Совершенствование полупроводниковых преобразователей в системах автоматизированного электропривода

Обновлено: 28.04.2024

При работе данного устройства все действия по регулированию каких-либо координат выполняются в ручном режиме. То есть для работы данного типа устройств необходим оператор, человек который будет следить за правильностью выполнения процессов. Как пример можно привести крановый электропривод, где все действия выполняются оператором.

Автоматизированный электропривод

В отличии от не автоматизированных приводов, в автоматизированных присутствуют сигналы обратной связи по координатам или параметрам (ток двигателя, скорость, положение, момент). Ниже приведена структурная схема:

Структурная схема автоматизированного электропривода

При такой структуре управления СУ ПЭЭ управляет не только преобразователем, но и всей системой сразу. При таком управлении датчики обратной связи обеспечивают контроль за параметрами и сигнализируют об этом оператору. Данная система в автоматическом режиме может проводить некоторые операции (пуск, останов и пр.), но все равно требуется присутствие человека, для контроля, за работой данного устройства. Например, пуск много конвейерной линии, где пускаются не все конвейеры сразу, а по очереди, где учитывается также время пуска каждой линии и условия пуска. Точно также они и останавливаются.

Как видим из структурной схемы сигналы обратной связи приходят на пульт оператора, который непосредственно соблюдает технологический процесс, и часть приходит в систему управления преобразующим устройством для осуществления основных защит и отработки некоторых изменений задающего сигнала, поступающего с пульта управления.

Автоматический электропривод

Для работы электропривода в автоматическом режиме не требуется присутствие человека. В данном случае все происходит автоматически. Ниже приведена структурная схема:

Структурная схема системы автоматического управления электроприводом

Как видим из структурной схемы что в АСУ ТП приходят все датчики обратной связи. В ней происходит обработка сигналов от датчиков, и выдаются управляющие сигналы для других подсистем. Данная структура управления очень удобна, так как не требует постоянного наблюдения оператора за технологическим процессом, и снижает влияние человеческого фактора. Например модернизированные шахтные подъемные машины, которые могут работать в автоматическом режиме ориентируясь по датчикам обратной связи

В современном мире активно внедряются АСУ ТП не только для электроприводов. Очень редко встречаются системы с ручным управлением технологическими процессами все они либо автоматизированные, либо на этих линиях полностью внедрены АСУ ТП.

Жизнь не стоит на месте. Производственные технологии стремительно развиваются. И мы должны четко сознавать, что краеугольным камнем в этих процессах является автоматизированный электропривод.

Развитие народного хозяйства, требования научно-технической революции диктуют направления совершенствования промышленной электроэнергетики: создание экономичных надежных систем электроснабжения промышленных предприятий, автоматизированных систем управления электроприводами и технологическими процессами.

Все это ставит большие задачи перед работниками проектных, монтажных и наладочных организаций, работающих в области электрификации промышленности.

Серия справочников «Электроустановки промышленных предприятий» позволит использовать практические рекомендации и указания, подготовленные большим коллективом специалистов электротехнических, научно-исследовательских и проектных институтов, монтажных трестов и наладочных управлений Главэлектромонтажа Министерства монтажных и специальных строительных работ СССР, обобщивших теоретические исследования, передовой опыт ведущих в области промышленной энергетики организаций, достижения отечественной и зарубежной науки и техники.

Третье издание серии справочников «Электроустановки промышленных предприятий», переработанное и дополненное, включает: «Справочник по проектированию электроснабжения», «Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования», «Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами», «Справочник по монтажу электроустановок промышленных предприятий» в двух шагах, «Справочник по наладке электрооборудования промышленных предприятий».

В третье издание справочников по проектированию, внесены значительные изменения и дополнения, вызванные заметными изменениями технологии промышленных производств, предъявившими повышенные требования к электрооборудованию, надежности электроснабжения и быстродействию управления технологическими процессами. Со времени второго издания появились более рациональные технические решения, новые типы электрооборудования и аппаратуры; разработаны более совершенные методы электрических расчетов, произошел значительный пересмотр основных нормативных и руководящих документов (ПУЭ, СНиП, ГОСТ), стандартизированы многие терминологические определения и условные обозначения.

Москаленко В.В. Электрический привод

Введение

Электрический привод (ЭП) 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 ЭП состоит в обеспечении движения исполнительных органов рабочих машин и механизмов и управлении этим движением. Другими словами, ЭП, являясь энергетической основой реализации технологических и производственных процессов, во многом определяет их качество, энергетические и технико-экономические показатели.

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. Постоянно появляются и новые типы электрических машин и аппаратов, датчиков координат переменных других компонент, применяемых в ЭП.

Расширение и усложнение выполняемых ЭП функций, использование в них новых элементов и устройств, все более широкое включение ЭП в системы автоматизации технологических процессов требуют высокого уровня подготовки специалистов, занимающихся их проектированием, монтажом, наладкой и эксплуатацией. Они должны хорошо разбираться в основных физических процессах, протекающих в ЭП, знать назначение, устройство, принцип действия, свойства и характеристики их компонент, разбираться в схемах управления ЭП и уметь выбирать их элементы, а также определять технико-экономические показатели работы ЭП.

Книга написала в соответствии с примерной программой дисциплины «Электрический привод», изучение которой предусмотрено учебным планом специальностей 1801 «Электрические машины и аппараты», 1802 «Электроизоляционная, кабельная и конденсаторная техника» и 1806 «Техническая эксплуатация, обслуживание и ремонт электрического и электромеханического оборудования» среднего профессионального образования. В ней рассмотрены вопросы механики ЭП и общие принципы их построения, схемы, характеристики, регулировочные свойства ЭП с двигателями постоянного и переменного тока, способы пуска и торможения двигателей, выбора и проверки их по нагреву, методы расчета основных энергетических показателей работы, а также основные элементы разомкнутых и замкнутых схем управления ЭП, их типовые узлы и примеры выполнения.

Высоковольтные тиристорные преобразователи напряжения для плавного пуска мощных электроприводов

Плавный пуск осуществляется формированием электромагнитного момента, развиваемого двигателем переменного тока, посредством изменения напряжения и тока в обмотке статора двигателя. Регулирование тока достигается за счет управления основным потоком электрической энергии, которая поступает от источника питания силовых цепей к электродвигателю через мощные высоковольтные тиристор-ные ключи. Микропроцессорная система автоматического регулирования реализует специальный алгоритм управления преобразователем, по которому обеспечивается ограничение на заданном уровне динамического электромагнитного момента при разгоне электропривода.

существенно уменьшается пусковой ток двигателя, его величина ограничивается на уровне 1-3 номинальных токов статора двигателя;
значительно снижаются динамические перегрузки в кинематических звеньях механических передач: муфте, редукторе и пр.;
уменьшаются электромагнитные усилия в обмотках статора двигателя, и как следствие — повышается срок службы статора за счет снижения дрожания торцовых витков и разрушения изоляции обмотки;
условия эксплуатации сопутствующего электротехнического оборудования: коммутационных аппаратов, трансформатора, кабельных линий и т.д.;
уменьшаются при пуске двигателей посадки напряжения в сети;
в целом применение плавного пуска приводит к повышению надежности и увеличению срока службы технологического оборудования.

Предприятием серийно выпускаются высоковольтные преобразователи типа ПАД-В (ПСД-В) для плавного пуска синхронных и асинхронных электроприводов на напряжение 3, 6, 10 кВ. Система датчиков, диагностики и управления преобразователей реализована на современной широкодоступной микроэлектронной базе с применением однокристальных микроконтроллеров и оптоволоконной техники. Помимо регулирования мощности, преобразователи обладают рядом дополнительных возможностей.

В современном мире регулярно внедряют различные АСУ ТП. Специалисты внедряют их не только для электроприводов. Системы с ручным управлением на сегодняшний день встречаются крайне редко. Большинство из них является автоматизированными или полностью автоматическими.

Как видите, жизнь никогда не стоит на месте и производственные технологии стремительно развиваются. Каждый человек должен четко осознавать, что краеугольным камнем в подобных процессах является автоматизированный электропривод. Перспективы развития автоматизированного электропривода внушительны и по данным многих специалистов его популярность будет постоянно увеличиваться.

Совершенствование автоматизированных электроприводов с бесконтактными двигателями : отчет о НИР (заключительный) : 06-272 / Белорусский национальный технический университет; рук. Фираго Б.И., соисполн. Гульков Г.И. [и др.]. - Минск, 2010. - 248 с. - Библиогр.: с. 241-248.

Аннотация

Объектом исследования является автоматизированный электропривод на основе асинхронного двигателя и синхронного двигателя с постоянными магнитами. Цель работы провести теоретические и экспериментальные исследования электропривода на основе бесконтактного двигателя. В процессе работы выявлены рациональные структурные схемы силовых полупроводниковых преобразователей для бесконтактного электропривода. Разработаны математические модели различных систем бесконтактного электропривода на основе асинхронного и синхронного двигателей. Проведено имитационное моделирование различных систем бесконтактного электропривода. Разработаны рекомендации по применению бесконтактного электропривода для автономных транспортных и промышленных установок.

Силовые полупроводниковые приборы и преобразователи на их основе развиваются в следующих приоритетных направлениях:

улучшение характеристик силовых полупроводниковых приборов;

расширение применения "интеллектуальных'' силовых модулей;

оптимизация схемотехники и параметров преобразователей, позволяющая обеспечить требуемые технические характеристики и экономические показатели электроприводов;

совершенствование алгоритмов прямого цифрового управления преобразователями.

Преобразователи электроэнергии выполняются в настоящее время на базе полупроводниковых силовых элементов в виде управляемых выпрямителей, автономных инверторов напряжения и тока, инверторов, ведомых сетью, и преобразователей частоты с непосредственной связью с сетью.

Виды применяемых преобразователей и фильтрокомпеисирующих устройств определяются типом электродвигателя, задачами управления, мощностью, требуемым диапазоном регулирования координат, необходимостью рекуперации энергии в сеть, влиянием преобразователей на питающую сеть.

Схемотехнические решения преобразователей остаются традиционными в электроприводах постоянного и переменного тока. Учитывая возрастание требований к энергетическим характеристикам электроприводов и необходимостью снижения их отрицательного влияния на питающую сеть, получают развитие преобразователи, обеспечивающие экономичные способы управления технологическим оборудованием.

Изменения силовых схем полупроводниковых преобразователей главным образом связаны с появлением и широким распространением новых приборов - мощных полевых транзисторов (MOSFET), биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), запираемых тиристоров (GTO).

В настоящее время можно выделить следующие направления развития статических преобразователей:

расширение границ применения полностью управляемых полупроводниковых приборов (транзисторов - до 2 МВт, тиристоров - до 10 МВт);

применение блочных принципов построения преобразователей на основе унифицированных силоных гибридных модулей, выполняемых на базе транзисторов и тиристоров;

возможность выполнения преобразователей постоянного и переменного тока и их комбинаций на единой конструктивной основе.

В электроприводах постоянного тока кроме управляемых выпрямителей для получения высокого быстродействия находят применение системы с неуправляемыми выпрямителями и широтно-импульсными преобразователями. В этом случае можно обходиться без фильтрокомпенсирующего устройства.

Преобразователи, используемые для управления вентильными электродвигателями содержат управляемый выпрямитель и автономный инвертор, управляемый сигналами, поступающими от датчика положения ротора.

В системах частотного управления асинхронными двигателями преимущественное применение получили инверторы напряжения. В этом случае при отсутствии рекуперации энергии в сеть можно применять неуправляемый выпрямитель, что приводит к наиболее простой схеме преобразователя. Возможность применения полностью управляемых приборов и ШИМ делает эту схему широко используемой в большом диапазоне мощностей.

Преобразователи с инверторами тока, считавшиеся до недавнего времени наиболее простыми и удобными для управления электродвигателями, имеют в настоящее время ограниченное применение по сравнению с другими видами преобразователей.

Преобразователи частоты, содержащие неуправляемый выпрямитель и ведомый сетью инвертор и составляющие основу асинхронно-вентильного каскада, находят применение в приводах большой мощности при ограниченном диапазоне регулирования скорости.

Определенную перспективу имеют мощные преобразователи частоты с непосредственной связью с сетью в машинах двойного питания и при управлении низкоскоростными асинхронными или синхронными двигателями.

Современные полупроводниковые преобразователи, используемые в системах автоматизированного электропривода охватывают диапазон мощностей от сотен ватт до нескольких десятков мегаватт.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Читайте также: