ЭПУ2 Электропривод однофазный унифицированный постоянного тока
Устройство, неисправности и способы их устранения

Сведения о производителе тиристорного электропривода ЭПУ2

Производитель электропривода ЭПУ2 ТУ16-654.002-84, ИГФР.654634.001: - завод Электромашина, г. Харьков, Муранова, 106.

Электропривода ЭПУ2 выпускал, также, Чебоксарский электроаппаратный завод, ЧЭАЗ.

Электропривод тиристорный постоянного тока однофазный унифицированный серии ЭПУ2. Назначение область применения

Электроприводы предназначены ЭПУ2 для создания регулируемых приводов мощностью до 43 кВт для приводов станков (включая и станки с ЧПУ), роботов и манипуляторов в качестве комплектующих изделий. Питаются от однофазной сети переменного тока частотой 50 или 60 Гц.

В настоящее время однофазные электроприводы серии ЭПУ2 сняты с производства. Возможная замена современный электропривод - БОТ электропривод однофазный тиристорный

Основные модификации приводов ЭПУ2:

• ЭПУ2-2 - Электроприводы реверсивные - с блоком управления БС3201
• ЭПУ2-1 - Электроприводы нереверсивные - с блоком управления БС3101
• ЭПУ2-2...Е - Электроприводы с обратной связью по напряжению с IR-компенсацией
• ЭПУ2-2...М - Электроприводы с обратной связью по частоте вращения от тахогенератора

2. Технические характеристики электропривода ЭПУ2-2

Тиристорные реверсивные бестрансформаторные электроприводы ЭПУ2-2 рассчитаны:

• Напряжение питания, 1-фазное - 220 ±10% В, 50 ±2% Гц
• Напряжение на якоре - от -Umax до +Umax В
• Мощность 0,06...43 кВт
• Силу тока 5... 12 А
• Скорость вращения электродвигателя: 1000...3000 мин
• Диапазон регулирования: Д = 1 : 50 (исполнение Е)
• Диапазон регулирования: Д = 1 : 2000 (исполнение М)
• Электропривод обеспечивает регулирование частоты вращения от 0 до n ном. (вперед или назад) при изменении Uзад. от 0 до ± 10 В.

Электроприводы имеют следующие виды защит:

• Защита максимально токовая - Есть
• Защита от пропадания пилообразного напряжения - Есть
• Защита от пропадания стабилизированного напряжения ±15В - Есть
• Защита от исчезновения или понижения напряжения в сети - Есть
• Защита от обрыва тахогенератора - Есть
• Защита от превышения максимальной скорости - Есть
• Защита от неправильного чередования фаз - Есть
• Защита от перенапряжений - Есть
• Защита от замыканий - Есть
• Защита от перегрева двигателя - Есть

Структура условного обозначения электропривода ЭПУ2

ЭПУ2 -Х₁ -ХХ₂ Х₃ Х₄ УХЛ4

ЭПУ2-1-271Е УХЛ4 - Пример заказа - ток 5А, напряжение 110В,

ЭПУ2-2-302М(Е) УХЛ4(04),380 - Пример заказа

ЭПУ2-2-342М(Е) УХЛ4(04),380 - Пример заказа

• ЭПУ2 → Электропривод Постоянного тока Унифицированный, 2 → номер разработки;


• -Х₁ - код исполнения по реверсу:
• 1 → нереверсивный
• 2 → реверсивный
• -ХХ₂ - код номинального тока блока управления (выпрямленный):
• 27 → 5А
• 30 → 10А
• 34 → 25А
• Х₃ - код номинального выпрямленного напряжения блока управления:
• 1 → 115 В - для напряжения питания 220, 230, 240 В;
• 2 → 230 В - для напряжения питания 380, 400, 415, 440 В;
• Х₄ - функциональная характеристика:
• Е → обратная связь по ЭДС двигателя (диапазон регулирования 1:50);
• М → обратная связь по частоте вращения двигателя (диапазон регулирования 1:2000 или 1:1000);
• УХЛ4 - Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150.
• УХЛ4

Структура условного обозначения блока управления БС3001

БС3Х₁ 01-ХХ₂ Х₃ Х₄ Х₅ УХЛ4

• БС3Х01-ХХХХХ: → Блок Станочный 3 → номер разработки электропривода постоянного тока;


• Х₁ - код исполнения по реверсу:
• 1 → нереверсивный
• 2 → реверсивный
• 01 - однофазное исполнение;


• -ХХ₂ - код номинального тока блока управления (выпрямленный):
• 27 → 5А
• 30 → 10А
• 34 → 25А
• Х₃ - код номинального выпрямленного напряжения блока управления:
• 1 → 115 В - для напряжения питания 220, 230, 240 В;
• 2 → 230 В - для напряжения питания 380, 400, 415, 440 В;
• Х₄ - номинальное напряжение питающей сети частотой 50, 60 Гц:
• 4 → 220 В
• 5 → 230 В
• 6 → 240 В
• 7 → 380 В
• 8 → 400 В
• 9 → 415 В
• Т → 440 В
• Х₅ - функциональная характеристика, модификация:
• Е → обратная связь по ЭДС двигателя (якорное устройство);
• М → обратная связь по частоте вращения двигателя (якорное устройство);
• П → для электродвигателя с постоянными магнитами, обратная связь по частоте вращения двигателя);
• УХЛ4 - Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150.
• УХЛ4

Основные параметры электропривода ЭПУ2

Основные параметры электропривода ЭПУ2. Смотреть в увеличенном масштабе

Основные параметры электропривода ЭПУ2

Основные параметры электропривода ЭПУ2. Смотреть в увеличенном масштабе

Фото электропривода ЭПУ 2-2 (Харьков)

Фото электропривода ЭПУ 2-2. Смотреть в увеличенном масштабе

Принятые обозначения физических величин

• α - регулируемый угол открывания тиристоров (угол регулирования);
• α max - максимальный угол регулирования;
• α min - минимальный угол регулирования;
• Iя - ток якоря двигателя;
• Uя - напряжение на якоре двигателя;
• Iном - номинальный ток электропривода;
• Едв - ЭДС двигателя;
• М - момент нагрузки электропривода;
• n - частота вращения (скорость) электродвигателя;
• n ном - номинальная частота вращения;
• φ - угол сдвига синхронизирующего напряжения;
• Uзад - напряжение задания;
• Uном - номинальное напряжение питающей сети;
• Uу - напряжение управления;
• Uе - напряжение положительной связи по ЭДС двигателя;
• U1 - напряжение задания тока якоря;
• Uрс - выходное напряжение регулятора скорости;
• Uби - напряжение блокировки ЛПУ импульсом управления;
• Uбл - напряжение блокировки ЛПУ датчиком проводимости;
• Uсинх - напряжение синхронизации;
• Uсм - напряжение смещения.
• Кн.з - коэффициент передачи нелинейного звена;

Принятые обозначения составных частей электропривода

• БУ - блок управления;
• БВ - блок ввода:
• ГПН - генератор пилообразного напряжения;
• ДЕ - датчик ЭДС;
• ДТ - датчик тока;
• ДПр (ДП) - датчик проводимости;
• 3ЧВ - задатчик частоты вращения;
• И - усилитель - инвертор;
• ИВМ - источник возбуждения машины;
• ИП - источник питания;
• К - ключ;
• КР - коммутационный реактор;
• ЛПУ - логическое переключающее устройство;
• М - электродвигатель;
• НЗ - нелинейное звено;
• НО - нуль-орган
• ОВМ - обмотка возбуждения машины (двигателя);
• ПЭ1, ПЭ2 - пороговые элементы;
• ПХ - переключатель характеристик;
• Р - регулятор;
• РЕ - регулятор ЭДС;
• РС - регулятор скорости;
• РИ - регулятор импульсов;
• С - сумматор;
• СИФУ - система импульсно-фазового управления;
• СР - сглаживающий реактор;
• ТИП - триггер истинного положения;
• УИ1..УИ4 - усилители импульсов;
• УР - узел развязки;
• ф - фильтр;
• ФДИ - формирователь длительности импульсов;
• BR - тахогенератор;
• УВ - управляемый выпрямитель;
• а, х - диагонали управляющего моста.

4. Состав электропривода

В состав электроприводов ЭПУ2-2 входят:

• Блок ввода (БВ). Блок ввода состоит из четырех предохранителей и коммутационного реактора;
• Блок управления реверсивный БС3201;
• Сглаживающий реактор L2;
• Задатчик частоты вращения (ЗЧВ);
• Двигатель постоянного тока (М);
• Тахогенератор (BR) (для исполнения М);
• Запасные части

Блок управления нереверсивный БС3101 выполнен на основе диодного моста и симистора, включенного на стороне переменного тока.

Блок управления реверсивный БС3201 выполнен по симметричной мостовой схеме на четырех тиристорных модулях. Состоит из силовой части, размещенной на охладителе, и системы регулирования, расположенной на двух печатных платах.

Основные параметры блоков ЭПУ2 БС3101 и БС3201

• ЭПУ2-1(2)-271 М, Е - Iном =5А, Uном двигателя 115 В, Рном двигателя 0,06...0,4 кВт
• ЭПУ2-1(2)-272 М, Е - Iном =5А, Uном двигателя 230 В, Рном двигателя 0,06...0,8 кВт
• ЭПУ2-1(2)-301 М, Е - Iном =10А, Uном двигателя 115 В, Рном двигателя 0,37...1,0 кВт
• ЭПУ2-1(2)-302 М, Е - Iном =10А, Uном двигателя 230 В, Рном двигателя 0,70...2,0 кВт
• ЭПУ2-1(2)-341 М, Е - Iном =25А, Uном двигателя 115 В, Рном двигателя 1,0...2,5 кВт
• ЭПУ2-1(2)-342 М, Е - Iном =25А, Uном двигателя 230 В, Рном двигателя 1,5...4,0 кВт

5. Устройство и принцип действия электропривода

5.1. Блок ввода (БВ)

Блок ввода

Силовая часть блока управления БС3201 подключается к питающей сети через коммутационный (сетевой) реактор и предохранители, выполняющие защиту модулей от токов короткого замыкания и длительных перегрузок. Реактор снижает нелинейные искажения, вносимые ЭП в питающую сеть, исключает взаимное влияние ЭП при их одновременной работе от общей сети. Кроме того, эти реакторы ограничивают коммутационный ток через модули силовой части и тиристоры, снижают скорость нарастания тока di/dt, что увеличивает надежность работы силовых полупроводниковых приборов. Коммутационные реакторы имеют исполнения на силу тока 5, 10 и 25 А. Для защиты от коротких замыканий в цепях управления и возбуждения используются предохранители.

Электропривод ЭПУ2-1 состоит из блока ввода (БВ) и блока управления БС3201, задатчика частоты вращения (ЗЧВ), сглаживающего реактора L2 и двигателя М.

Коммутационный реактор L1 служит для развязки приводов, работающих от общей сети.

Сглаживающий реактор L2 сглаживает пульсации тока якорной цепи и ограничивает пульсации напряжения на коллекторе двигателя.

Электропривод ЭПУ2-1 исполнения М по сравнению с исполнением Е имеет следующие отличия:

• обратная связь по скорости снимается с тахогенератора BR;
• для ограничения максимального тока двигателя введен узел токоограничения (ТО), который подключается к выходу БР;
• резистором R16 выставляется ток отсечки;
• введен узел развязки (УР), который при помощи оптрона V13 гальванически развязывает систему управления от силовой части;
• для предотвращения разгона двигателя при обрыве в цепи тахогенератора в этом исполнении предусмотрен блок защиты от обрыва тахогенератора (БЗОТ).

Коммутационный реактор выполняет следующие функции:

• снижает нелинейные искажения, вносимые электроприводом в питающую сеть;
• исключает взаимное влияние электроприводов при их одновременной работе от общей сети.

Якорь двигателя М подключается к зажимам выпрямленного напряжения через сглаживающий реактор L2 для обеспечения требуемого коэффициента использования.

Сглаживающий реактор, кроме того, ограничивает пульсации напряжения U.

Конструктивно электроприводы состоят из двигателя, сглаживающего реактора, блока управления, блока ввода и задатчика частоты вращения.

Блоки ввода и управления выполнены в открытом исполнении с односторонним обслуживанием и допускают встройку в нормализованные шкафы комплектных устройств управления электроприводами.

Блок ввода состоит из четырех предохранителей и коммутационного реактора.

Блоки управления БС3101 и БС3201 состоят из силовой части, размещенной на охладителе и системы регулирования, расположенной на двух печатных платах.

5.2. Электропривод ЭПУ2-2 исполнения М

Функциональная схема электропривода ЭПУ 2-2..М

Функциональная схема электропривода ЭПУ 2-2..М. Смотреть в увеличенном масштабе

Функциональная схема электропривода исполнения М приведена на рис. 2.

Электропривод ЭПУ2-2 представляет собой замкнутую систему, в которой регулирование скорости и направления вращения двигателя производится изменением напряжения Uя и его знака на якоре.

Основным элементом ЭП является блок управления БС 3201, в котором происходит выпрямление переменного напряжения питающей сети и осуществляются все необходимые функции по управлению двигателем. Регулирование скорости ЭП производится задатчиком скорости или внешним задающим устройством. На якорь двигателя М через сглаживающий реактор СР подается выпрямленное напряжение.

Схема управления электропривода выполнена по одноконтурной структуре с ПИ-регулятором (пропорционально-интегральным регулятором) скорости и жесткой отрицательной обратной связью по току, поступающей через систему импульсно-фазового управления СИФУ на вход управляемого выпрямителя и обеспечивающей высокие динамические качества системы в режиме непрерывного тока. При таком схемном решении используется нереверсивный датчик тока.

Для обеспечения высокого качества переходных процессов в режиме прерывистого тока производится линеаризация регулировочной характеристики управляемого выпрямителя, которая достигается введением в канал регулирования нелинейного звена НЗ с коэффициентом передачи, обратным коэффициенту усиления управляемого выпрямителя в режиме прерывистого тока. Суммарный сигнал управления равен

U_у = К_нзU_РС + U_Е,

где К_нз — коэффициент нелинейного звена;

U_РС — напряжение регулятора скорости;

U_Е — ЭДС.

На выходе сумматора включен переключатель характеристики ПХ, согласующий знак напряжения управления с напряжением однополярной СИФУ.

Выбор направления тока осуществляется логическим переключающим устройством ЛПУ в функции полярности напряжения регулятора скорости PC. Напряжение PC определяет выходной ток. Блокировка ЛПУ при наличии тока в силовой цепи осуществляется датчиком проводимости ДПр, который дает информацию о наличии напряжения на силовых элементах. Питание внутренних элементов осуществляется от стабилизированного источника ИП. Обмотка возбуждения мотора ОВМ подключается к стабилизированному источнику возбуждения машин ИВМ.

СИФУ система импульсно-фазового управления

СИФУ построена по принципу "вертикального" управления и состоит из фильтра синхронизирующего напряжения, пороговых элементов, генератора пилообразного напряжения, нуль-органа, на входе которого сравниваются сигналы генератора напряжений управления и смещения формирователя длительности импульсов.

Функциональная схема СИФУ

Функциональная схема СИФУ. Смотреть в увеличенном масштабе

Распределение управляющих импульсов производится распределителем импульсов, на вход которого поступают в логической форме следующие сигналы: синхронизация с питающей сетью, выход ЛПУ (В — "вперед" и Н— "назад") и сигнал с формирователя длительности импульсов СИФУ. Импульс формируется при совпадении всех перечисленных сигналов, при этом ЛПУ блокируется.

5.3. Электропривод ЭПУ2-2 исполнения Е

Схема электрическая функциональная электропривода исполнения Е приведена на рис. 4.

Функциональная схема электропривода ЭПУ 2-2..Е

Функциональная схема электропривода ЭПУ 2-2..Е. Смотреть в увеличенном масштабе

В электроприводах с обратной связью по ЭДС двигателя применен принцип параметрического выделения ЭДС по сигналам напряжения и тока двигателя (IR — компенсация).

Для якорной цепи:

Uя(р) = Едв. + Iя · Rя(1 + Тяр),

где Uя — напряжение на якоре двигателя;

Едв — ЭДС двигателя;

Rя · Тя = Lя/ Rя - параметры якорной цепи;

р — комплексный оператор.

На вход датчика ЭДС поступает отфильтрованный сигнал (через узел гальванической развязки) и сигнал с датчика тока, причем последний искусственно переключается (меняет полярность) с помощью ЛПУ. При правильной настройке фильтра (Тф = Тя) на выходе ДЕ имеем напряжение:

Uде = Едв/ (1 + Тф р) = Uя/ (1 + Тя р) - Iя · Rя,

которое подается на вход регулятора вместо сигнала тахогенератора. Величина сигнала по току устанавливается потенциометром R27 на малой частоте вращения двигателя. Для устранения неустойчивой работы электропривода, возникающей на частотах вращения, близких к номинальной, применена схема, состоящая из усилителя-инвертора И, задатчика, определяющего момент начала работы схемы R99 и ключа К.

5.4. Блоки управления

Схемы электрические принципиальные блока управления приведены на рис. 5 и 6.

Схемы электрические принципиальные блока управления

Схемы электрические принципиальные блока управления. Смотреть в увеличенном масштабе

Схемы электрические блока управления на модулях тиристорных МТТ

Схемы электрические блока управления на модулях тиристорных МТТ. Смотреть в увеличенном масштабе

Блок управления БС3101 и БС3201 состоит из силовой части и системы регулирования. Система регулирования состоит из блоков управления (печатных плат) № 1 и № 2.

5.4.1. Силовая часть блока управления

Силовая часть блока управления может быть выполнена в виде мостового управляемого выпрямителя на оптотиристорных модулях МТОТО (рис. 7) или на тиристорных модулях МТТ (рис. 6). Трансформатор тока ТА1 используется в качестве датчика.

Схема электрическая блока управления № 1 исполнения М

Схема электрическая блока управления № 1 исполнения М. Смотреть в увеличенном масштабе

Схема электрическая блока управления № 1 исполнения М

Схема электрическая блока управления № 1 исполнения М. Смотреть в увеличенном масштабе

5.4.2. Блок управления (печатная плата) № 1

Схема электрическая принципиальная блока управления № 1 исполнения М приведена на рис. 7, исполнения Е — на рис. 8.

Схема электрическая блока управления № 1 исполнения Е

Схема электрическая блока управления № 1 исполнения Е. Смотреть в увеличенном масштабе

Схема электрическая блока управления № 1 исполнения Е

Схема электрическая блока управления № 1 исполнения Е. Смотреть в увеличенном масштабе

Она состоит из следующих функциональных узлов и элементов:

• ПИ -регулятора DA1.1
• нелинейного звена DA1.2
• переключателя характеристики VA2.1, образующих прямой канал системы авто регулирования
• нуль-органа DA2.2
• узла раздельного управления DD1, DD2, входящих в состав ЛПУ
• одно канальной СИФУ
• узла питания и защиты.

На вход ПИ-регулятора поступают сигналы задания и отрицательной обратной связи.

Нелинейное звено одновременно является сумматором. Движком потенциометра R6 выставляется величина положительной обратной связи по ЭДС двигателя. При полной компенсации внутренней обратной связи двигателя напряжение на выходе регулятора определяется только ток двигателя. При этом резистором R15 осуществляется настройка токоограничения в переходных режимах.

Переключатель характеристики представляет собой инвертор-повторитель, управляемый через ключи V9 выходными сигналами ЛПУ. Элементы R12 и С1 регулятора подбираются в зависимости от параметров двигателя при наладке привода.

Характеристика нелинейного звена определяется количеством диодов в нелинейном делителе (V4..V8), ее можно изменять при наладке, соединив накоротко диоды V6, V7.

Максимальный выходной ток переключателя (усилителя DA2.1), определяющий минимальный угол регулирования α min и, следовательно, максимальное выпрямленное напряжение Uα мах ограничивается резистором R28. Диаграммы напряжений в контрольных точках приведены на рис. 9.

Диаграммы напряжений в контрольных точках

Диаграммы напряжений в контрольных точках. Смотреть в увеличенном масштабе

Узел раздельного управления включает в себя:

• логический инвертор (DD1.1) и элементы совпадения „И—НЕ” (DD1.2 и DD1.3);
• "R—S" триггер истинного положения ТИП (DD1.4 и DD2.1);
• элементы совпадения „И—НЕ” (DD2.2 и DD2.3);
• элементы задержки на переключение ЛПУ — R31, С7.

Выходной сигнал регулятора поступает на вход высокочувствительного нуль-органа, устанавливая его в положение „1” при отрицательной полярности, в положение „0” — при положительной. Прохождение сигнала НО на триггер ТИП происходит при „разрешающем” сигнале „1” (точка 24). При работе в определенном направлении (ВПЕРЕД или НАЗАД) триггер ТИП и элементы DD2.2 и DD2.3 установлены согласованно, при этом на выходе одного из элементов совпадения (DD2.2 и DD2.3) — сигнал „1”, другого — „0”. При наличии тока в силовой цепи ДПр „зануляет” точку 24, „запрещая” прохождение управляющего сигнала на триггер. При этом сигналы на выходе ЛПУ соответствуют состоянию ТИП.

При переключении регулятора (следовательно и выхода НО) триггер и элементы совпадения DD2.2, DD2.3 остаются в прежнем состоянии до момента спадания тока в силовой цепи до нуля. Как только в точке 24 появится сигнал „1”, элементы DD2.2, DD2.3 переключатся в новое положение, а триггер будет удерживаться в прежнем, так как напряжение на С7 соответствует „0”.

При рассогласованном положении триггера и элементов DD2.2, DD2.3 выход ЛПУ нейтрален, т. к. в точках 18 и 19 — „0”. Конденсатор С7 начинает заряжаться через R31, и после его заряда до уровня „1” элементы DD1.2 и DD1.3 переключат триггер ТИП в новое положение (согласованное). На одном из выходов ЛПУ появляется сигнал „1”, начинается работа в новом направлении.

Таким образом, при смене направления протекания тока выдерживается бестоковая пауза (управляющие импульсы не формируются), что повышает надежность работы силовой части

Если в течение паузы на НО поступит команда возврата в прежнее положение, то DD2.2 и DD2.3 переключатся обратно (в соответствии с ТИП), и сразу разрешается формирование управляющих импульсов.

СИФУ имеет одноканальное исполнение и управляется однополярным напряжением по принципу вертикального управления.

Синхронизирующее напряжение поступает от трансформатора питания на фильтр (R54, С10, R55), где фильтруется и сдвигается на угол φ, равный 20—30° эл. градусов. Затем оно поступает в блок синхронизации, состоящий из пороговых элементов (транзисторы VI5, VI7 и V16, V18), где преобразуется в противофазные логические сигналы. Эти сигналы подаются на входы элементов „И—НЕ” DD3.2 и DD3.3, на объединенном выходе которых в момент перехода отфильтрованного синхронизирующего напряжения через ноль вырабатываются узкие синхронизирующие импульсы. Эти импульсы поступают на вход генератора пилообразного напряжения ГПН (V19, С11, DA3.1). Частота опорного напряжения СИФУ —100 Гц (для сети частоты 50 Гц). Напряжение с ГПН подается на вход нуль-органа (усилитель DA3. 2). Выходной сигнал НО поступает на формирователь длительности, реализованный на элементах R67, С14, R69, V22 и далее на распределитель импульсов (DD4—DD5. 1).

Как указывалось выше, на каждый элемент совпадения подаются:

• логический сигнал синхронизации с сетью (с транзистора VI7 или V18),
• управляющий фазовый сигнал СИФУ, сигнал с выхода ЛПУ.

Если последнее включено в условном направлении НАЗАД (на точке 19 — сигнал „1”), то управляющие импульсы формируются элементами DD4.3 и DD5.1. Импульс формируется в момент переключения НО СИФУ, Ключи V27.. V30 — усилители импульсов. Длительность управляющих импульсов определяется временем перезаряда цепочки R67, С14 и составляет от 10 до 30° эл. градусов.

Во время подачи импульса элемент DD3.1 блокирует переключение ЛПУ.

Узел питания содержит двухполярный источник „± 24 В”, - предназначенный для питания цепей смещения, сигнализации и для получения стабилизированных напряжений ± 15 В для питания микросхем и цепей смещения. Для получения напряжения „+ 15 В” используется интегральный стабилизатор DA6 с опорным стабилитроном V33. Стабилизатор симметричного отрицательного напряжения „—15 В” построен по известной компенсационной схеме на элементах DA4.1, V32, R78.. R83.

Узел защиты электропривода от обрыва цепи тахогенератора основан на схеме RC-генератора с мостом Вина (DA5.1). В норме генератор заторможен: при обрыве цепи обратной связи схема переходит в режим колебаний (настройка — резистором R106) и открывает ключ V52, переключая общий триггер защиты DD5.2 и DD5.3).

При превышении скорости электропривода допустимого значения (выбор резистором R99) переключится компаратор DA5.2, что также приведет к срабатыванию защиты.

При использовании электродвигателя с встроенным терморезистором с положительным коэффициентом (позистором) обеспечивается защита первого от перегрева с помощью элемента DD3.4 и общего триггера. При отсутствии позистора ставится перемычка 32—33.

Для защиты двигателя от перегрева при длительной перегрузке применен известный узел время — токовой защиты на интеграторе DA4.2 (настройка уровня с помощью резистора R92, а времени — с помощью резистора R93).

Для ограничения длительности протекания аварийных токов в силовой части применен узел „сеточной” защиты на ключе V55 и триггере, выполненном на элементах DD5.2, DD5.3. Ток отрицательного смещения определяет уставку срабатывания. Если сигнал с датчика тока превысит ток смещения, ключ откроется и переключит триггер, установленный в „0” конденсатором С20. При этом сигнал „1” триггера принудительно установит выход переключателя ПХ (через стабилитрон V57 и резистор R49) на ноль, обеспечивая увеличение угла регулирования до α мах одновременно откроется ключ сигнализации V59, загорится светодиод V58 и выключится реле К1.

Для обеспечения надежной безаварийной работы электропривода в блоке реализованы следующие блокировки:

• выдержка при включении блока;
• снятие импульсов и блокировка регулятора при снижении напряжения сети.

При подаче напряжения питания блокируются регулятор и входы распределителя импульсов (соответственно через ключи V36, VI и диод V40). После выдержки времени ~ 400 мс (заряд емкости С20) блокировки снимаются.

Для устранения дрейфа выходного напряжения регулятора DA1.1 при отключенном задатчике частоты вращения применено блокирующее устройство с закорачиванием цепи обратной связи регулятора. При подаче питания открывается ключ (правый) транзистора V36 и отпирает ключ VI, шунтирующий RC-цепь ПИ-регулятора, и V39, блокирующий выдачу импульсов.

После заряда С20 и „пробоя” стабилитрона V38 правый ключ V36 закроется, но уже будет открыт левый через R86. Ключ VI закроется напряжением 15 В” после подачи положительного напряжения на вход блока ЗАПУСК (одновременно с подключением задатчика), т. к. закроется левый ключ V36. После этого регулятор начинает работать.

При отключении задатчика левый ключ V36 откроется после перезаряда емкости С19, чем создается выдержка времени для рекуперативного торможения двигателя.

При снижении напряжения сети открывается ключ V31 и „снимаются” управляющие импульсы. После восстановления напряжения сети работа системы регулирования и СИФУ возобновится после выдержки времени (как при включении).

Для устранения неустойчивости, возникающей в электроприводе из-за реакции якоря, применена схема, собранная на DA5.1, DA5.2 и V52.

Момент начала работы схемы определяется положением движка резистора R99.

5.4.3. Блок управления (печатная плата) № 2

Схема электрическая принципиальная блока управления № 2 приведена на рис. 10 и включает в себя источник возбуждения, датчик проводимости, источник напряжения „+ 12 В” (дополнительно для приводов исполнения Е: узел развязки и датчик ЭДС).

Схема электрическая блока управления № 2

Схема электрическая блока управления № 2. Смотреть в увеличенном масштабе

Источник возбуждения двигателя ИВМ выполнен стабилизированным и обеспечивает изменение напряжения на нагрузке не более ± 2 % при колебаниях напряжения сети в пределах 0,9.. 1,1 Uном. В зависимости от напряжения сети и напряжения на обмотке возбуждения силовая часть ИВМ выполняется в двух вариантах. При напряжении сеть (ОВМ — 220... 240/110 и 380... 440/220) применяется однофазная асимметричная схема: один тиристор V8 и три диода V9.. V11, а при напряжении 380... 440/110 — однополупериодная асимметричная схема: тиристор V8 и диод V9. В последнем случае диоды V10, V11 отсутствуют и ставится перемычка 1—2. Система управления ИВМ включена параллельно тиристору и работает по принципу заряда конденсатора С2 до напряжения пробоя порогового элемента V5 с последующим разрядом его на управляющую цепь тиристора. Диаграммы напряжений на рис. 11.

Диаграммы напряжений

Диаграммы напряжений. Смотреть в увеличенном масштабе

Регулирование тока заряда конденсатора С2 осуществляется предварительным усилителем (V2, V4), на вход которого подаются регулируемое напряжение задания и отфильтрованное напряжение обратной связи (R1, C1, R7). Для ограничения перенапряжений со стороны нагрузки применен варистор R14.

Узел развязки УР предназначен для гальванической развязки силовой части и цепей системы регулирования и получения на выходе напряжения, пропорционального напряжению двигателя. УР выполнен по схеме „модулятор-демодулятор” и содержит высокочастотный (5 кГц) автогенератор на ключах V12, V16, трансформаторы Т1 и Т2, модулятор V13 и демодулятор V17. Входной сигнал поступает с делителя R17, R21 (R20), подключаемого к якорю двигателя. Коэффициент передачи УР близок к единице. Рабочий (линейный) участок характеристики „вход-выход” ограничен величиной ± 5 В.

Узел ДЕ состоит из сумматора (усилитель DA1.1) и дополнительных элементов, обрабатывающих сигналы, пропорциональные напряжению и току двигателя. Элементы С5, R25 образуют фильтр (рис. 4).

При необходимости потенциометром R27 производится подстройка ДЕ (при вращении на малой скорости привод затормаживают и устанавливают на выходе DA1.1 среднее значение напряжения, равным нулю).

Печатные платы выполнены поворотными и расположены одна за другой перед силовой частью. При этом передняя плата (блок № 1) выполнена низковольтной, а задняя (блок № 2) —высоковольтной.

Конструктивные данные коммутационного и сглаживающего реакторов приведены в табл. 5.

Задатчик частоты вращения поставляется комплектно и устанавливается заказчиком.

Датчик проводимости работает по принципу контроля напряжений на вентилях силовой части. Гальваническая развязка выполнена на оптроне V24.

При отсутствии тока в силовой цепи (все вентили заперты) через светодиод оптрона V24 протекает ток, ограниченный резисторами R3, R4 (рис. 5) силовой части. Транзистор V5 заперт, так как фотодиод оптрона шунтирует его базо-эмиттерный переход.

Если откроется одна из пар силовых вентилей, то она зашунтирует один из входов ДПр (2 или 3). Ток в цепи светодиода V24 отсутствует, ключ V25 откроется и заблокирует ЛПУ (в блоке № 1).

Источник напряжения „+ 12 В” (V29 и С10) предназначен для питания автогенератора УР (в исполнении Е) и цепей управления силовых вентилей (модулей).

Герконовые реле К2 (для исполнения М) и К1 предназначены для обеспечения связи электропривода с внешним устройством управления, например, с системой ЧПУ. Реле К1 выключается при перегрузке электропривода (V58) в блоке № 1, реле К2 срабатывает при блокировке регулятора в блоке № 1.

Диаграммы напряжений в контрольных точках приведены на рис. 12.

Диаграммы напряжений

Диаграммы напряжений. Смотреть в увеличенном масштабе

5.5. Сглаживающий реактор

Через сглаживающий реактор СР подключается якорь электродвигателя М. Сглаживающий реактор обеспечивает минимальное значение коэффициента использования двигателя 0,8; ограничивает пульсации напряжения, обеспечивает улучшение коэффициента формы тока двигателя, что снижает его нагрев и улучшает использование двигателя по моменту и мощности.

В зависимости от величины номинального выпрямленного тока (5, 10, 25 А) реакторы изготавливаются в трех исполнениях. Габаритные размеры сглаживающего реактора приведены на рис. 13.

Габаритные размеры сглаживающего реакторай

Габаритные размеры сглаживающего реакторай. Смотреть в увеличенном масштабе

6. Конструкция электроприводов

Конструктивно электроприводы состоят из следующих отдельных элементов:

• блока ввода (БВ)
• блока управления (БУ)
• сглаживающего реактора (СР)
• задатчика частоты вращения (ЗЧВ)
• электродвигателя (М).

Блоки ввода и управления выполнены в открытом исполнении с односторонним обслуживанием и допускают встройку в нормализованные шкафы комплектных устройств управления электроприводами.

Блок ввода конструктивно состоит из четырех предохранителей, коммутационного реактора и блока зажимов, с помощью которого осуществляется коммутация силовых цепей электропривода между блоком ввода и блоком управления.

Габаритные, установочные, присоединительные размеры блоков ввода и управления представлены на рис. 14, 15.

Присоединительные размеры блоков ввода

присоединительные размеры блоков ввода. Смотреть в увеличенном масштабе

Присоединительные размеры блоков и управления

присоединительные размеры блоков и управления. Смотреть в увеличенном масштабе

Каждый блок управления содержит:

• силовую часть
• плату блока № 1
• плату блока № 2.

Модули в силовой части установлены на охладителе, рядом с ним неподвижно закреплены резисторы R3 и R4 датчика проводимости, RC-цепочки, трансформаторы тока и питания. Конструктивные данные трансформаторов приведены в табл. 4.

7. Подготовка к работе

7.1. Размещение и монтаж

Блоки управления и ввода монтируются в вертикальном положении в электрошкаф или нишу станка, внутри которых температура не должна быть выше 45 °C. Сглаживающий реактор устанавливается не ближе 0,3 м от блока управления.

Электродвигатель монтируется в соответствии с инструкцией по эксплуатации электродвигателей. Перед монтажом электропривод выдержать при температуре производственного помещения в течение 6 ч.

При монтаже электропривода следует обратить особое внимание на надежность заземления корпуса электродвигателя, сглаживающего реактора, блока ввода.

Подсоединение выводов тахогенератора и задатчика проводить проводами с высоким сопротивлением изоляции, попарно скрученными с шагом до 20 мм. При длине проводов более 10 м необходимо их экранирование.

Силовые цепи и цепи управления должны быть уложены в разные жгуты, исключающие электромагнитные наводки.

7.2. Внешние подключения

Подключение электроприводов должно выполняться в соответствии с ПУЭ. Предварительно необходимо произвести осмотр конструктивных блоков, обратив особое внимание на прочность болтовых соединений токоведущих частей и отсутствие повреждений пайки внутренних монтажных соединений.

Подключение электроприводов следует производить согласно схемам внешних соединений (рис. 16, 17).

Схема внешних соединений ЭПУ2-2..М

Схема внешних соединений ЭПУ2-2..М. Смотреть в увеличенном масштабе

Схема внешних соединений ЭПУ2-2..Е

Схема внешних соединений ЭПУ2-2..Е. Смотреть в увеличенном масштабе

На схемах приведен один из возможных вариантов построения узла управления электроприводом (обведен пунктиром).

7.3. Наладка электропривода

При удаленной плавкой вставке FU1 и подключении электропривода к питающей сети проделать следующее:

• измерить напряжение на обмотке возбуждения двигателя и установить его равным номинальному резистором R3 блока № 2;
• убедиться по напряжению в точках 3, 5 блока № 2, что автогенератор узла УР переключается с частотой около 5 кГц (только для ЭПУ2-2... Е);
• проверить величину напряжения питания в контрольных точках блока № 1 относительно клеммы „Общий” по табл. 6;
• установив задатчик ЗЧВ в положение максимального задания и включая узел управления в положение НАЗАД—ВПЕРЕД, выставить напряжение задания „± 10 В” резистором R2 (рис. 16) или R1 (рис. 17);
• ползунок резистора R15 блока № 1 установить в среднее положение и, переключая узел управления, убедиться, что сигналы в точках 12, 13 меняют полярность, а сигналы в точках 18, 19 неизменны; отключить ЗЧВ;
• убедиться, что сигналы в точках 25—27 соответствуют рис. 9;
• проверить в точке 27 блока № 1 установку угла α мах = 160.. 165 эл. градусов относительно напряжения сети (в точке 25), при необходимости регулировать резистором R64.

По известному коэффициенту передачи токо-генератора Ктг В об/мин, выбрать резистор R10 (плата №1):

R10 = 0,27 Ктг · n ном, кОм

Установить плавкую вставку FU1, отключить ОВ двигателя. Резистор R15 установить в крайнее положение по часовой стрелке (минимальное значение). Резистор R6 установить в среднее положение. Подключить электропривод к сети и убедиться, что сигнал в точке 24 блока № 1 соответствует рис. 9.

Установить напряжение задания ЗЧВ порядка 0,5.. 1 В, включить узел управления (в любое положение). Вращая резистор R15 против часовой стрелки установить величину тока „отсечки”, равной номинальному току электродвигателя.

Отключить электропривод от сети.

Подключить ОВ двигателя. Включить электропривод.

Установив минимальное задание частоты вращения задатчиком, включить узел управления (в любое положение). При неконтролируемом возрастании скорости двигателя до значительной величины (номинальной и более) поменять местами провода подключения тахогенератора или обмотки возбуждения двигателя (только для ЭПУ2-2... М), поменять провода, подключенные ко входу УР блока № 2 (для ЭПУ2-2... Е). При правильном монтаже двигатель должен вращаться с малой частотой вращения n „nном ”.

Настроить датчик ЭДС резистором R27 (блок № 2) следующим образом. Застопорить вращающийся двигатель и, поворачивая R27, установить среднее значение напряжения в точке 6, равным нулю. При этом указанное напряжение должно иметь гладкую форму (подстройка изменением емкости конденсатора С5), см. п. 5.3.

Реверсируя двигатель на частоте вращения n ~ 0,1 nном добиться симметричной диаграммы сигнала тока якоря, близкой к прямоугольной, с помощью резистора R6 блока № 1 (регулировка положительной связи по ЭДС) и установить резистором R15 требуемую величину тока „отсечки” (не более четырехкратной).

Установить частоту вращения двигателя n ~ 0,5 nном и, реверсируя его, подстроить токовую диаграмму резистором R6.

Установив максимальное напряжение Uзад задатчиком, убедиться, что частота вращения двигателя равна номинальной (при необходимости подстроить резистором R3 блока № 1).

Проверить настройку токовой „отсечки” при пусках, торможениях и реверсах двигателя.

При неудовлетворительном качестве переходных процессов (величина перерегулирования скорости больше 30 %; число колебаний скорости до выхода на установившееся значение более двух) и неустойчивой работе двигателя поднагрузкой (колебания тока якоря) необходимо экспериментально подобрать величины элементов R12, С1, блока № 1 (коррекция регулятора).

При невозможности добиться устойчивой работы электропривода подбором указанных элементов необходимо увеличить резистор R9 блока № 1 в два раза и вновь выбрать R12 и С1 (только для ЭПУ2-2... Е).

При значительной неравномерности вращения электропривода (коэффициент Кн более допустимых значений) необходимо дополнительно корректировать параметры RC-цепи регулятора (увеличивая R или уменьшая С). При этом также возможно подключение внешней RC-цепи параллельно резистору R10 в блоке № 1 (гибкая связь по скорости).

Величины R и С определяются экспериментально.

При возникновении неустойчивой работы, возникающей в электроприводах исполнения Е из-за реакции якоря двигателя, необходимо провести настройку узла дополнительной обратной связи по току, состоящего из усилителя-инвертора DA5. 1, компаратора DA5. 2 и ключа V52. Момент закрывания ключа V52 устанавливается резистором R99 при напряжении на якоре двигателя 40—50 В. Изменяя величину сигнала обратной связи по току с помощью резистора R106 устранить (сделать минимальными) колебания якоря.

Неисправности электропривода ЭПУ2 и методы их устранения

Неисправности электропривода ЭПУ 2 и методы их устранения. Смотреть в увеличенном масштабе

ЭПУ 2-2 Электропривод. Видеоролик.

Связанные ссылки. Дополнительная информация