Тиристорный электропривод монорельсовой дороги

Введение:
Тиристорный электропривод используется в системах автоматики и телемеханики не один десяток лет. Простота в обслуживании, низкая себестоимость, продолжительная работа с большими нагрузками, стабилизация скорости независимо от мощности нагрузки. Лёгкое управление позволяет выбрать данное устройство для регулировки скорости электродвигателей при подачи сырья на конвейерах, в насосах, мощных вентиляторах, электросварке, электролебёдках и других устройствах.
Тиристорный электропривод предложенный в данной статье, позволяет выполнять все функции указанные ранее при технических данных.

Характеристика электропривода:
Напряжение электросети - 220 Вольт.
Ток нагрузки максимальный - 100 Ампер.
Напряжение нагрузки до 160 Вольт.
Частота электросети 50/60 Гц.
Диапазон регулирования 1: 10.
Возможно питание от трёхфазной электросети при небольших изменениях в схеме.

Блок схема тиристорного электропривода представляет собой:
1) Силовой трансформатор.
2) Электропривод на электродвигателе.
3) Мощный выпрямительный мост с управляющими тиристорами.
4) Низковольтный выпрямитель импульсного и постоянного напряжения.
5) Фазоимпульсный регулятор управления тиристорами.

Расположение компонентов:
Почти все радиокомпоненты схемы тиристорного электропривода размещены на печатной плате, из одностороннего стеклотекстолита. Силовой трансформатор и мощная диодно-тиристорная сборка размещены отдельно от привода. Сечение подводящего к электромотору кабеля должно соответствовать максимальным нагрузкам, а изоляция должна выдерживать двукратное рабочее напряжение, заземление радиодеталей принятое в схеме при напряжении на электроприводе выше 48 вольт не должно иметь соединение с корпусом, заземлённым с нулевым проводом подходящей электросети. Ручка регулировки оборотов электродвигателя должна иметь пластмассовый наконечник с риской или клювиком для визуального контроля скорости. Электрическая пускозащитная аппаратура на схеме отсутствует и выполняется отдельно с возможными датчиками параметров или программой работы электропривода.

Описание схемы:
Скорость вращения электродвигателя привода зависит от состояния узла фазоимпульсного управления тиристорами.
Фазовый сдвиг управляющего сигнала на управляющих электродах тиристоровVS1,VS2, относительно анодного напряжения, происходит при помощи фазосдвигающей цепи, состоящей из резистора R4, конденсатора С7 и транзистора VT3.
Электронный мост состоит из резисторов R13,R14,R16, R17,VD12,конденсатора С7, транзистора VT3, в диагональ включены элементы: переход база - эмиттер транзистора VT4, а в точки соединения коллектора VT3 и конденсатора С7 и VD12,R16 подаётся питающее напряжение.

Во время заряда конденсатора С7 напряжение на эмиттере транзистора VT4 станет положительным, а на базе отрицательным. Транзистор VT4 находится в запертом состоянии. По окончании зарядки конденсатора C7 напряжение на выводах транзистора VT4 сменит полярность, транзистор откроется и лавинно откроет транзистор прямой проводимости VT5. Базовый ток транзистора VT4 увеличится коллекторным током транзистора VT5.
Для устойчивой работы порогового устройства и повышения его помехоустойчивости на базу транзистора VT5 через резистор R14 подаётся положительное напряжение смещения с интегрального стабилизатора напряжения DA1.

Импульсное напряжение с резистора R12 подаётся на базу транзистора VT2 для усиления. В трансформаторе Т2 при прохождении тока возникает импульс, достаточный для управления работой тиристоров. Положительные импульсы поступают на управляющие электроды тиристоров, отрицательные срезаются диодом VD10.
Для достижения линейной зависимости скорости вращения электродвигателя привода от задающего сигнала, необходимо напряжение заряда на конденсаторе С7 изменять по линейному закону. Для получения линейного напряжения заряда на конденсаторе он должен заряжаться постоянным по величине током. Так как ток заряда конденсатора и напряжение на нём изменяются по экспоненциальному закону, для линеаризации напряжения на конденсаторе С7 он заряжается через нелинейный элемент – транзистор VT3.

Напряжение на базе транзистора VT3 стабилизировано стабилитроном VD12.
Время заряда конденсатора С7 изменяется с помощью усилителя на транзисторах VT1,VT3, в цепи их эмиттеров установлен общий резистор R13, через который протекают коллекторные составляющие токов обоих транзисторов.
Так как напряжение на базе транзистора VT3 стабилизировано, то изменение напряжения на базе транзистора VT1 вызывает перераспределение токов коллекторов транзисторов VT1,VT3. Изменение тока коллектора VT3 вызывает изменение времени заряда конденсатора С7.

Напряжение на базе транзистора VT1 является входным напряжением схемы, с помощью которого идет управление мощными тиристорами VS1 -VS2.
Входное напряжение представляет собой алгебраическую сумму задающего напряжения на резисторе R5 и напряжения обратной связи с электропривода, подаваемого через резистор R6.

Регулировка скорости - резистором R4, а начальные обороты устанавливаются подстроечным резистором R7. Напряжение на резисторе R5 является задающим, которое через резисторы R8,R7 поступает на базу транзистора VT1. Сигнал обратной связи, пропорциональный электродвижущей силе двигателя снимается с положительной шины питания двигателя через резистор R6. При увеличении нагрузки на валу электродвигателя его обороты падают, что ведёт к уменьшению Э.Д.С. двигателя, напряжение на резисторах R6,R7,R8 понижается, ток через транзистор VT1 уменьшается, а через транзистор VT3 увеличивается, это приводит к уменьшению времени заряда конденсатора С7, а следовательно к увеличению угла проводимости тиристоров. Напряжение на якоре электродвигателя увеличивается и в результате этого процесса обороты восстанавливаются, до прежнего уровня.

При увеличении оборотов транзистор VT1 приоткрывается, при увеличении напряжения на резисторе R7, ток через транзистор VT3 уменьшается, что ведёт к изменению времени заряда конденсатора С7 и уменьшению оборотов двигателя привода. Синхронизация управляющего сигнала с анодным напряжением на тиристорах происходит при импульсном питании схемы управления, синфазно с питанием силовых тиристоров.

Диодный мост VD3-VD6 питает элементы схемы импульсного управления через токоограничительный резистор R3. Стабилизатор на диодах VD11,VD12 формирует импульсное напряжение питания величиной 14- 16 вольт, прямоугольной формы.
Интегральный стабилизатор DA1 питает стабилизированным напряжением базовую цепь транзистора VT5.

Проверка схемы заключается в проверке рабочих режимов и осциллограмм: импульсного напряжения прямоугольной формы частотой 100 гц на диоде VD11, и пилообразного на конденсаторе С7. При изменении регулятором R4 оборотов или установочным резистором R7 напряжения на базе транзистора VT1, при исправных радиодеталях, напряжение на конденсаторе С7 также должно изменяться. Далее проверяется поступление импульсного напряжения на управляющие электроды тиристоров, диоды VD8-VD9 позволяют исключить взаимное влияние управляющих электродов при большом разбросе токов управления. После подключения электродвигателя резистором R4 следует установить минимальные обороты вращения якоря, резистором R10 устанавливается напряжение на якоре в 1/10 от рабочего. Далее регулятор оборотов R4 выводим двигатель на максимальные обороты и устанавливаем напряжение на якоре в соответствии паспортному, данного исполнения.

При изменении нагрузки на электродвигатель от 0,2 до номинальной обороты не должны падать более чем на 5%, при большем значении увеличить величину обратной связи резистором R7, переведя его в нижнее положение движка. Схема управления электроприводом выполнена печатным монтажом, не имеет дефицитных радиодеталей: резисторы типа С1-4,С4-2,переменные - СП3.

Радиодетали:
Силовой трансформатор выбирается из расчёта установленной мощности и напряжения электропривода типа ТС 220*127В мощностью 1,2 -3 кВатт. Тиристоры можно заменить на ВКДУ - 250.
Диоды заменимы на российские аналоги типа Д226 или Д237Б.
Транзисторы обратной проводимости подойдут серии КТ 312, КТ315, КТ3102Б и КТ361, КТ3107 прямой проводимости, транзистор VT2 типа КТ817Б.
Конденсаторы типа К17 или МБМ, электролитические К50-6.
Импульсный трансформатор Т2 выполнен на ферритовом кольце 2000НМ диаметром 10-12 мм, обмотки наматываются проводом ПЭЛ 0,12 по 40 витков.

Конструкция тиристорного электропривода «Монорельсовой дороги» выставлялась на 9 –й международной выставке ЮНЕСКо в г.Москве в 2003 году