Функциональная схема систем стабилизации скорости вращения двигателя

Что такое структурная схема

Структурная схема разрабатывается на начальных стадиях проектирования и предшествует разработке схем других типов. Структурная схема определяет основные функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязи между ними. Схема отображает принцип действия изделия в самом общем виде.

Действительное расположение составных частей на структурной схеме не учитывают и способ связи не раскрывают. Построение схемы должно давать наглядное представление о

• составе изделия,

• последовательности взаимодействия функциональных частей в изделии. Функциональные части на схеме изображают в виде прямоугольников или условных графических обозначений. При изображении функциональных частей в виде прямоугольников их наименования, типы и обозначения вписывают внутрь прямоугольников.

Направление хода процесса, происходящего в изделии, обозначают стрелками, соединяющими функциональные части. На схемах простых изделии функциональные части располагают в виде цепочки в соответствии с ходом рабочего процесса в направлении слева направо. Схемы, содержащие несколько основных рабочих каналов, рекомендуется вычерчивать в виде параллельных горизонтальных строк.

Ниже на нескольких примерах показаны правила и особенности построения структурных схем устройств и систем.

На рис.1 приведена структурная схема автоматической системы регулирования теплоснабжения и горячего водоснабжения (ГВС) здания.

Система содержит следующие функциональные части:

1. узел учета тепловой энергии, с помощью которого определяется количество потребленной тепловой энергии и расхода горячей воды,

2. система регулирования отопления, предназначенная для поддержания заданной температуры и давления теплоносителя (воды) в контуре отопления, заданной температуры воздуха в помещениях здания.

3. система регулирования ГВС, предназначенная для поддержания необходимой температуры и давления горячей воды,

4. система электроснабжения всех блоков автоматической системы регулирования,

5. персональный компьютер.

Рис. 1. Структурная схема автоматической системы регулирования теплоснабжения и горячего водоснабжения

Особенностью этой схемы является то. что на ней показаны не только связи между отдельными блоками системы регулирования, но и направление потоков теплоносителя и горячей воды.

При большом количестве функциональных частей в изделии элементы структурной схемы могут обозначаться порядковыми номерами. При этом должен быть составлен перечень этих функциональных частей. В этом случае наглядность структурной схемы ухудшается, т.к. роль каждой функциональной части выясняется не только по изображению, но и с помощью перечня.

Для примера исполнения этого варианта на рис. 2 приведена структурная схема системы стабилизации скорости вращения электродвигателя.

Рис. 2. Структурная схема системы стабилизации скорости вращения электродвигателя

Для сложных изделий, состоящих из нескольких функциональных частей, для каждой части также могут быть разработаны их структурные схемы.

Так, например, на рис. 3 приведена структурная схема основного преобразователя электромагнитного расходомера, входящего в состав узла учета тепловой энергии (рис. 1), и предназначенного для определения текущего и суммарного расхода теплоносителя (воды), протекающего по трубопроводу контура отопления.

Рис. 3. Структурная схема преобразователя электромагнитного расходомера

На структурной схеме допускается указывать характеристики функциональных частей, поясняющие надписи и диаграммы, определяющие последовательность процессов во времени, а также параметры в характерных точках (величины токов, напряжений, формы и величины импульсов и др.). Данные помещаются рядом с графическим обозначением или на свободном поле схемы. После окончания проектирования структурная схема изделия включается в эксплуатационную документацию для общего ознакомления обслуживающего персонала с изделием.

Информационные статьи производителей промышленного электрооборудования:

Система стабилизации скорости вращения двигателя постоянного тока

«НОВОСИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА»

Кафедра «Электрооборудования судов и береговых сооружений»

Кафедра «Электротехника и электрооборудование»

по дисциплине: «Система управления электроприводами»

на тему: «Система стабилизации скорости вращения двигателя постоянного тока»

Шифр ЭМ — 02 — 045

1. Нагрузочная диаграмма и тахограмма;

2. Диапазон регулирования (вниз от номинальной скорости): 50/1;

3. Относительная погрешность регулирования на номинальной скорости при изменении нагрузки от 0 до 100%, не более 0,5%.

Дополнительные условия и требования:

приведенный к валу двигателя момент инерции механизма равен 25% момента инерции двигателя: J мех = 0,25· J дв ;

допустимое перерегулирование скорости при скачке управляющего воздействия — до 30%;

время переходного процесса при малом скачкообразном задающем воздействии не более 3Т м , при числе колебаний менее трех.

Разработке подлежат следующие вопросы: обоснование выбора типа двигателя и преобразователя, а также его функциональной схемы, расчет и выбор преобразователя и всех элементов силовой цепи, выбор устройств управления и защиты, статический расчет системы, составление структурной схемы, синтез регуляторов по заданным требованиям к динамике системы, обеспечение отсутствия автоколебаний на субгармониках, разработка принципиальной схемы и описание работы схемы и отдельных блоков управления.

1. Данные для расчета системы стабилизации скорости электропривода постоянного тока

2. Нагрузочная диаграмма и тахограмма электропривода

3. Расчет мощности и выбор электродвигателя

4. Расчет силовой части преобразователя

4.1 Расчет силового трансформатора

4.2 Расчет реакторов и дросселей

4.3 Выбор тиристоров

4.4 Выбор защиты

4.4.1 Защита от перенапряжений

4.4.2 Защита от коммутационных перегрузок

4.4.3 Защита тиристоров от внутренних и внешних КЗ

4.4.4 Выбор автоматических выключателей

5. Анализ и синтез линеаризованных структур

5.1 Структурная схема регулирования

5.2 Исследование системы на устойчивость

5.3 Синтез системы и расчет параметров регуляторов

5.3.1 Контур регулирования тока

5.3.2 Контур регулирования скорости

6. Расчет и построение статических характеристик

Список литературы [10 — 12]

Введение

Электрический привод представляет собой электромеханическую систему, обеспечивающую реализацию различных технологических и производственных процессов в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте, коммунальном хозяйстве и в быту с использованием механической энергии. Назначение электропривода состоит в обеспечении движения исполнительных органов рабочих машин и механизмов и управлении этим движением.

Научно-технический прогресс, автоматизация и комплексная механизация технологических и производственных процессов определяют постоянное совершенствование и развитие современного ЭП. В первую очередь это относится ко все более широкому внедрению автоматизированных ЭП с использованием разнообразных полупроводниковых силовых преобразователей и микропроцессорных средств управления. Характерной чертой автоматизации является быстрое развитие робототехники, внедрение гибких автоматизированных производств, автоматических линий, машин и оборудования со встроенными средствами микропроцессорной техники, многооперационных станков с числовым программным, управлением, роторных конвейерных комплексов.

Дальнейшее развитие электрификации и автоматизации технологических процессов, создание высокопроизводительных машин, механизмов и технологических комплексов во многом определяется развитием электрического привода.

К основным направлениям развития современного ЭП относятся:

разработка и выпуск комплектных регулируемых ЭП с использованием современных преобразователей и микропроцессорного, управления;

повышение эксплуатационной надежности, унификации и улучшение энергетических показателей ЭП;

расширение области применения регулируемого асинхронного ЭП и использование ЭП с новыми типами двигателей, а именно линейными, шаговыми, вентильными, вибрационными, повышенного быстродействия, магнитогидродинамическими и др.;

развитие научно-исследовательских работ по созданию математических моделей и алгоритмов технологических процессов, а также машинных средств проектирования ЭП;

подготовка инженерно-технических и научных кадров, способных проектировать, создавать и эксплуатировать современный автоматизированный электропривод.

Решение этих и ряда других проблем позволит существенно улучшить технико-экономические характеристики электропривода и создать тем самым базу для дальнейшего технического прогресса во всех отраслях промышленного производства транспорта сельского хозяйства и в быту.

1. Данные для расчета системы стабилизации скорости электропривода постоянного тока

М 1 = 74 Н·м t 1 = 0,3 с t 7 = 0,1 с

М 2 = 32 Н·м t 2 = 53 с t 8 = 2 с

М 3 = 48 Н·м t 3 = 0,1 с ω 1 = 79 с -1

М 4 = — 19 Н·м t 4 = 1 с ω 2 = 158 с -1

М 5 = — 55 Н·м t 5 = 0,4 с D = 50/1

М 6 = — 39 Н·м t 6 = 50 с δ = 0,5%

2. Нагрузочная диаграмма и тахограмма электропривода

Рисунок 2.1 — Нагрузочная диаграмма и тахограмма электропривода

3. Расчет мощности и выбор электродвигателя

На основании данных нагрузочной диаграммы и тахограммы, приведенных в задании, производим расчет мощности электродвигателя по известным из курса «Теории электропривода» зависимостям:

М ср = к з · [ ( t в ·М в + t н ·М н ) / ( t в + t н )], (3.1)

где к з = 1,1 ÷ 1,3 — коэффициент, учитывающий отличие динамической нагрузочной диаграммы от статической;

М в — момент при работе привода «Вперед», Н·м:

М в = М 1 + М 2 + М 5 = 74 + 32 — 55 = 51 Н·м;

М н — момент при работе привода «Назад», Н·м:

М н = М 6 + М 3 + М 4 = — 39 + 48 — 19 = — 10 Н·м;

t в — время работы привода «Вперед», с:

t в = t 1 + t 2 + t 3 = 0,3 + 53 + 0,1 = 53,4 с

t н — время работы привода «Назад», с:

t н = t 5 + t 6 + t 7 = 0,4 + 50 + 0,1 = 50,5 с

М ср = 1,2 · [ (53,4·51 + 50,5· (- 10)) / (53,4 + 50,5)] = 25,622 Н·м.

Далее определяется продолжительность включения:

ПВ р% = [ ( t в + t н ) / ( t в + t н + t о )] · 100%, (3.2)

где t о — суммарная продолжительность стоянки привода за цикл, с:

t о = t 4 + t 8 = 1 +2 = 3 с.

ПВ р% = [ (53,4 + 50,5) / (53,4 + 50,5 + 3)] · 100% = 97, 194%.

Тогда, с учетом (3.2), мощность электродвигателя для среднего статического момента М ср определяем по выражению:

М дв = М ср · √ (ПВ р% / ПВ ст% ), (3.3)

где ПВ ст% — стандартное значение продолжительности включения, выраженной в процентах. Так как в справочных данных чаще всего приводятся двигатели с ПВ=100%, то в (3.3) можно подставить ПВ ст% =100%.

М дв = 25,622 · √ (97, 194% / 100%) = 25,26 Н·м.

Определим мощность электродвигателя по известной зависимости:

Р дв = М дв ·  дв , (3.4)

где  дв — угловая скорость двигателя, с -1 :

Р дв = 25,26 · 79 = 2 кВт.

С целью уменьшения нагрева двигателя принимаем двигатель большей мощности.

По расчетной мощности двигателя и его скорости вращения из справочника /1/ выбираем двигатель постоянного тока независимого возбуждения серии 2П.

Тип двигателя: 2ПФ160МГУХЛ4: P н = 4,2 кВт; U н = 220 В; n н = 750 об/мин; n max = 2500 об/мин; η н = 73%; R я = 0,516 Ом; R д. п. = 0,407 Ом; R в = 53,1/12,6 Ом; L я = 14 мГн.

Далее проверяем выбранный двигатель на перегрузочную способность из условия:

·М дв. н. ≥ М дв. max , (3.5)

где  — допустимая перегрузочная способность двигателя (для двигателя постоянного тока независимого возбуждения  = 2 ÷ 2,5);

М дв. max — максимальный момент на валу двигателя за цикл, Н·м: М дв. max = М 1 = 74 Н·м; М дв. н. — номинальный момент выбранного двигателя, Н·м:

М дв. н. = (30∙Р н ) / (π∙ n ном) = (30∙4200) / (3,14∙750) = 53,503 Н∙м;

2,5·53,503 ≥ 74,133,758 ≥ 74.

Условие выполняется, т.е. двигатель обеспечивает устойчивую работу механизма.

Проверяем выбранный двигатель по условиям нагрева, используя из курса «Теории электропривода» метод эквивалентного момента.

Формула для определения эквивалентного момента:

М экв = √ (∑ M дв. i 2 ∙ t i / ∑ t i ), (3.6)

где n — число рабочих участков в цикле;

М дв. i — величина момента двигателя, соответствующая i -му участку нагрузочной диаграммы, Н∙м;

t i — продолжительность i -го участка, с;

М экв = √ (207700/103,9) = 44,71 Н∙м.

М ЭКВ. ПВст = М экв ∙ √ (ПВ э% / ПВ ст% ) = 44,71 ∙ √ (97, 194% / 100%) = 44,078 Н∙м.

По зависимости (3.3) с учетом времени пуска и торможения уточняем значение продолжительности включения и приводим значение эквивалентного тока с учетом ПВ. Условием проверки является выражение:

М Н. ПВст ≥ М ЭКВ. ПВст , (3.7), 53,503 ≥ 44,078.

Система автоматического регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока

Функциональная и структурная схемы САР. Оценка устойчивости системы по корням характеристического уравнения, критериям Михайлова, Найквиста и Гурвица. Построение переходных процессов. Показатели качества САР. Оценка точности процесса регулирования.

• посмотреть текст работы

• скачать работу можно здесь

• полная информация о работе

• весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Система автоматического регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока

Пояснительная записка к курсовой работе по Теории автоматического управления

1. CAP частоты вращения двигателя постоянного тока

2. Функциональная схема САР

3. Значения параметров САР

4. Описание элементов, входящих в систему

5. Структурная схема

6. Дифференциальное уравнение САР

7. Оценка устойчивости САР по корням характеристического уравнения

8. Оценка устойчивости САР по критерию Михайлова

9. Оценка устойчивости САР по критерию Найквиста

10. Оценка устойчивости САР по критерию Гурвица

11. Оценка устойчивости САР по ЛАЧХ и ЛФЧХ

12. Временные характеристики САР

13. Определение критического коэффициента усиления системы по критерию Гурвица

14. Построение области устойчивости в плоскости параметра Крс

15. Показатели качества САР

16. Влияние ПКУ на характеристики системы

17. Установившаяся ошибка системы

Теория автоматического управления (ТАУ) — это научная дисциплина, которая возникла сравнительно недавно, хотя отдельные устройства, работающие без участия человека, известны с глубокой древности.

Активное развитие теории началось с электромашинных систем и систем радиоавтоматики. Впоследствии оказалось, что методы теории автоматического управления объясняют работу объектов различной физической природы, где может присутствовать обратная связь.

Все методы ТАУ объединены одной общей задачей: обеспечение необходимой точности и удовлетворительного качества переходных процессов.

Непрерывное повышение требований к качеству функционирования сложных промышленных систем требует совершенствования и развития САУ, которые являются неотъемлемой частью таких систем. Кроме того, к системам управления предъявляются высокие требования к качеству регулирования со стороны технологического процесса.

Теория автоматического управления имеет дело не с реальными инженерными конструкциями, а с их моделями. Поэтому вопросы математического описания и проектирования систем управления для различных объектов являются актуальными.

Цель курсовой работы — анализ линейной непрерывной системы автоматического управления (САУ). Рассматриваемая САУ, представленная на рисунке 1, является системой автоматического регулирования (САР) частоты вращения ДПТ, т.е. является системой стабилизации.

Основные задачи курсовой работы:

— составление по принципиальной схеме функциональной схемы;

— составление математической модели в форме структурной схемы;

— исследование устойчивости системы по корням характеристического уравнения и заданным критериям;

— построение переходных процессов для анализа качества процесса регулирования системы;

— оценка точности процесса регулирования.

1. CAP частоты вращения двигателя постоянного тока

Рис. 1 Принципиальная схема САР.

Данная система является САР скорости вращения двигателя постоянного тока (ДПТ). Объектом управления является ДПТ, Выходная величина объекта управления — угловая скорость (?), управляющей величиной является электрический ток якоря двигателя (Iя дв), образующий магнитный поток, который приводит ДПТ во вращение. Возмущающим воздействием является момент нагрузки (М_н). Выходная величина ОУ передается на датчик скорости, которым является тахогенератор (ТГ). Скорость преобразуется в напряжение (U), пропорциональное скорости вращения. Это напряжение передается на делитель и по цепи обратной связи (ЦОС) передается на сумматор и вычитается из значения задающего напряжения. Увеличение величины нагрузки (увеличение М_н) приводит к уменьшению скорости вращения ДПТ, а т.к. преобразованное тахогенератором напряжение пропорционально угловой скорости, то, соответственно, оно будет пропорционально меньше. Отсюда следует, что будет получено меньшее значения напряжения обратной связи (Uос). Уменьшение Uос приводит к увеличению ?U, что приводит к увеличению Uупр и Iя.дв. Это увеличит магнитный поток и скорость вращения ДПТ, тем самым отрегулировав систему для данных условий. Величина ?U подается на пассивно-корректирующее устройство (ПКУ), предназначенное для улучшения динамических свойств системы. Выходной величиной ПКУ является напряжение управления (Uупр), которое поступает на тиристорный преобразователь (ТП), который выполняет роль усилителя для трехфазного напряжения питания и преобразует напряжение в ток якоря двигателя (Iя дв), являющийся управляющей величиной объекта управления.

2. Функциональная схема САР

Для составления функциональной схемы необходимо выделить объект управления, цепь обратной связи и нагрузку. Далее, рассматриваем цепь прохождения сигнала, где каждому блоку соответствует прямоугольник с названием и указанием направления следования сигнала.

Рис. 2 Функциональная схема САР.

Функциональная схема включает в себя следующие блоки:

· Задающее устройство (ЗУ)

· Суммирующее сравнивающее устройство (ССУ)

Комплектный выпрямительно-инверторный преобразователь КВИП

Мы работаем
по всей России

Значительное количество производственных механизмов, укомплектованных асинхронными двигателями с фазным ротором (АДФР) нуждаются сегодня в модернизации электропривода. Наиболее распространенный тип такого привода – так называемые резистивные роторные станции – морально и физически устарели. Экономическая выгода от установки новых резистивных станций на первый взгляд очевидна ввиду относительно небольшой стоимости. Однако, короткий срок службы коммутирующих контакторов и необходимость в постоянном обслуживании – это потеря денежных средств в дальнейшем. К.п.д. таких приводов также очень низкий, и для механизмов, требующих постоянного регулирования скорости дополнительные затраты на электроэнергию оказываются значительными.

Наиболее перспективным решением на сегодня является установка Асинхронно-Вентильного Каскада (АВК). Такие преобразователи работают в рекуперативном режиме, что обеспечивает высокий коэффициент полезного действия.

Область применения преобразователей с асинхронно-вентельным каскадом:

• шахтные вентиляторы, конвейеры;
• дробилки, мельницы;
• вращающиеся печи, воздуходувки, тягодутьевые установки цементных заводов;
• электроприводы механизмов собственных нужд электростанций;
• насосы водоснабжения коммунальных систем;
• лебедки, роторы, насосы буровых установок;
• конвейеры большой производительности и большой длины;
• механизмы приводов ковочно-штамповочных прессов, ножниц, листогибочных машин, волочильных станов, канатных машин и пр.

НПП «РУМИКОНТ» совместно с ЧАО «Донецкая инжиниринговая группа» была разработана серия комплектных преобразователей АВК КВИП (Комплектный выпрямительно-инверторный преобразователь) для двигателей мощностью от 10 кВт до 4000 кВт.

Принцип действия АВК заключается в следующем. Напряжение, генерируемое ротором асинхронного двигателя, выпрямляется выпрямителем (В), после чего инвертируется обратно в сеть инвертором (И). Роторная станция, изображенная на рисунках 1 и 2, может служить в качестве резерва. Также она может быть использована для начального запуска асинхронного двигателя в случаях, когда диапазон регулирования скорости ограничен 30. 60 % от номинального значения. Такая схема позволяет уменьшить установленную мощность трансформатора (Тр) на 30. 40 %.

Рис. 1. Типовая функциональная схема АВК для АДФР 6(10)кВ

Рис. 2. Типовая функциональная схема АВК для 0,4кВ

Для сети 0,4 кВ в качестве согласующего с сетью элемента вместо трансформатора (Тр) может использоваться сетевой реактор (Р).

Подбор дополнительного оборудования (выключатели, коммутирующие элементы), осуществляется индивидуально для каждого проекта.

Асинхронно-вентельный каскад (как и роторные станции) позволяет осуществлять одноквадрантное регулирование. Управление в 3-м квадранте (-ω, -М (рисунок 3)) можно осуществить только путем изменения направления вращения поля статора. Для этой цели используются контакторные или тиристорные реверсоры. Снижение скорости, при этом, обычно осуществляется при помощи устройства динамического торможения. Недостатком такого способа торможения является нелинейность динамической характеристики асинхронного двигателя в этом режиме (зависимость скорости вращения от тока торможения).

Рис. 3. Диаграмма управляемости

Решить данную проблему позволяет использование АВК с тиристорным выпрямителем в роторной цепи. В этом случае для торможения используется энергия сети. Функциональная схема такой установки приведена на рисунке 4.

Рис. 4. Типовая функциональная схема АВК для сети 6(10) кВ с возможностью торможения

Как видно из рисунка 4, для возможности осуществления тормознго режима асинхронный двигатель должен быть оснащен датчиком положения, обеспечивающим синхронизацию выпрямителя с роторным напряжением.

Кроме возможности осуществлять тормозной режим, данная схема позволяет работать в определенном диапазоне скорости в 3-м квадранте без переключения направления поля. Данная возможность может быть полезна при выполнении так называемых «посадочных» операций в установках шахтного подъема, так как исключается необходимость переключать высоковольтный реверсор для точного позиционирования клети.

Для проверки режимов функционирования и управляемости асинхронно-вентельного каскада НПП «РУМИКОНТ» совместно с ЧАО «Донецкая инжиниринговая группа» был изготовлен преобразователь КВИП-800/1050-2-6-50-1100-1-3-П-003-УХЛ4.

Данное исполнение КВИП состоит из трех частей:

• шкаф силовой (ШС);
• шкаф с реактором (ШР);
• шкаф управления (ШУ).

Внешний вид силового шкафа и шкафа управления представлен на рисунке 5. Силовой блок показан на рисунке 6.

Рис. 5. КВИП шкаф силовой, шкаф управления

Рис. 6. КВИП силовой блок

Были проведены испытания на функционирование, подтвердившие управляемость электропривода во всех четырех квадрантах. При испытаниях использовался асинхронный двигатель с фазным ротором мощностью 250 кВт (660 В, 250 А).

Конструкция

Конструктивно КВИП выполнен в виде металлических шкафов. Обслуживание шкафов одностороннее. Компоновка свободная.

Охлаждение силового шкафа – воздушное принудительное от встроенных вентиляторов (включение вентиляторов при нагреве силового блока до температуры выше критической). В силовом шкафу для отвода тепла от полупроводниковых приборов используются охладители на основе тепловых труб.

Ввод кабелей в силовой шкаф производится через днище шкафа.

На дверях шкафов установлены стрелочные измерительные приборы. Световая индикация положения силовых коммутационных аппаратов, кнопки местного управления силовыми коммутационными аппаратами, ключ выбора режима управления силовыми коммутационными аппаратами «Местное — Дистанционное» и пультовый терминал.

Силовые цепи

Шкаф силовой состоит из выпрямителя, инвертора и вакуумных трехфазных контакторов. Кроме того, в состав силового шкафа входят измерительные шунты и цепи защиты от перенапряжений.

Тиристорный выпрямитель предназначен для выпрямления переменного тока ротора в постоянный при разгоне асинхронного двигателя и инвертирования ЭДС сети через ротор асинхронного двигателя при торможении. Переменный ток ротора имеет изменяющуюся амплитуду и частоту.

Тиристорный инвертор осуществляет инвертирование (рекуперацию) энергии скольжения ротора в сеть при разгоне асинхронного двигателя и стабилизации скорости вращения и работает в режиме выпрямителя при формировании ЭДС для режима торможения асинхронного двигателя.

Для защиты тиристоров от перегрузки и сверхтоков при аварийных режимах служат предохранители, включенные в фазные цепи ротора и инвертора. Конструктивно предохранители расположены в нижней части силового шкафа в доступном для их замены месте. Контроль состояния предохранителей осуществляется автоматически системой управления.

В цепи выпрямленного тока АВК для сглаживания пульсаций и обеспечения непрерывности тока последовательно включены два сглаживающих дросселя типа CРОС (L=2 мГн, Idн =600 А).

Система датчиков

В КВИП применены следующие датчики параметров:

• контроль выпрямленного тока осуществляется при помощи модуля датчика тока L0501. В качестве первичного измерителя используется шунт 1000А/75 мВ;
• контроль выпрямленного напряжения осуществляется модулем датчика напряжения S0502. Сигнал на вход датчика поступает с резистивного делителя L0002;
• контроль наличия (уровня) сетевого напряжения на входе инвертора осуществляется модулем L2903;
• контроль режима работы выпрямителя (обнаружение вышедших из строя тиристоров, выявление режима опрокидывания) осуществляется за счет алгоритмической обработки сигналов, снимаемых с датчиков тока L0501, получающих сигналы от шунтов 1000А/75 мВ, установленных в фазах «А» и «В» роторной цепи;
• выявление режима опрокидывания инвертора и выпрямителя в режиме инвертора осуществляется путем алгоритмической обработки сигналов, снимаемых с датчиков запирания мостов (ДЗМ);
• синхронизация с питающей сетью осуществляется модулем синхронизации L2903 (установлен в шкафу управления);
• синхронизация с напряжением роторной цепи осуществляется путем обработки сигнала с энкодера (угол поворота);
• контроль температуры тиристоров (корпусов) осуществляется при помощи датчиков, расположенных непосредственно в силовом блоке. Информация о температуре тиристора передается в управляющий контроллер через формирователь импульсов соответствующего тиристора.
• датчик наличия дуги расположен в силовом шкафу.

Система управления КВИП

Система управления, реализованная на базе промышленного контроллера MIK-08. Программное обеспечение контроллера создано с помощью среды разработки встраиваемых приложений EAT-Eсlipse.

Рис. 7. Фрагмент проекта системы управления КВИП в среде EAT-Eсlipse

Функций системы управления:

• прием сигнала управления основным параметром и коммутационными устройствами (оперативное управление) от системы управления верхнего уровня;
• формирование и выдача сигналов состояния коммутационных аппаратов, состояния (готовности устройств КВИП к работе) в систему управления верхнего уровня;
• управление тиристорными мостами (выпрямителем и инвертором);
• регулирование параметров: скорости, тока ротора;
• выявление аварийных режимов и формирование сигналов отключения вакуумных выключателей;
• диагностика состояния и управление сигнализацией состояния устройств КВИП и режимов работы;
• организация связи (обмена информацией) между контроллером системы управления и пультовым терминалом;
• организация мониторинга и обеспечение режимов настройки при помощи пультового терминала;
• взаимодействие с средствами управления технологическими процессами верхнего уровня.

В состав управляющего контроллера входят: собственно промышленный контроллер MIK-08, преобразователь напряжения питания 24В/5В с гальванической развязкой, узлы согласования и гальванической развязки входных и выходных дискретных сигналов, узлы нормализации и гальванической развязки входных и выходных аналоговых сигналов, узлы гальванической развязки коммуникационных интерфейсов RS-485. Конструктивно управляющий контроллер с модулем питания Н0701 (220В/24В) и пультовым терминалом Т0601 расположены в шкафу управления.

Устройства согласования (промежуточные реле, гальваническая развязка импульсов управления) расположены в шкафу управления. Формирователи импульсов L2901 расположены в силовом блоке, находящемся в силовом шкафу.

Система защиты

Система защиты служит для выявления аварийных внештатных ситуаций, происходящих в КВИП и устранения угрозы развития аварийных токов и напряжений, способных повредить электрическую машину, силовое оборудование шкафа или причинить увечья обслуживающему персоналу. По средствам выявления и ликвидации аварийных ситуаций система защиты разделена на программную и аппаратную часть. К аппаратным средствам защиты относятся устройства, работа которых не cвязана с управляющим контроллером. Срабатывание таких устройств происходит автоматически, в результате превышения измеряемой величины внутренней аналоговой уставки.

К аппаратным устройствам относятся:

• Быстродействующие предохранители силового шкафа;
• Герконовые датчики тока;
• Предохранители, установленные в цепях блоков защит от перенапряжений;
• Реле контроля напряжения собственных нужд шкафа управления КВИП;
• Датчики электрической дуги BL1, установленные в силовом шкафу. Работа датчика дуги основана на принципе улавливания световой энергии дуги. В качестве светочувствительного датчика используется фототиристор типа ТФ-132-25, который включает исполнительное реле. Реле воздействует на отключение высоковольтных выключателей;
• Внешние аварийные и предупредительные сигналы механизмов, входящих в состав шахтной подъемной установки.

Программные средства включают в себя:

• измерения аналоговых сигналов и фиксация превышения данными сигналами «уставки» (порога) срабатывания, задаваемых в контроллере;
• логическую обработку внешних и внутренних сигналов, контролирующих анормальную работу, а также логическое формирования аварийных сигналов на основе собранной информации.

Виды аварийных ситуаций, выделяемы программно или программно-аппаратно:

• Снижение входного напряжения питающей сети 6 кВ — по датчику напряжения через трансформатор напряжения 6000/100 В;
• Наличие синхронизирующего импульса (определяется программно);
• Сбой коммутации вентилей — по датчикам состояния вентилей моста инвертора силового шкафа и пробой диодов по датчикам состояния вентилей выпрямительного моста силового шкафа;
• Превышения выпрямленным током заданной уставки — определяется по датчику выпрямленного тока силового шкафа;
• Превышения выпрямленным напряжением заданной уставки — определяется по датчику выпрямленного напряжения силового шкафа;
• Превышение абсолютной температуры вентилей заданных уставок (1 и 2 ступени) – определяется по датчикам температуры, установленных в охладителях катодов вентилей силового шкафа с дальнейшей обработкой в модулях формирования импульсов и передачей в контроллер по интерфейсу RS-485;
• Превышение среднеквадратичного значения выпрямленного тока сверх номинального значения (определяется программно).

Подробные технические характеристики серии изделий КВИП