы­ходов 0/1, триггер защиты (ТЗ) — 1/0, а триггер торможения (ТТ) — произвольное. В результате воздействия на кнопку «Пуск» (ПЧ-3,5-3200) или «Вперед» либо «Назад» (ПЧ-4-200) логическое устройство непосредственно (ПЧ-3,5-3200) или через узел реверса СУИ (см. рис. 74, а, и штрихпунктир на рис. 73, б) переключается в состояние «Работа». При этом триггер пуска переходит в положение 1/0, а триггер торможения — 0/1. После нажатия кнопки «стоп» или срабатывания защиты ЗПР триггер 777 переходит в положение 0/1. Схема переходит в режим «Вы­ключено». Если оператор воздействовал на кнопку «Торможение», то устройство переключается в режим «Торможение», а триггер торможения в положение — 1/0. После завершения торможения триггер пуска переходит в положение 0/1, соответствующее режиму «Выключено».

В случае срабатывания одной из защит (ЗКЗ, ЗСН, ЗНЧФ или ЗПР) устанавливается состояние триггера ТЗ—0/1 и после воз­действия на кнопки «Вперед» или «Назад» преобразователь не переходит в режим «Работа». После ликвидации причины, привед­шей к включению устройства защиты, необходимо нажать кнопку «Стоп», в результате чего схема переходит в исходное состояние. Кроме того, логическое устройство управляет лампами сигнализа­ции. Указанным выше режимам соответствуют следующие состоя­ния ламп: «Включено» — лампа «Работа» горит в полнакала; «Работа» — лампа горит непрерывно; «Аварийное отключение» — лампа «Работа» мигает. Преобразователь имеет реле (/(/•), кон­такт которого подает сигнал в схему .электроавтоматики станка о включенном состоянии преобразователя. Задатчик управляющего напряжения (ЗУН) формирует управляющее напряжение, пропор­циональное заданной частоте (частоте вращения), плавное повы­шение или снижение этого сигнала при разгоне, регулировании торможении. Последнее обеспечивается задатчиком интенсивности (интегратором). При аварийном отключении или останове кнопкой «Стоп» управляющее напряжение снимается.

Система автоматического регулирования напряжения преобра­зователя ПЧ-3,5-3200 построена по принципу пропорционально-ин­тегрального регулятора. Кроме управляющего напряжения (от задатчика ЗУН) на вход усилителя регулятора напряжения (PH) приходит сигнал обратной связи по напряжению выпрямителя (Ud) от датчика напряжения (ДН). На один из входов усилителя регулятора напряжения преобразователя ПЧ-4-200 подается до­полнительно Ud через дифференцирующую RC-цепочку. Регулятор ПЧ-4-200 кроме стабилизации Ud подавляет автоколебания. Регу­лятор напряжения обеспечивает ограничение выходного напряже­ния преобразователя на уровне номинального при повышении час­тоты выше номинальной.

В схеме преобразователя ПЧ-3,5-3200 предусмотрена компенса­ция падения выходного напряжения на силовых элементах (дрос­селе и транзисторах). Для этого усилитель устройства токовой коррекции (УТК) автоматически обеспечивает увеличение управ­ляющего напряжения на 2%. Входной сигнал на усилитель по­дается с шунта Яш, датчика тока (ДТ), измеряющего ток инвер­тора. В преобразователе ПЧ-4-200 компенсируется также падение напряжения в сопротивлении статора. В этом преобразователе имеется' положительная токовая обратная связь, воздействующая на канал частоты (задающий генератор в СУИ).

Ограничитель напряжения (ОН) содержит резистор Ra и тран­зисторный ключ V20. Он включается при уменьшении частоты в режимах торможения и регулирования ее вниз (подтормажива - ние), при сбросе нагрузки и выключении инвертора в случаях срабатываний защит и отключений преобразователя. Транзис­торный ключ включается в импульсном режиме. В резисторе рас­сеивается энергия торможения двигателя. Устройство управления ограничителем напряжения (УОН) содержит компаратор, кото­рый срабатывает при превышении выходным напряжением Ua уровня 1,1 от установленного значения.

Преобразователь содержит несколько устройств защиты. Од­но из них — от перегрузки по току и короткого замыкания на вы­ходе преобразователя, и, кроме того, от аварии в инверторе (ЗКЗ). Сигнал с шунта, измеряющего ток инвертора, поступает на ком­паратор. При превышении током установленной величины сраба­тывает компаратор. Устройство защиты от недопустимого сниже­ния напряжения или обрыва фазы питающей сети (ЗСН) со­держит датчик напряжения сети (в виде делителя из резисторов) При снижении напряжения сети от номинальной величины на 15— 20% или при обрыве фазы сети переключается логический эле­мент, что происходит практически без запаздывания. После сраба­тывания логического элемента система управления преобразова­теля еще некоторое время получает питание, так как ее источники питания имеют конденсаторные фильтры. В результате срабатывания одной из описанных выше защит включается короткозамыкаюший тиристор V21 (КЗ). Благодаря этому сокращается время протекания чрезмерного тока через си­ловые транзисторы инвертора, которые шунтируются указанным тиристором. Образуется короткозамкнутая цепь на выходе выпря­мителя и срабатывает автоматический выключатель. Происходит аварийное отключение преобразователя.

В устройство защиты, от неправильного чередования фаз (ЗНЧФ) (см. рис. 73, в) поступают сигналы с детекторов поляр­ности фаз В и С (ДВ и ДС). Формирователь импульсов (ФИ) формирует из сигнала фазы В короткий импульс. При неправиль­ном чередовании этот импульс совпадает с импульсом следующей фазы и триггер защиты логического устройства переключается в аварийное состояние.

Имеется защита от обрыва резистивного задатчика (303). При ее срабатывании триггер торможения логического устройства иереходит в положение, равнозначное режиму торможения. При выходе из строя транзисторов ограничителя напряжения могут перегреться резисторы, соединенные последовательно с ними. В этом случае увеличится сопротивление терморезистора, соеди­ненного последовательно с кнопкой «Стоп». Это — устройство за­щиты от перегрева резисторов (ЗПР).

Блок питания (БП) содержит трансформатор, выпрямители и стабилизаторы напряжения +15 и —15 В. Вторичные обмотки используют для синхронизации с сетью системы фазового управ­ления выпрямителем и питания формирователей импульсов управ­ления инвертором,