Размер 2М-5-21 Электропривод трехкоординатный асинхронный
Устройство и принцип работы

Сведения о производителе электропривода Размер 2М-5-21

Разработчик электропривода - Новосибирский научно-исследовательский институт комплектного электропривода (НИИКЭ)), создан в 1971 году, а/я М-5774, принадлежность МЭТП, Новосибирск, ул. Коммунистическая, д. 6, Новосибирск, Советская улица, 37, ликвидирован с 08.06.2020 года)

Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт комплектного электропривода для особо сложных, тяжелых и уникальных металлообрабатывающих станков.

Продукция: электрические машины, тиристорные преобразователи, стойки и системы ЧПУ для металлорежущих станков; устройства передвижной аэродромной техники.

Электроприводы переменного тока - Размер 2М-5-21 ИДАФ.655174.002, 1984 год, Размер 2М-5-21/11 ИДАФ.654523.006 - в настоящее время сняты с производства

Электропривод трехкоординатный асинхронный Размер 2М-5-21. Назначение область применения

Размер 2М-5-21 ИДАФ.655174.002 - это первый трехкоординатный асинхронный глубокорегулируемый комплектный электропривод с частотно-токовым регулированием для металлорежущих станков, серийно выпускавшийся с начала 80- х годов в СССР (г. Новосибирск).

Наибольшее применение Размер 2М-5-21 нашел на токарных станках с ЧПУ производства Московского завода «Красный Пролетарий» на станках 16К20Ф3 С19, 16К20Ф3 С32, 16А20Ф3 С39, всего было выпущено около 20 тысяч комплектов.

Привод Размер 2М-5-21 разработан в 70-х годах с применением впервые нового метода построения САР частотных электроприводов, получившим название векторного, на элементной базе того времени и естественно имеет ряд «слабых» мест. Наиболее «слабым» из них в эксплуатационном отношении является транзисторный инвертор, его силовая часть. Транзисторные переключатели тока (силовые ключи КС12) - это узлы, которые наиболее часто выходят из строя, и восстанавливать их с каждым годом становится все труднее. Отечественных транзисторов, которые есть на рынке, надо как правило перебрать сотню, чтобы подобрать комплект по параметрам, а из имгортных, вообще, не удается подобрать комплекта. Поэтому, с появлением на рынке нового поколения высоконадежных силовых элементов, в частности, интеллектуальных 13ВТ модулей, стала возможна переработка транзисторного инвертора, что является первым шагом в модернизации электропривода «Размер2М-5-21», повышающим его надежность уже на первом этапе на порядок.

Технические данные электропривода Размер 2М-5-21

Электропривод асинхронный глубокорегулируемый комплектный "Размер 2M-5-21" ИДАФ.655174.002 (в дальнейшем именуемый электропривод) предназначен для работы в системах автоматического регулирования частоты вращения электродвигателей двух механизмов подачи и электродвигателя шпинделя токарных станков с ЧПУ.

Условия, при которых обеспечивается нормальный режим работы электропривода:

• Диапазон рабочих температур 274... 308 К (1... 35°С);
• Верхнее значение влажности воздуха 80 % при 298 К (25°C);
• Рабочее значение атмосферного давления - от 86, 6 до 106, 7 кПа (650...800 мм рт. ст. );
• Вибрация в диапазоне частот I - 35 Гц - с амплитудой 0,1 мм.

Питание электропривода производится от трехфазной промышленной сети переменного тока с напряжением 380 В частотой 50 Гц. Сеть должна обеспечивать возможность заземления электрооборудования.

Электропривод сохраняет работоспособность при:

• отклонениях напряжения питающей сети от номинального значения от +10 до -15 %
• отклонениях частоты питающей сети от 1 до -1 % от номинального значения.

Мощность, потребляемая электроприводом, не более 20 кВА.

Электроприводы подачи

Электропривод обеспечивает работу в четырех квадрантах.

Управляющее постоянное напряжение меняется от -10 до +10 В. Амплитуда пульсаций не более 2 %.

Входное сопротивление для управляющего напряжения не менее 2 кОм.

Уровень логической "1" импульсных сигналов от 9 до 13 В, логического "0" - от 0 до 1,5 В при сопротивлении нагрузки приемника сигнала 820 Ом.

Информация о положении вала двигателя представлена прямыми и инверсными импульсными сигналами: основными sin и -sin, смещенными соs и -соs и сигналами нуль-метки НМ и -НМ.

Две серии импульсных сигналов Sin и Cos с фазовым сдвигом (90 ±10)° эл. градусов несут информацию о величине и направлении перемещения. За один оборот вала двигателя выдается 2000 или 1000 импульсов в зависимости от исполнения привода. Сигнал нуль-метки НМ выдается два раза за один оборот вала двигателя и используется в УЧПУ для формирования меток начала отсчета.

1. 2000 при дискретности Δ = 1,25δ или 1000 при -Δ = 2,5δ для сигналов sin, -sin, cos, -cos, где δ= 0,0001 оборота вала двигателя;
2. 2- для сигналов НМ и НМ.
3. Скважность сигналов sin, -sin, соs, -соs равна 2 ±0,1, сигнала НМ - 500 ±100.
4. Точность измерения углового положения вала двигателя находится в интервале от 10δ... -10δ.

Максимальная частота вращения 1000 или 1500 об/мин в зависимости от типоразмера привода.

Типоразмеры привода охватывают ряд номинальных моментов двигателей от 7 до 70 Нм.

Электропривод обеспечивает стабильность точностных характеристик при изменении нагрузки, изменении направления вращения двигателя, изменении температуры окружающей среды.

У замкнутого по положению электропривода:

1) Амплитуда колебаний вала двигателя на нулевой частоте вращения при постоянном моменте нагрузки, соответствующем 0,4 Мdo, не более ±4;

2) Угол отклонения вала двигателя при набросе или сбросе момента нагрузки, соответствующего 0,4 Мdo, не превышает 20δ ±2δ;

3) Диапазон регулирования частоты вращения - от 0 до nmax;

4) Минимальный коэффициент усиления (добротность регулируемого по частоте вращения привода) 30 об/мин при частоте квантования в контуре положения УЧПУ не менее 100 Гц;

5) Электропривод обеспечивает продолжительный режим работы с нагрузкой 0,9 Мdо;

6) Характеристики длительного, кратковременного и повторно-кратковременного режимов работы двигателей приведены на рис. 2-4.

Шаг сочленяемого с двигателем шарикового ходового винта станка должен быть 5 или 10 мм. Сочленение должно быть безлюфтовым.

Электропривод главного движения

Электропривод обеспечивает работу в четырех квадрантах.

Применяемые электродвигатели - 4АБ2П132М4

Номинальный момент - 72 (Н·м)

Диапазон регулирования частоты вращения электродвигателя от 45 до 4500 об/мин.

Мощность при номинальной частоте 1500 об/мин не менее 11 кВт.

Управляющее постоянное напряжение меняется от минус 10 до 10 В. Амплитуда пульсаций не более 2 %.

Входное сопротивление для управляющего напряжения 4,74 кОм.

Время восстановления номинальной частоты вращения при ступенчатом приложении нагрузки от холостого хода до 8,25 кВт не более I с.

В системе автоматического регулирования частоты вращения длительный момент и мощность составляют 75 % допустимого значения.

Полоса пропускания замкнутого по скорости электропривода при частоте вращения 1000 об/мин при отсутствии дополнительного момента инерции не менее 20 Гц.

Встроенная информационная электроника обеспечивает выдачу следующих сигналов:

1. контактного сигнала индикации нулевой частоты вращения Vo1 и Vo2;
2. контактного сигнала достижения заданной частоты вращения Vз1 и Vз2;
3. контактного сигнала "Момент ограничен" Mo1 и Мо2;
4. контактных сигналов "Главный привод включен" ГПB1, ГПВ2, "Приводы подач включены" ППВ1, ППВ2.

При нагрузке, превышающей максимальный момент М мах для приводов подачи или номинальный момент МН - для главного привода, электропривод отключается за время не более 1, 0 с.

При отключении питающей сети электроприводы тормозятся с максимальным темпом до полной остановки двигателей.

Электропривод имеет систему контроля перегрева электродвигателей.

Состав электропривода Размер 2М-5-21

Платы Размер 2М-5-21: ЗТ4, РТ8, РС14, РТ9, ФИ12, ИС4, АГ5, АП5, КТ7.

Платы РАЗМЕР 2М5-21/11: УТ6, РГП1, ИС15, ДОС2, АГП1, ИСП7, РПП1, КТН3.

Ключи силовые: КС-12, КС-18

Блок питания: ИП-91

Электропривод состоит из следующих функциональных групп:

1. Звено постоянного тока;
• выпрямитель силовой ВС5
• блок защиты Б32
• блок конденсаторов БК41
2. Транзисторные инверторы;
• ключ силовой КС12
• ключ разрядный КР9
• блок контроля токов КТ7
• блоки монтажные БМ9, БМ10
3. Схема управления инверторами приводов подачи;
• регулятор скорости РСЗ
• регулятор тока РТ8
• блок автоматики и питания датчиков АП5
4. Схема управления инвертором привода шпинделя;
• задатчик токов ЗТ4
• регулятор тока РТ9
• измеритель скорости ИС4
• блок автоматики главного привода АГ5
5. Блок сопряжения с УЧПУ;
• блок преобразования фазы в импульсы ФИ11
6. Источник питания ИП36;
7. Машины асинхронные МА5, МА6 и блок трансформаторов БТ12 для питания вентиляторов электродвигателей;;
8. Щиток приборный ЩП1 с приборами индикации абсолютного значения частоты вращения двигателя шпинделя, относительных значений моментов нагрузки двигателей шпинделя и подач, сигналов индикации внутреннего состояния электропривода;
9. Три асинхронные машины (электродвигателя) со встроенными датчиками положения, температуры и вентиляторами;
10. Диагностические устройства сигнатурного контроля.

Конструкция электропривода предусматривает размещение блоков, указанных в перечислении 1..6 в шкафу электропреобразователей ЭП5 ГПНИ.656357.002 (в дальнейшем именуемом шкаф)

Машины асинхронные МА5 и МА6 (в дальнейшем именуемые двигатели подачи и двигатель шпинделя соответственно) устанавливаются на станке и сочленяются с механизмами подачи и механизмом вращения шпинделя соответственно/ щиток приборный ЩП1 /в дальнейшем именуемый щиток/ и блок БТ12 устанавливаются на станке.

Расположение конструктивных единиц

Расположение блоков внутри шкафа ЭП5 представлено на рис. 1

Размещение блоков в шкафу электропривода подачи Размер 2М-5-21

На внутренней стороне двери шкафа помещены таблички, указывающие расположение блоков в шкафу, а на лицевой стороне кассеты обозначены места установки блоков управления.

Блоки КС12, КР9, ВС5 и ИП36 конструктивно выполнены в виде съемных модулей с радиаторами, они устанавливаются в ячейке вентиляционного канала для эффективного отвода тепла с элементов.

Буквы А, В, С и цифры 1, 2, указанные перед шифром блоков КС12, означают последовательность включения данного блока в схеме инвертора

Подсоединение к шкафу составных частей электропривода, а также внешних устройств управления осуществляется посредством штепсельных разъемов, установленных на боковой стенке шкафа

Схема подключения электропривода к автоматике станка

Обозначение электропривода Размер 2М-5-21

Размер 2М-5-21-00- 0

• Размер 2М- - Шифр изделия;
• -5- - Порядковый номер разработки;
• -2 - Количество приводов подач;
• 1- - Количество приводов главного движения;
• -00- - Порядковый номер модификации;
• -0 - Наличие 1, отсутствие 0 диагностического устройства (сигнатурного анализатора СА7).

Типоразмеры и основные параметры электроприводов подачи. Таблица 1

Наименование параметра	7..17 (Н·м)	23 (Н·м)	35 (Н·м)	47..70 (Н·м)
Тип электродвигателя	4АХ90L4	4АХ100L4	4А112М4	4А132М4
Момент иннерции ротора двигателя (кг·м²·10-2)	0,56	1,12	1,75	4,0
Номинальное напряжение двигателя, В	220/380	220/380// 380/660	220/380// 380/660	380/660
Максимальная частота вращения, об/мин	1500 ±10%	1500 ±10%/ 1000 ±10%	1500 ±10%/ 1000 ±10%	1000 ±10%

Устройство и работа электропривода Размер 2М-5-21

Принцип работы электропривода

Электропривод реализован в соответствии с частотно-токовым способом управления. Схема регулятора положения с использованием электропривода подачи приведена на рис. II.

Структурная схема асинхронного электропривода подачи Размер 2М-5-21. Рис.11

Структурная схема асинхронного электропривода подачи Размер 2М-5-21. Смотреть в увеличенном масштабе

• I - формирователь амплитуды и фазы тока статора;
• II - формирователь задания фазных токов;
• III - формирователь частоты скольжения;
• IV - сумматор частот и формирователь импульсных сигналов;
• V - транзисторный инвертор;
• VI - формирователь частоты вращения;
• VII - цифроаналоговый преобразователь;
• VIII - формирователь импульсных сигналов перемещения;
• РТ8 - трехфазный регулятор тока;
• а - код;
• b - сигналы опорных частот

Асинхронный двигатель М с короткозамкнутым ротором снабжен датчиком положения ДП и датчиком температуры ДТ; управление двигателем осуществляется путем задания в его статорные обмотки трехфазной системы токов, создающих в двигателе вращающееся магнитное поле, от взаимодействия которого с током короткозамкнутой обмотки ротора возникает вращающий электромагнитный момент.

Трехфазная система токов формируется транзисторным инвертором с отрицательной обратной связью по выходному току, которая от датчиков тока замыкается через блок регулятора тока РТ8. Его входные сигналы ТзА и ТзВ определяют амплитуду, фазу и частоту фазных токов асинхронного двигателя М и зависят от величины и знака рассогласования между заданной и фактической частотами вращения ротора двигателя, от абсолютного значения частоты вращения и величины напряжения в силовой цепи инвертора от температуры обмоток двигателя.

Преобразователи-формирователи необходимых зависимостей между перечисленными параметрами объединены в блоке регулятора скорости РСЗ. На его входа подаются сигнал задания частоты вращения V, импульсный ωвр и аналоговый АС сигналы фактической частоты вращения, сигналы задания уставки потока (тока возбуждения) Ф1 и Ф2, сигналы опорных (несущих) частот.

Сигналы частот вращения ωвр и АС и импульсные сигналы перемещения Sin, Сos и НМ формируются из выходного сигнала датчика положения - фазовращателя ФВ67-12-0,16 в блоке преобразованияфазы в импульсы ФИ11; сигналы Sin, Сos и НМ могут быть использованы для замыкания контура пути в устройствах числового программного управления УЧПУ, имеющих входы от импульсных датчиков положения.

При анализе процесса регулирования принято трехфазную магнитную систему асинхронного двигателя представлять в виде двухфазной системы, магнитные оси d и q которой взаимно перпендикулярны. Ток статора представляют как вектор, проекция которого на ось d - ток намагничивания, а на ось q - приведенное значение тока ротора (активный ток).

Согласно частотно-токовому способу для управления моментом, развиваемым асинхронным двигателем, необходимо следующее:

1) сформировать задание тока намагничивания (возбуждения) и пропорциональную ему составляющую тока статора;

2) сформировать задание тока ротора Uq и пропорциональную ему составляющую тока статора;

3) сформировать составляющую частоты токов статора, равную частоте скольжения и определяемую величиной:

Uq/Ud · [I + α(t - to)]

где: α - температурный коэффициент удельного сопротивления обмотки ротора;

t - температура обмотки электродвигателя;

tо - уставка, равная 20°C;

4) сформировать сигнал задания тока статора Тзс, амплитуда которого равна

Амплитуда тока статора

где: К1 и К2 - коэффициенты пропорциональности;

5) сформировать задание по амплитуде, фазе и частоте фазных токов асинхронного двигателя.

функциональная схема преобразователя, реализующего эти операции, приведена на рис. 12.

• I - температурный корректор;
• II - формирователь частоты скольжения;
• III - импульсно-фазовый преобразователь;
• IV - фазовращатель и частотный преобразователь;
• а - направление вращения ротора;
• b - стробы (несущие частоты для учета частоты скольжения)

Схема формирования сигналов задания фазных токов. Рис.12

Схема формирования сигналов задания фазных токов. Смотреть в увеличенном масштабе

Сигнал Тзс - сумма двух векторов, модули которых пропорциональны сигналам Ud и Uq, а оси взаимно перпендикулярны. Векторное суммирование эквивалентно суммированию с помощью операционного усилителя сигналов синусоидальной формы несущей частоты ω = 2π · 2000 с-1 (sin ωt и cos ωt), амплитуды которых соответственно пропорциональны Ud и Uq, а фаза φ зависит от их полярности и отношения Uq/Ud.

Частота тока статора равна алгебраическойсумме двух частот, одна из которых пропорциональна частоте вращения ротора pfBp, где р - число пар полюсов асинхронного двигателя, а вторая - частота скольжения fс, которая вводится со знаком плюс, когда двигатель должен развивать движущий момент, и со знаком минус, когда двигатель тормозится. В статике знак, с которым учитывается частота скольжения, определяется знаком возмущающего момента со стороны ротора двигателя и противоположен ему для создания компенсирующего момента.

Частота скольжения в асинхронной машине выполняет функцию разложения фазного тока на составляющие: ток возбуждения (намагничивания) и ток, который трансформируется в роторе и создает вращающий момент. Синхронное регулирование сигналом Uq частоты скольжения и составляющей фазного тока, пропорциональной току ротора, обеспечивает разложение фазного тока на составляющие, заданные сигналами Ud и Uq.

При изменении температуры обмотки ротора частота скольжения должна пропорционально изменяться.

В режимах работы с ослаблением потока (уменьшением тока возбуждения) частота скольжения должна зависеть от отношения сигналов Uq/Ud момент при этом будет изменяться пропорционально Ud.

Из схемотехнических требований частота токов статора Pfbp ±fс алгебраически суммируется с несущей частотой f, знак определяется направлениемвращения ротора. Кроме того, импульсные сигналычастоты f ±(Pfbp ±fc) сдвигаются по фазе на 2π/3 для того чтобы перейти к трехфазной системе, вкоторой осуществляется задание фазных токов двигателя.

Формирователь частоты скольжения ФЧС, представляющий собой время-импульсное делительное устройство, в котором Uq - делимое, а сигнал опорного напряжения Uо = (K4 · Ud)/ (I + α(t -to)) - делитель,

Cигнал опорного напряжения

позволяет получить сигнал Ks · fc, информационнымпараметром которого является величина отклоненияот 0,5 отношения длительности импульса к периоду. Используя этот сигнал и сигналы стробов (несущих частот), в импульсно-фазовом преобразователе выделяется частота скольжения fc.

В области частот вращения, близких к 1500 об/мин для двигателей на напряжение 220/380 В и близких к 860 об/мин для двигателей на напряжение 380/660 В, амплитудное значение линейного напряжения на двигателе, включенном в звезду, становится близким к напряжению звена постоянного тока, поэтому регулирование в области больших частот вращения должно сопровождаться пропорцио-нальным снижением потока. Необходимость в снижении потока возникает также при снижениях напряжения в сети переменного тока.

Электропривод главного движения реализуется на базе асинхронного двигателя 4АБ2П132М4, управление которым осуществляется также в соответствии с частотно-токовым способом. Для получения мощности 11 кВт фазные обмотки двигателя запитываются от индивидуальных однофазных мостовых инверторов.

В цепь сигнала задания частоты вращения введен задатчик интенсивности, который совместно с ПИ-регулятором выполнен в блоке автоматики главного привода АГ5, сигналы задания величины и частоты фазных токов формируются в блоке задатчика токов ЗТ4. Импульсный ωвр и аналоговый АС сигналы фактической частоты вращения формируются в блоке измерителя скорости ИС4.

При напряжении 380 В в питающей сети в диапазоне частот вращения от 0 до 1500 об/мин регулирование электропривода ведется при постоянстве вращающего момента, а в диапазоне 1500.. 4500 об/мин - примерно с постоянной мощностью.

Силовая цепь электропривода

Источник постоянного напряжения (звено постоянного тока) (рис. 13) состоит из блока силового выпрямителя ВС5, LC - фильтра (дроссели L1... L6, конденсаторы C3... C116 в блоке конденсаторов БK41); к сети переменного тока источник подключается через пускатель К3 типа ПМЛ.

Схема источника постоянного напряжения. Рис.13

Схема источника постоянного напряжения. Смотреть в увеличенном масштабе

Выпрямитель на диодах V1... V6 для вторичного источника питания ИП36 подключается к сети переменного тока (разъему СЕТЬ шкафа) через предохранители F1... F3 блока защиты Б32. Такое включение обеспечивает начальный контроль работоспособности блоков управления без подключения силовой цепи инверторов, а также возможность отключения инверторов от сети переменного тока.

Для исключения бросков тока при включении пускателя К3 конденсаторы C3... C116 в течение 4-7 с заряжаются через контакты реле K1 и ограничительные резисторы R6... R8, а контакты пускателя К3. 2... К3. 4 замыкаются после отключения реле K1.

Конденсаторы C1, С2 фильтра выпрямителя вторичного источника питания ИП36 и C3... C116 фильтра звена постоянного тока связаны через диоды V7, V8 блока Б32, что позволяет выравнивать напряжение на последовательно соединенных группах конденсаторов с помощью блока ИП36 и обеспечить питание этого блока при снятии напряжения в сети переменного тока за счет энергии звена постоянного тока.

В аварийных режимах, связанных с замыканием выходных цепей инверторов на корпус, цепь тока замыкается через диоды V1... V4 и конденсатор С117 на время до срабатывания защиты по току инвертора

Защита и контроль

В электроприводе предусмотрены следующие виды защиты:

• от перегрузки по току инвертора;
• инвертора от перенапряжений;
• от угонной скорости;
• двигателей от перегрева;
• от превышения вращающего момента;
• от перегрева при исчезновении вентиляции;
• привода и механизмов при отключении напряжения питающей сети.

В электроприводе реализованы следующие виды контроля:

• функционирования датчиков тока;
• источника питания фазовращателя (датчика положения);
• источников вторичного напряжения по уровню напряжений и по допустимому значению токов нагрузки;
• источника питания ключей инвертора.

Сигнализация о срабатывании элементов контроля индивидуальная или групповая и реализована на светодиодах, расположенных на печатных платах блоков или на плате индикации приборного щитка ЩП1 (схема ГПНИ.656514. 001 Э3).

Устройство и работа составных частей

Транзисторный инвертор

Преобразование постоянного напряжения в регулируемую по частоте и амплитуде трехфазную систему токов для питания асинхронного двигателя осуществляется транзисторным инвертором.

Силовая часть инвертора выполнена по мостовой схеме на транзисторных переключателях тока, управление которыми осуществляется замкнутым по току нагрузки регулятором тока. Переключатели тока поочередно подключают вывод обмотки асинхронного двигателя к положительному либо отрицательному полюсу звена постоянного тока. Переключатели тока защищены от импульсных перегрузок и по максимальному значению тока.

Регулятор тока

Функциональная схема регулятора тока приведена на рис. 14. На рисунке сигналы и функциональные группы обозначены символами, принятыми для фазы А; условно примем, что источник звена постоянного тока имеет среднюю точку и индуктивная нагрузка включена между общей точкой токовых прерывателей П1, П2 и средней точкой источника, а сигнал задания тока ТзА равен нулю.

Функциональная схема регулятора тока. Рис.14

Функциональная схема регулятора тока. Смотреть в увеличенном масштабе

Нуль-орган AN1 может находиться только в одном из двух устойчивых состояний, например таком, что замкнут прерыватель П1. Ток 1ф в нагрузке изменяется как показано на диаграммах рис. 15 для интервала трансформатор тока ТТ4 совместно со схемой измерения тока формируют сигнал тока ТА фазы А, среднее значение которого в масштабе 1: 90 соответствует току 1ф, а форма сигнала приведена на диаграмме рис. 15.

Фазовращатель AT1, выполненный в виде фильтра второго порядка, вносит в сигнал ТА некоторое смещение по фазе и подавляет высокочастотные пульсации, а своим выходным сигналом ТА' в момент времени t2 -(перехода синусоиды ТА' через нуль) переключает нуль-орган AN1;далее процессы повторяются.

Приведенный на рис. 14 регулятор тока - это своеобразный автогенератор, частота генерации которого определяется частотой (около 3 кГц), на которой фазовращатель ATI создает фазовый сдвиг в 90 электрических градусов.

Пульсации тока 1ф с частотой генерации ограничены и определяются напряжением на выходе звена постоянного тока и индуктивностью рассеяния обмотки двигателя.

Для входных сигналов ТзА с частотой, низкой по сравнению с частотой генерации, обратная связь в рассмотренном контуре отрицательная, благодаря чему поддерживается пропорциональность между сигналом ТзА и средним значением тока 1ф; пульсирующая составляющая тока 1ф практически постоянна.

Для исключения сквозных токов по плечу моста переключение осуществляется в следующей последовательности: размыкается замкнутый прерыватель - выдержка времени - замыкается разомкнутый прерыватель. Управление прерывателя П1 и П2 с соблюдением указанной последовательности выполняют формирователи сигналов управления KA1, КА2 (KB1, КВ2, KC1, КС2) в блоке регулятора тока. Уровни сигналов KA1, КА2 для управления прерывателями с оптронами на входе указаны на рис. 15.

Прерыватели П1 и П2 шунтированы возвратными диодами V1, V2 для создания цепи для тока через индуктивность при размыкании прерывателя.

Трехфазный регулятор тока привода подачи состоит из двух рассмотренных регуляторов (в фазах А и В) и третьего, отличающегося от них отсутствием трансформатора тока ТТ4, схемы измерения тока и фазовращателя AT1. Регулятор в фазе С управляется инверсным сигналом с выхода нуль-органа AN3, на входе которого сравниваются сигналы суммы ТзА+ТзВ и суммы ТА' +ТВ'(В симметричной трехфазной схеме включения и питания нагрузки без нулевого провода сумма двух фазных токов равна третьему).

Трехфазный регулятор тока главного привода содержит три независимых регулятора тока, силовой элемент которых выполнен по однофазной мостовой схеме.

Датчик тока

Измерение тока в фазе осуществляется с помощью датчика тока, построенного по принципу магнитного компаратора (рис. 16). Магнитное поле, созданное измеряемым током (фазным током двигателя), компенсируется полем тока, протекающего по компенсационной обмотке WKтрансформатора тока ТТ4. При равенстве ампер-витков намагничивания и компенсационных ток в обмотке WK В масштабе 1: 90 пропорционален измеряемому току. Компенсационный ток создает падение напряжения на измерительном резисторе R6 || R2, которое используется как выходной сигнал датчика тока. Величина напряжения на измерительном резисторе пропорциональна измеряемому току, а полярность этого напряжения зависит от направления тока.

Функциональная схема датчика тока. Рис.16

Функциональная схема датчика тока. Смотреть в увеличенном масштабе

Компенсационный ток формируется импульсным усилителем мощности на транзисторах, управление которыми осуществляется по производной от э. д. с. самоиндукции на обмотке WK.

Э. д. с. зависит не только от изменения тока в обмотке, но и от изменения величины индуктивности обмотки и ее производной. Индуктивность максимальна, когда результирующий магнитный поток в сердечнике равен нулю, и минимальна, когда сердечник насыщен. Если при компенсации происходит процесс перехода из одной области насыщения (условно положительных значений индукции) в другую область насыщения, то в средней точке индуктивного делителя, образованного индуктивностями дросселя и компенсационной обмотки, возникают пульсации напряжения, которые выделяются дифференцирующей PC - цепью и вызывают переключения компаратора. Выходной сигнал компаратора через схему управления и импульсный усилитель мощности изменяет направление пульсирующей составляющей компенсирующего тока; следующее переключение произойдет при подходе к области насыщения сердечника, и таким образом в схеме поддерживаются колебания с частотой около 30 кГц. Длительность полупериодов автоматически устанавливается такой, что постоянная составляющая тока в обмотке создает ампер-витки, равные ампер-виткам измеряемого тока.

Если по какой-либо причине суммарные ампервитки намагничивания выводят сердечник далеко в область насыщения, и процесс идет в сторону их возрастания, то он будет продолжаться до тех пор, пока падение напряжения на измерительном резисторе от компенсирующего тока не вызовет пробоя стабилитрона V1, подключенного ко входу компаратора (на рис. 16 не показан). Ток через стабилитрон вызовет переключение компаратора и произойдет смена направления перемагничивания, которое будет продолжаться до равенства ампер-витков намагничивания и компенсационных, то есть до возникновения устойчивых высокочастотных колебаний.

Датчик тока имеет коэффициент передачи от измеряемого тока к выходному сигналу, равный 0,1 В/A в диапазоне токов от 60 А до минус 60 А. При токах, превышающих 60 А, устанавливаются колебания с частотой 1,5 кГц; частота колебаний в этом режиме определяется индуктивностью дросселя, напряжением питания усилителя мощности и напряжением пробоя стабилитрона V1.

Трехфазный регулятор тока привода подачи

На рис. 17 приведена функциональная схема инвертора, силовая часть которого выполнена по трехфазной мостовой схеме, а управление прерывателями осуществляется от трехфазного регулятора тока (блок РТ8).

Функциональная схема трехфазного регулятора тока привода подач. Рис.17

Функциональная схема трехфазного регулятора тока привода подач. Смотреть в увеличенном масштабе

В блоке размещены схемы трех регуляторов и двух датчиков тока. Сигналы задания тока и обратной связи по току фазы С получают суммированием соответствующих сигналов фаз А и В, а результат сравнения при управлении полумостом фазы С инвертируется (в симметричной трехфазной цепи вектор тока третьей фазы равен сумме двух других и имеет противоположное направление).

На диаграммах рис. 18 приведены эпюры мгновенных значений фазных напряжений Ua, Uв, Uс на выходе инвертора, пульсации фазных токов 1фА.

Диаграмма сигналов трехфазного регулятора тока привода подач. Рис.18

Диаграмма сигналов трехфазного регулятора тока привода подач. Смотреть в увеличенном масштабе

1фВ, 1фС, соответствующих им пульсирующих составляющих в сигналах ТА, ТА`, ТВ, ТВ` и промежуточных сигналов управления полумостами ПА, ПВ, ПС на выходе нуль-органов AN1... AN3 (частота сигналов около 3 кГц). Пульсирующая составляющая фазного тока накладывается на основную, заданную сигналами ТзА и ТзВ; амплитудное значение пульсации не более 1, 5 А.

В сигналах управления прерывателями инвертора (рис. 17) исключены состояния, вызывающие одновременное подключение выводов обмотки двигателя к одному полюсу звена постоянного тока. В контрольном режиме коммутация прерывателей инвертора осуществляется принудительно сигналами Ак, Вк и Ск, обратная связь регулятора по току при этом разомкнута.

Наибольшая мощность на транзисторах прерывателя выделяется в моменты коммутации. Для защиты транзисторов в схеме формирования сигналов управления введено ограничение по минимальной длительности выключенного состояния (не менее 55 мкс), длительность включенного состояния не менее 25 мкс, длительность паузы между моментами отключения одного прерывателя и включением другого 15 мкс.

Приемником сигналов управления силовыми ключами KA1, КА2 (KB1, КВ2, KC1, КС2) являются излучающие диоды оптопар в блоках ключа силового КС12. Излучающие диоды включены параллельно и встречно относительно друг друга и оба подключены к выходам источников сигналов KA1 и КА2. Прерыватель П1, связанный с шиной 540 В (+), включен, если КА1 • -КА2 =1, а П2 - если -КА1 • КА2 =1; при КА1 • КА2 =1 оба прерывателя разомкнуты.

Состояние сигналов KAI, КА2, KB1, КВ2, KC1, КС2 зависит от внешних управляющих сигналов: сигнала установки при включении питания Уст. 0, сигнала аварийного токового отключения инвертора АТ, сигнала запрета управления инверторами приводов подачи ЗУИП, а также от сигнала функционирования датчиков тока ФДТ. При отключении входных цепей сигналов Уст. 0, АТ от источника -15 В или при появлении лог. ”1” на входе сигнала ЗУИП, или при возникновении состояния лог. "0" в сигнале ФДТ сигналы управления силовыми ключами KAI, КА2, KBI, КВ2, KCI, КС2 блокируются. Состояние лог. "0" сигнала ФДТ свидетельствует об отклонениях режимов работы датчиков тока от допустимых или о наличии тока более 60 А в контролируемой цепи. В обоих случаях частота генерации в схеме датчика тока становится менее 20 кГц и по этому признаку частотный дискриминатор в схеме контроля функционирования датчика тока формирует сигнал ФДТ (лог. "0"). Это состояние индицируется светодиодом V23, который подключен к триггеру ЗА.

Свечение светодиода V23 свидетельствует о неисправности датчиков тока, а в сочетании со свечением соответствующего светодиода в блоке контроля токов КТ7 - о перегрузке инвертора по току.

Начальное состояние триггера ЗА устанавливается при включении питающих напряжений сигналом Уст. О.

Трехфазный регулятор тока главного привода

На рис. 19 приведена функциональная схема инвертора главного привода. Питание каждой фазной обмотки электродвигателя осуществляется от однофазного мостового инвертора; управление инверторами осуществляется индивидуальными, не связанными между собой, регуляторами тока, размещенными в блоке РТ9.

Независимое регулирование тока в каждой фазной обмотке электродвигателя позволяет получить на нагрузке большую мощность. Необходимая симметрия по амплитуде и фазе в трехфазной системе токов обеспечивается сигналами задания и точностью датчиков и регуляторов тока.

В однофазном инверторе одновременно коммутируются прерыватели П1 и П2 разных блоков KCI2. Управление прерывателями в обоих блоках KCI2 осуществляется от одного источника сигнала KAI, КА2, (KBI, КВ2, KCI, КС2), необходимая цепь прохождения сигналов обеспечивается включением соответствующих входов блока KCI2 (управляющий ток задается в два последовательно соединенных излучающих диода оптопар схем управления U1 и U2 разных блоков KC12).

Для упрощения схемы контроля токов в полумостах инверторов их силовые выводы включены как показано на рис. 19.

Ключ силовой КС12

В блоке КС12 реализован транзисторный полумост для инвертора, который обеспечивает коммутацию токов до 25 А при напряжении питания до 675 В.

Полумост содержит два силовых прерывателя с индивидуальными схемами управления U1 и U2 (рис. 20).

Силовые прерыватели выполнены на транзисторах КТ839А, включенных по схеме Дарлингтона. Каждый прерыватель содержит четыре параллельно включенных транзистора, которые управляются эмиттерным током двух входных транзисторов того же типа.

Через диод V13 замыкается отрицательная обратная связь по напряжению насыщения (рис. 20), поэтому транзисторы прерывателей работают в активной области, что обеспечивает оптимальные показатели по быстродействию и тепловым потерям. Статические падения напряжений на силовых транзисторах не превышают 3,5 В при токе 20 А.

Для ограничения импульсов обратного тока через возвратные диоды V24, V32 в схеме питания силовых ключей имеются магнито связанные дроссели L1.1 и L1.2, шунтированные резисторами через развязывающие диоды V25, V33. При этом включение транзисторов V18... V23 происходит при отсутствии тока в дросселе L. 1; скорость нарастания тока рассасывания заряда диода V32 ограничена индуктивностью величиной 3, 5L, где L - индуктивность одной катушки дросселя, равная 33 мкГн. При отключении транзисторов ток, протекающий через дроссель, замыкается через диод V25, резистор BI5 и конденсатор С6. Время спада тока в дросселе L1. не превышает 50 мкс. Конденсатор С6 защищает транзисторы от перенапряжений, обусловленных индуктивностями соединительных проводников и резисторов R15, R16. Аналогичные процессы происходят при включении и отключении транзисторов V26... V31.

Управление состояниями ВКЛЮЧЕНО и ОТКЛЮЧЕНО прерывателей производится с помощью идентичных схем управления U1 и U2, которые состоят из последовательно включенных диодной оптопары V6, компаратора D1 и усилителя на транзисторах V8,V11, V12, V15... V17. Схемы управления размещены на откидной печатной плате.

Диодная оптопара обеспечивает гальваническую развязку силовых цепей и цепей управления. При токе 15 мА через входной, излучающий диод оптопары, смещенный в прямом направлении, на выходе оптопары возникает ток, создающий во входной цепи компаратора D1 на нагрузке I кОм напряжение около 75 мВ.

На входе компаратора D1 для защиты от помех включены равные по сопротивлению резисторы R1,R2 и R3, R4. При входном сигнале, большем напряжения смещения (около 10 мВ), на выходе D1: 2 формируется сигнал положительной полярности, который через усилитель на транзисторах V8, V11,V12, V15... V17 открывает силовые транзисторы; при входных сигналах, меньших напряжения смещения транзисторы V20... V23 заперты за счет обратного смещения перехода база-эмиттер напряжением -4,5 В.

Для контроля состояний ВКЛЮЧЕНО и ОТКЛЮЧЕНО силовых транзисторов их коллекторы через диод V14, резистор R7 и светодиод V10 подключены кцепи 7 В. Если силовые транзисторы находятся всостоянии ВКЛЮЧЕНО, по этой цепи протекает токи вызывает свечение светодиода V10; при переключениях транзисторов с частотой работы инвертора яркость свечения уменьшается.

Напряжения 7 В и минус 7 В для питания схемуправления получают двухполупериодным выпрямлением (диоды V2... V5, конденсаторы C4, C5) переменного напряжения прямоугольной формы частотой около 800 Гц и амплитудой 15 В.

Уровень выходного сигнала компаратора D1, достаточный для задания необходимого базового тока транзисторов V18... V20 (V26.. V31), формируется, если компаратор D1 подключен к дополнительному источнику напряжения 8,5 В (диод V1, конденсатор C1).

Защита инверторов по току

В трехфазном мостовом инверторе привода подачи сигнал о величине тока, протекающего в цепи540 В(+) или 540 В(-), снимается с соответствующего шунта R18... P21 в блоке защиты Б32. Полученный сигнал сравнивается в блоке контролятоков КТ7 с уставкой максимально допустимого значения тока и при токе через шунт, превышающемэто значение, формируется сигнал аварийного токового отключения инвертора АТ. Сигналом АТ черезблок регулятора тока РТ8 все прерыватели соответствующего инвертора устанавливаются в состояниеОТКЛЮЧЕНО.

Схема измерения тока гальванически развязана от цепей блоков управления инверторами посредством трансформатора TI в блоке Б32 и диодных оптопар V13, V14 в блоке КТ7.

В инверторе главного привода полумосты по силовой цепи объединены так, что образуют 2 группыпо 3 полумоста, ток контролируется в каждой цепи540 В(+) и 540 В(-) каждой группы, а выходнойсигнал АТ формируется общим.

Блок контроля токов КТ7

Схемы измерения токов и сравнения с уставками в цепях 540 В(+) и 540 В(-) одинаковы поструктуре и содержат шунты P14, R16, R18, R20 (R15, R17, R19, R21), расположенные в блоке Б32,генератор токов уставки GN1 (GN2), компараторы UN1... UN4 (UN5... UN8). Из выходных сигналовкомпараторов через диодную оптопару V13 или V14 оптронным изолятором UH1 по схеме ИЛИ формируются сигналы АТ.

Питание групп измерителей тока осуществляется гальванически развязанными источниками напряжения U1 или U2, выполненными по схеме двухполупериодного выпрямителя со средней точкой и семкостным фильтром на выходе. Средняя точка источника (вывод 7 или вывод 10 трансформатора TI в блоке Б32) соединена с соответствующей шиной540 В(+) или 540 В(-).

Генератор токов уставки выполнен на транзисторной сборке D1. Транзисторы сборки соединены по схеме "токового зеркала" (рис. 21).

Схема токового зеркала. Рис.21

Схема токового зеркала. Смотреть в увеличенном масштабе

Сущность "токового зеркала" заключается в том, что при идентичности параметров транзисторов VT2 и VT3, коллекторный ток JI(+) транзистоpa VT3 равен току Jo, задаваемому в транзистор VT2. Ток через транзистор VT2 задается цепочкой R2, C1 от параметрического стабилизатора на стабилитроне V1. Во время нарастания напряжения 7 В(+) через транзистор VT2 протекает ток заряда конденсатора С1, который превышает номинальное значение Jо и обеспечивает установку исходного состояния компараторов тока. В установившемся режиме ток Jо (ток J1(+) соответственно) определяется резистором R2 и предназначен для создания напряжения уставки Uу за счет падения напряжения от тока J1(+) на резисторе R7 компаратора тока.

Ток J1(+) замыкается по цепи 540 В(+) - R7 - VT3 - минус 7 В. Для получения токов уставки J2(+), J3(+), J4(+) параллельно переходу база-змиттер VT3 подключаются переходы база-эмиттер транзисторов VT5, VT4 и VT1 транзисторной сборки.

Компараторы D2 типа К554СА3Б в схемах компараторов тока UN1... UN8 управляются разностью напряжения Uш на шунте от тока в соответствующей цепи инвертора и напряжения Uу на резисторе R7 от тока уставки. Компараторы D2 охвачены цепью нелинейной положительной обратной связичерез резистор R9 и диод V7, фиксирующей аварийное состояние в цепях инвертора (Uш> Uу),так что последующее изменение соотношениянапряжений на обратное (Uш< Uу) не вызывает изменения состояния компаратора. Установкакомпаратора в начальное состояние, соответствующее состоянию Uш<Uу, осуществляется подачейпитающих напряжений.

Аварийное состояние индицируется светодиодом V6, обозначение которого на плате состоитиз порядкового номера инвертора (I, 2, 3 или 4)и обозначения полярности цепи "+" или "-", например, "2+".

Напряжение Uу устанавливается равным 150 мВ(соответствует току 40 А), допустимое отклонениеот +5 до -5 %.

В контрольном режиме с помощью переключателя S1 или S2 напряжение Uу может быть уменьшенопримерно в два раза. Это позволяет проверитьфункционирование цепи защиты путем пуска илиторможения двигателя.

Оптронный изолятор сигнала АТ содержит дведиодные оптопары V13 и V14, излучающие диоды которых соединены с соответствующими выходными цепями двух или одного компараторов тока, а диоды -приемники подключены к компараторам D3, D4, входные цепи которых с целью защиты от помех выполнены симметричными по входному сопротивлению. Выходные транзисторы компараторов D3и D4 соединены последовательно и при аварийном токе по цепям 540 В(+) или 540 В(-) разрывают цепь от источника минус 15 В к нагрузке.

В нормальном режиме через излучающий диод оптопары протекает ток, который в приемной цепи создает напряжение, большее напряжения смещения,и выходные транзисторы компараторов открыты. Приаварийном отключении ток, заданный через резистор R11(R12) в излучающий диод, замыкается через выход компаратора D2, ПОЭТОМУ КО входу компараторов D3 или D4 приложено напряжение смещения, близкое к 22 мВ (падение напряжения на резисторах RI3, RI4 или RI5, RI6, заданное от источников 15 В и минус 15 В с помощью резисторов RI7,RI8 или RI9, R20).

Фото электропривода Размер 2М-5-21

Фото электропривода Размер 2М-5-21. Смотреть в увеличенном масштабе

Схема электрическая преобразователя Размер 2М-5-21

Условные обозначения сигналов

• 1...4 - цепи питания вентиляторов машин МА5, МА6
• АС1S - аналоговый сигнал фактического значения частоты вращения двигателя шпинделя
• АС2(ОРС) - общий провод входных цепей регуляторов скорости
• ACКS, АСКХ, ACКZ - контрольный сигнал фактического значения частоты вращения двигателя координаты S, X, Z соответственно
• AT1S, АТ2Х, AT3X - аварийное токовое отключение инвертора координаты S, X, Z соответственно
• БЗ - блокировка защиты источника питания
• БИ - блокировка источника питания
• БСП - блокировка импульсных сигналов перемещения
• BPК1, ВРК2 - включение реле К1 и К2 соответственно
• ВГП, ВПП - включение главного привода и приводов подачи соответственно
• ГП1, ГП2 - контактный сигнал готовности комплекта электроприводов к отработке заданных значении частот вращения
• ГПВ1, ГПВ2 - контактный сигнал "Главный привод включен"
• ДТ1, ДТ2 - выводы датчика температуры двигателя
• ДТ1S, ДТ1Х, ДТ1Z и ДТ2S, ДТ2X, ДТ2Z - потенциальные и нулевые входы датчика температуры двигателя координаты соответственно
• ЕПА*, ЕПВ*, ЕПС* - выходной сигнал импульсного усилителя датчика тока фазы А, В, С соответственно
• ЕПА, ЕПВ, ЕПС - сигнал обратной связи импульсного усилителя датчика тока фазы А, В, С соответственно
• ЗНМ - зона нуль-метки
• ЗУП - запрет управления приводами подачи
• ЗУИП - запрет управления инверторами приводов подачи
• ЗУИГ - запрет управления инвертором главного привода
• ИПДК - индикация перегрева двигателей комплекта
• ИАО - индикация аварийного отключения
• ИПВ (Сб.Р) - индикация "Привод включен" (самоблокировка реле К2 в блоке Б32)
• КА1,КА2,КB1,КВ2,КС1,КС2 - выходные сигналы управления силовыми ключами инвертора фазы А, Б, С соответственно
• МО1, МО2 - контактный сигнал "Момент ограничен"
• MS, MX, MZ - сигнал, пропорциональный моменту на валу двигателя координаты S, X, Z соответственно
• НН - низкое напряжение
• НМХ, НМZ - нуль-метка координаты X, Z соответственно
• Огр.М - сигнал (команда) "Ограничить момент"
• ОУП - оперативное управление приводами
• ПБР1, ПБР2 - сигнал перегрева балластных резисторов
• ПДК - перегрев двигателей комплекта
• ПДП - перегрев двигателей подачи
• ПН - превышение напряжения
• ППВ1, ППВ2 - контактный сигнал "Приводы подачи включены"
• ПР - питание реле КI и К2 в блоке Б32
• ПУ - повторная установка
• PК1, РК2 - реле К1, К2 в блоке Б32
• PК - разряд конденсаторов
• PH - режим наладки
• РОР - разрешение отключения реле К1 и К2 в блоке Б32
• Сб.Р(ИПВ) - цепь самоблокировки реле К1 и К2 в блоке Б32
• С6,-С7,-С8 - стробы
• ТА, ТВ, ТС - сигнал тока фазы А, В, С соответственно
• ТзА, ТзВ - сигнал задания тока фазы А, В соответственно
• ТГП - торможение главного привода
• Уст.О - установка при включении питания
• Ф1, Ф2 - сигналы управления током возбуждения
• ФБГ - функционирование блоков РТ9, ЗТ4, АГ5 координаты S
• ФБГ` - функционирование блоков РТ9, ЗТ4 координаты S
• ФБП - функционирование блоков РТ8, РСЗ
• ФРТS - функционирование регулятора тока координаты S
• ФВ1S, ФВ2S, ФВ1X, ФВ2X, ФВ1Z, ФВ2Z - выходные сигналы фазовращателя координаты S, X, Z соответственно
• Sin х и Cos х, Sin z и Cos z - основной и смещенный импульсные сигналы перемещения по координате X, Z соответственно
• Sin 1ФВ, Cos 1ФВ, Sin 2ФВ, Cos 2ФВ, - потенциальные и нулевые выходы источника питания фазовращателя
• Uq - сигнал задания момента главного приводе
• V0l, V02 - контактный сигнал достижения нулевой частоты вращения двигателя шпинделя
• VЗl, VЗ2 - контактный сигнал достижения заданной частоты вращения двигателя шпинделя
• VKS, VKX, VKZ - задание в контрольном режиме частоты вращения электродвигателя координаты S, X, Z соответственно
• VS и 0VS, VX и OVX, VZ и OVZ - потенциальный и нулевой выходы задания частоты вращения электродвигателей координаты S, X, Z соответственно
• VSA - сигнал абсолютного значения частоты вращения двигателя шпинделя
• VЗ1, VЗ2 - контактный сигнал достижения заданной частоты вращения двигателя шпинделя
• ωВР - импульсный сигнал частоты вращения ротора

Схема электрическая преобразователя Размер 2М-5-21

Схема электрическая преобразователя Размер 2М-5-21. Смотреть в увеличенном масштабе

Схема электрическая преобразователя Размер 2М-5-21

Схема электрическая преобразователя Размер 2М-5-21. Смотреть в увеличенном масштабе

Схема электрическая преобразователя Размер 2М-5-21

Схема электрическая преобразователя Размер 2М-5-21. Смотреть в увеличенном масштабе

Схема электрическая преобразователя Размер 2М-5-21

Схема электрическая преобразователя Размер 2М-5-21. Смотреть в увеличенном масштабе

Схема электрическая преобразователя Размер 2М-5-21

Схема электрическая преобразователя Размер 2М-5-21. Смотреть в увеличенном масштабе

Схема электрическая преобразователя Размер 2М-5-21

Схема электрическая преобразователя Размер 2М-5-21. Смотреть в увеличенном масштабе

Схема электрическая преобразователя Размер 2М-5-21

Схема электрическая преобразователя Размер 2М-5-21. Смотреть в увеличенном масштабе

Схема электрическая преобразователя Размер 2М-5-21

Схема электрическая преобразователя Размер 2М-5-21. Смотреть в увеличенном масштабе

РАЗМЕР 2М-5-21 Электропривод. Видеоролик.

Связанные ссылки. Дополнительная информация