ТЕМА 11 БЕЗКОНТАКТНІ АПАРАТИ ТА ПРИСТРОЇ КЕРУВАННЯ ЕП
Лекція 21 Логічні елементи, які використовуються для керування електроприводом
При дискретному безконтактному керуванні електроприводом найбільше застосування мають логічні елементи, які виконані на електронних лампах, напівпровідникових діодах, транзисторах і магнітних (феритових) осердях. Вхідні та вихідні сигнали логічних елементів мають два робочих значення, що відповідають логічним 0 і 1.
Елементи класифікуються за функціями, що ними виконуються, число яких велике. Однак складні функції розділяються на ряд простих, що реалізовані за допомогою логічних елементів декількох типів, які здійснюють так би мовити, елементарні функції. Назви деяких елементарних (найпростіших) логічних функцій і елементів, їхні функціональні формули, позначення елементів та їхніх релейних еквівалентів наведені в табл. 11.1.
Більш складні логічні функції реалізуються логічними елементами, які поєднують в одній конструкції різні схемні рішення. Найбільш широко в електроприводі з безконтактним керуванням застосовуються діодно-транзисторні елементи, об'єднані в уніфіковану систему «Логіка». Ця система складається із серії транзисторних елементів «Логіка Т» і серії, яка побудована на базі інтегральних мікросхем К511, - «Логіка І». Елементи цих серій випускаються промисловістю в комплекті з джерелами живлення.
Логічні елементи серії «Логіка Т» представляють собою діодно-транзисторні елементи, складені з дискретних компонентів. У них використовуються два способи представлення інформації: потенційний (негативний потенціал), коли значенням змінної 1і0 відповідає високий і низький рівні напруги, та імпульсний (позитивний потенціал), коли значення 1і0 двоїчної змінної характеризуються позитивними і негативними електричними імпульсами або наявністю та відсутністю імпульсу.
|
|
|
Таблиця 11.1 – Логічні елементи, їхні функції та релейний еквівалент
| Найменування логічної функції (елемента) | Функціональна формула | Зміст логічної функції | Позначення елемента | Таблиця істинності | Релейний еквівалент | |||||
| Повторення (повторювач) | Y = Х | Сигнал на виході з'являється при наявності сигналу на вході |
| Х | Y |
| ||||
| 0 | 0 | |||||||||
| 1 | 1 | |||||||||
| І (кон’юнктор) | Y = X1 X2 | Сигнал на виході з'являється тоді, коли є сигнали на всіх входах |
| X1 | X2 | Y |
| |||
| 0 | 0 | 0 | ||||||||
| 0 | 1 | 0 | ||||||||
| 1 | 0 | 0 | ||||||||
| 1 | 1 | 1 | ||||||||
| АБО (диз’юнктор) | Y = X1+X2 | Сигнал на виході з'являється тоді, коли є сигнал хоча б на одному з входів |
| X1 | X2 | Y |
| |||
| 0 | 0 | 0 | ||||||||
| 0 | 1 | 1 | ||||||||
| 1 | 0 | 1 | ||||||||
| 1 | 1 | 1 | ||||||||
| НІ (інвертор, заперечення) | | При наявності сигналу на вході сигнал на виході з'являється зі зникненням сигналу на вході
|
| Х | Y |
| ||||
| 0 | 1 | |||||||||
| 1 | 0 | |||||||||
| І – НІ Заперечення кон’юкції (елемент Шеффера) |
| Сигнал на виході відсутній тоді, коли є сигнали на всіх входах |
| X1 | X2 | Y |
| |||
| 0 | 0 | 1 | ||||||||
| 0 | 1 | 1 | ||||||||
| 1 | 0 | 1 | ||||||||
| 1 | 1 | 0 | ||||||||
| Заборона | | При відсутності сигналу на вході “Заборона Х1” сигнал на виході з’являється одночасно з сигналом на вході Х2, а при наявності сигналу на вході “Заборона Х1” сигнал на виході відсутній |
| X1 | X2 | Y |
| |||
| 0 | 0 | 0 | ||||||||
| 0 | 1 | 1 | ||||||||
| 1 | 0 | 0 | ||||||||
| 1 | 1 | 0 | ||||||||
| Затримка (витримки часу) | — | Сигнал на виході з’являється через деякий час після подачі на вхід і зникає одночасно з вхідним сигналом | 
| — | 
| |||||
| Пам’ять (двоїчний тригер) | — | Після подачі сигналу на вхід вмикання Х1 інформація Y, яка записана, зберігається до подачі на вхід відключення (Х2) пам’яті незалежно від наступного стану входу Х1 | 
| — | 
| |||||
Основним (базовим) елементом серії є елемент АБО — НІ, який побудований за допомогою транзисторного підсилювача, що працює в ключовому режимі, та діодного вузла АБО, який увімкнений на вході підсилювача (рис. 11.1). Транзистор типу р-п-р увімкнений за схемою з загальним емітером. Вхідний сигнал Uвх негативної полярності через один з діодів VD1 … VDЗ і резистор Rб надходить на перехід база — емітер транзистора VТ1. Вихідний сигнал Uвих знімається між загальною точкою джерел живлення ЗТ і колектором транзистора VТ1. Транзистор зачиняється при відсутності вхідного сигналу джерелом позитивного зсуву Uзс через резистор Rзс, що приєднаний до бази транзистора. При подачі на будь-який із входів сигналу, що відповідає1, на базі транзистора має місце негативний потенціал; при цьому через перехід база — емітер протікає струм, достатній для переведення транзистора в режим насичення. На виході схеми різко знижується потенціал Uвих, тобто відбувається дискретна зміна вихідного сигналу. Таким чином, підсилювальний каскад реалізує логічну інверсію (заперечення). На основі базової схеми і додаткових діодно-резисторних вузлів, конденсаторів і трансформаторів зв'язку в цій серії створено близько 30 різновидів логічних елементів, стабілізаторів, підсилювачів і перетворювачів.
|
|
|
Логічні елементи серії «Логіка Т» оформлені у виді модулів: напівпровідникові прилади, резистори та інші деталі змонтовані на гетинаксових печатних платах, які розміщені в полістироловому корпусі розміром 90 х 19, 5 х 55 мм і залиті компаундом на основі епоксидної смоли. Конструкція модулів нерозбірна і не ремонтоспроможна.
|
|
|
Серія «Логіка І» складається з чотирьох груп елементів: логічних, функціональних, часу і вихідних (підсилювачів). Усього є 30 різних елементів.
Логічні елементи призначені для реалізації основних логічних функцій, а також деяких операцій цифрового керування.
Функціональні погоджувальні вхідні елементи, призначені для зв'язку апаратів керування (кнопок, датчиків, вимикачів тощо) з логічними елементами. Основою вхідних елементів служать мініатюрні герконові реле типу РПГ-6, завдяки чому забезпечується мала споживана потужність, надійна комутація низьких рівнів струмів і напруг, достатньо висока швидкодія, гальванічна розв'язка кіл керування і навантаження.
Елементи часу призначені для отримання витримок часу в діапазоні 0,01 — 10 с.
Вихідні елементи (підсилювачі) призначені для посилення сигналів логічних елементів. На виході підсилювачів вмикаються виконавчі пристрої, які споживають значну потужність (одиниці та десятки ватів). Схеми вихідних елементів виконані на потужних транзисторах і мають дискретний вихід.
Напруга живлення всіх елементів (за винятком вхідних) 15 В. Габаритні розміри елементів 70 х 70 х 12 або 70х70х24мм (відповідно I і II габарити). У серіях інтегральних мікросхем використовується потенційний спосіб представлення інформації: логічна одиниця – високий позитивний потенціал, нуль — низький.
Для побудови схем безконтактного керування електроприводом і автоматизації промислових установок може бути використана серія напівпровідникових інтегральних логічних мікросхем К155. Базовим елементом інтегральних мікросхем К155 і К511 є елемент І – НІ, який виконаний на основі багатоемітерного транзистора VT1, що реалізує функцію І, та транзисторного підсилювача, який називається складним інвертором НІ (рис. 11.2). Інвертор увімкнений на виході VT1 і є його колекторним навантаженням. Багатоемітерний транзистор типу п-р-п має декілька емітерів, які розташовані таким чином, що пряма взаємодія між ними виключена. Якщо на всі входи схеми (емітери транзистора VТ1)подані високі позитивні потенціали Uвх(1) (але обмежені значенням напруги пробою переходу емітер — база), то переходи емітер — база зачиняються струмом зсуву Uвх(1).
Якщо з одного з входів транзистора VТ1 буде знятий сигнал (Uвх = 0) або поданий низький позитивний потенціал, відповідний перехід емітер — база відчиняється і струм бази Iб починає протікати через цей перехід (Iб » Iвх(0)). Транзистор буде вважатися зачиненим. Таким чином, якщо на всіх входах багатоемітерного транзистора є сигнал 1, то на його виході також буде напруга Uвих VТ1 = 1; якщо хоча б на одному вході з'являється сигнал 0, то і на виході буде сигнал 0, тобто ця частина схеми реалізує логічну функцію І. Однак схема І на багатоемітерному транзисторі практичного застосування не знаходить, тому що вона функціонально нестійка: логічний сигнал 1 на виході VТ1 менше, ніж на вході. Для запирання переходів емітер — база транзистора VТ1 необхідно, щоб вхідний сигнал перевищував вихідний: Uвх > Uвих.
У логічних схемах з інтегральними схемами схему І, яка розглянута на багатоемітерному транзисторі вмикають на вхід транзисторного підсилювача (VТ2, VТ4) – складного інвертора. Така загальна схема утворює базовий елемент, який реалізує функцію І — НІ.
Інвертор побудований на транзисторах VТ2 і VТ4 за схемою «складного транзистора», де R3 забезпечує запирання VТ4 при зачиненому VТ1. Колекторна напруга транзистора VТ2 керує емітерним повторювачем на транзисторі VТ3. Діод VD1 за рахунок прямого падіння напруги забезпечує надійне зачинення транзистора VТ3, а резистор R4 обмежує струм, який протікає.
Елементи серії «Логіка» забезпечують побудову практично будь-яких дискретних схем, необхідних для керування електроприводами та автоматизацію промислових установок.
Лекція 22 Тиристорні перемикачі змінного струму. Комплектні тиристорні пристрої керування. Вузли схем і схеми з використанням тиристорних перемикачів та комплектних тиристорних пристроїв керування
Схеми з тиристорами застосовуються в електроприводі для різних цілей: отримання регульованої напруги постійного струму; перетворення постійного струму в змінний (інвертори та перетворювачі частоти); безконтактної комутації кіл змінного струму (безконтактні пускачі, ключі та перемикачі); отримання різних режимів роботи електроприводів постійного і змінного струмів (вмикання і реверсування двигунів, регулювання швидкості, динамічне гальмування і гальмування противмиканням, а також спеціальних режимів асинхронного двигуна – крокового та вібраційного). Схемні рішення тиристорних пристроїв для отримання різних режимів роботи електроприводів дуже різноманітні.
Для електроприводів постійного струму тиристорні пристрої використовуються в станціях і блоках керування типу БУВ 3603, БУ 3509, ЕТУ 3601 тощо, які розраховані на потужності двигунів від сотень ватів до сотень кіловатів.
Для електроприводів змінного струму промисловістю випускаються: 1) перетворювачі частоти з ланкою постійного струму типу ЕКТ, які розраховані на потужності від 5 до 400 кВт і частоти 1 — 60, 5 — 70, 15 — 200 Гц, типу ПЧИ — на частоти 5 —50 Гц і з безпосереднім зв'язком типу ТТС на 2 — 30, 3 — 20 Гц, що забезпечують керування двигунами від 2 до 80 кВт; 2) тиристорні регулятори напруги типу РСТ, які виконані за симетричною трифазною схемою вмикання (див. рис. 4.24, г); 3) комплектні тиристорні станції керування серії КТСУ, що є безконтактними аналогами щитів релейно-контакторних станцій керування та призначені для пуску, реверса, гальмування і захисту асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором, які мають номінальні струми від 10 до 160 А.
Вузол схеми отримання різних частот і напруг за допомогою статичного перетворювача розглянутий у лекції 8. Керування електроприводом з таким перетворювачем зводиться головним чином до керування тиристорами керованого випрямляча та автономного інвертора.
Для комутації електричних кіл змінного струму та отримання різних режимів роботи асинхронних двигунів широко використовуються схеми з тиристорними елементами, які називаються статичними перемикачами. Вузли схем основних статичних перемикачів показані на рис. 11.3, а – д, а можливих додаткових на рис. 11.3, е – и. У режимі повного відчинення тиристорів перемикачі працюють як група силових контактів. При фазовому, а також часово-імпульсному (частотно-імпульсному або широтно-імпульсному) керуванні тиристорними елементами в коло навантаження виявляється увімкненим як би деякий еквівалентний нелінійний реактивний опір.
Рисунок 11.3 – Схеми статичних перемикачів
Тиристорні елементи, наведені на рис. 11.3, а, б, в, е, ж,призначені для вмикання їх в одну фазу мережі. В трифазних схемах такі елементи ставляться в кожну фазу.
Керування симетричними зустрічно-паралельними елементами (рис. 11.3, а, е) та симістором (рис. 11.3, в) здійснюється зміною кута керування a обох тиристорів. У несиметричних елементах (рис. 11.3, б, ж) увімкнене однакове число діодів і тиристорів. Керування трикутним тиристорним елементом (рис. 11.3, г) здійснюється симетричною та несиметричною зміною кута a. Чергування роботи тиристорів у цьому елементі наведене в табл. 11.2.
Максимальний діапазон зміни кута керування при активному навантаженні складає 210°, при активно-індуктивному 210° -j, де j — фазовий кут навантаження.
Таблиця 11.2 – Чергування роботи тиристорів
| Інтервал | Тиристори | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| a < wt < 120° | Відчинений | Зачинений | Відчинений |
| 120° < wt < a + 120° | >> | >> | Зачинений |
| a + 120° < wt < 240° | >> | Відчинений | >> |
| 240° < wt < a + 240° | Зачинений | >> | >> |
| a + 240° < wt < 360° | >> | >> | Відчинений |
| 360° < wt < 360° + a | >> | Зачинений | >> |
| 360° + a < wt | Відчинений | >> | >> |
У схемі, наведеній на рис. 11.3, з, два тиристори замінені дроселями насичення, які мають осердя, що виконані з матеріалу, який має прямокутну петлю магнітного гістерезису. Число витків дроселя вибирається таким, щоб його максимальна робоча індукція була менше індукції насичення. В схемах тиристорних короткозамикачів (рис. 11.3, д, и) при вмиканні тиристорів відбувається закорочування виводів випрямного моста, що відповідає одночасному вмиканню трьох контактів у лінійних проводах трифазного навантаження.
Рисунок 11.4 – Тиристорні схеми для отримання різноманітних режимів роботи асинхронного двигуна
Статичні перемикачі у поєднанні з додатковими пристроями (конденсаторами, трансформаторами, резисторами, додатковими тиристорами та діодами) дозволяють отримати багато режимів керування електроприводом. Наприклад, вузол схеми керування асинхронним двигуном з короткозамкненим ротором, представлений на рис. 11.4, а, служить для пуску, динамічного гальмування та крокового режиму при з'єднанні обмоток с1 – с4, с2 – с5, с8 – с6 у зірку. При працюючих тиристорах VS1 — VS3, які увімкнені трикутником, і відключеному тиристорі VS4 двигун працює в симетричному руховому режимі.
Для отримання режиму динамічного гальмування в цій і подібній схемах не потрібно вмикання додаткових тиристорів або джерела постійного струму. Якщо тиристори VS2 і VSЗ відключені, а увімкнені тиристори VS1 і VS4, то дві обмотки статора живляться випрямленим постійним струмом і, отже, двигун має динамічне гальмування.
Кроковий режим роботи двигуна отримується при відключених тиристорах VS1 і VS4 та послідовно працюючих VS2 і VSЗ. При зачинених VS1 і VS4 на виводах с1 і с3 постійно прикладена напруга мережі. Якщо відчинити VS2, то при зачиненому VSЗ двигун зробить один крок, а при відчиненому VS3 і зачиненому VS2 – інший крок і т.д. з заданими інтервалами часу.
При використанні п'яти зустрічно-паралельних тиристорних елементів (рис. 11.4, б) можна здійснювати прямий безконтактний пуск двигуна в необхідному напрямку, реверс, гальмування противмиканням і динамічне гальмування, регулювання швидкості імпульсним методом і підмагнічуванням обмоток статора постійним струмом, а також кроковий режим. Для отримання необхідного режиму роботи двигуна система керування повинна формувати сигнали, які вмикають відповідні тиристори, наприклад VS1, VS2, VS5, VS6 при пуску двигуна «вперед», тиристори VSЗ, VS4, VS7, VS8 при пуску «назад», тиристори VS1, VS6 для зниження швидкості при роботі «вперед»; тиристори V1, V7 для отримання режиму динамічного гальмування. Струм статора в режимі динамічного гальмування, а отже, і гальмівний момент можна регулювати введенням у коло статора резистора R. В усіх режимах, крім динамічного гальмування, резистор R шунтований відчиненими тиристорами V9 і V10 і не впливає на роботу двигуна. На час гальмування тиристори V9 і V10 зачиняються, змушуючи гальмівний струм протікати через резистор R.
Рисунок 11.5 – Схема керування асинхронним двигуном з використанням статичних перемикачів
Одна з повних схем керування асинхронним двигуном з використанням статичних перемикачів наведена на рис. 11.5. За допомогою цієї схеми можуть бути отримані наступні режими роботи двигуна: вмикання на знижену напругу, регулювання кутової швидкості, динамічне гальмування, кроковий режим. Три зустрічно-паралельні пари тиристорів VS1 — VS6увімкнені в три фази двигуна, а два тиристори VS7 і VS8 — паралельно двом його обмоткам.
Керуючі імпульси подаються на тиристори через спрощені формувачі вузьких імпульсів, в яких використовуються діоди VD13, VD14 і V15. Процес формування імпульсів здійснюється так. Доки відчинений зустрічний тиристор, наприклад VS2, напруга керування не подається на коло керуючого переходу тиристора VS1. Як тільки тиристор VS2 зачиняється, починає зростати струм керування в тиристорі VS1; коли він досягає значення, при якому тиристор вмикається, напруга на керуючому переході падає, тому що останній закорочується тиристором VS1, що увімкнувся. Імпульс виникає після переходу струму через нуль і припиняється після вмикання тиристора, тобто тривалість імпульсу керування дорівнює часу відчинення тиристора і залежить від струму, який протікає через тиристор, і фазового кута навантаження. Ширина імпульсу спрощеної схеми формування для різних режимів роботи двигуна (пуск, режим навантаження, режим холостого ходу) коливається від 0,5 до 8 град. Імпульси керування для тиристорів VSЗ, VS4 і VS5, VS6 формуються аналогічно імпульсам для тиристорів VS1, VS2.
Для отримання необхідних режимів роботи асинхронного двигуна імпульси напруги керування подаються відповідним тиристорам за допомогою контактів реле КМ1, КМ2, КМ3. Плавне відчинення тиристорів забезпечується динамічними фазообертальними RС-колами, які увімкнені паралельно керуючим переходам тиристорів VS1 — VS6 (у тиристора VS1 — резистор R4, конденсатор С4 і діод VD1. у тиристора VS2 — R5, С5, VD2,у тиристорів VSЗ – VS6 відповідно R6 — R9, С6 – С9 і VD3 — VD6).
Захист тиристорів від комутаційних перенапруг здійснюється паралельними RС-колами: R1 – С1; R2 – С2 і RЗ – СЗ. Для налагодження режиму роботи тиристорів є діоди VD7 — VD12, VD16, VS17 і регулювальні резистори R10 — R17.
При натисканні на кнопку SB2 у положенні перемикача SA1 «Робота» (Р) вмикаються реле KM1 і KM2 Реле КМ1 підготовлює до вмикання кола керування тиристорів VS2 — VS5 і відключає вмикальні тиристори VS7 і VS8. Реле KM2 подає напругу на коло керування всіх шести тиристорів. Двигун плавно розганяється до номінальної швидкості.
При натисканні на кнопку SB1 відключається реле KM1, зачиняються тиристори VS2 — VS5 і підключаються кола керування тиристорів VS7 і VS8. Тому що реле KM2 має витримку часу на відпускання, виявляються увімкненими тиристори VS1, VS6 — VS8, у результаті чого двигун входить у режим динамічного гальмування. Час гальмування підбирається величинами R8 і С10.
Кроковий режим роботи двигуна виконується при переведенні перемикача SA1 в положення «крокування» (к) і натиснутій кнопці SB2. При цьому реле КМ2 отримує живлення і вмикає тиристори VS1 і VS6; з витримкою часу вмикається реле KM3, яке розмикає коло живлення КМ2, яке відключає тиристор VS1 і вмикає тиристор VS3. Ротор двигуна робить один крок. З витримкою часу відключаються реле KM2 і тиристор VS3. Двигун знеструмлюється. Наступний крок двигуна починається при замиканні вимикального контакту реле КМ3 у колі котушки КМ2. Витримка часу реле КМ3 і КМ2 забезпечується значеннями ємностей С10, С11і опорів резисторів R18 і R19. Кроковий режим двигуна буде продовжуватися протягом часу натискання на кнопку SB2 та припиняється після її відпускання.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 2832; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!