Системы управления преобразователями электрической энергии

Из таблицы 4 выбираем для варианта 8 схему системы управления вертикального типа.

Решение

6.1. Привести блок - схему и объяснить принципа работы обобщенной
схемы управления преобразователями электрической энергии

Рисунок 6.1.

На рис. 6.1. приведена обобщенная структура СУ. В структуре выделены некоторые функциональные блоки, характерные для; СУ силовых электронных устройств. Блок датчиков Д содержит датчики регулируемых и контролируемых параметров. Так как обычно регулируются выходные пара­метры, то часть датчиков непосредственно входит в обратную связь канала регулирования. Сигналы с этих датчиков поступают на ре­гулятор РЕГ, в функции которого входит формирование закона управления элементами силовой части. Блок ФИУ формирует импульсы управления, непосредственно поступающие на сило­вые элементы. По существу ФИУ является согласующим устрой­ством между входами силовых приборов и выходом регулятора. Сигналы регулятора обычно являются маломощными и не отве­чают требованиям, предъявляемым к импульсам управления си­ловых приборов (тиристоров, транзисторов и др.). Блок ФИУ на­зывают также драйвером.

Узлы выполняются на различной элементной базе: дискретные и интегральные электронные компоненты, электромагнитные реле. Для функционирования этих элементов требуются источни­ки электропитания часто с различными параметрами. В составе структуры имеется блок вторичных источников питания для соб­ственных нужд, называемых также источниками оперативного питания (ИОП). В ИОП используются различные виды преобразо­вателей и регуляторов, согласующих параметры входного (иногда и выходного) напряжения силовых цепей с параметрами, требу­емыми для питания элементов СУ. При питании от сети переменного тока, основой ИОП явля­ются маломощные трансформаторы с несколькими вторичными обмотками на разные напряжения. Эти обмотки подключаются к выпрямителям с выходными, обычно емкостными фильтрами.

Для стабилизации уровней выходных напряжений маломощ­ных выпрямителей используют стабилитроны или транзисторные регуляторы в дискретном или интегральном исполнениях.

Система управления силового электронного устройства обыч­но выполняет следующие функции:

формирование сигналов управления силовыми элементами си­ловой части;

регулирование выходных параметров силовой части;

включение и отключение по заданному алгоритму основных узлов силовой части;

обмен информацией с внешней средой. Текущий контроль и Диагностика устройства осуществляется блоком УКД, на вход которого поступают сигналы с датчиков контролируемых парамет­ров.

Результаты контроля диагностики поступают на блок обработ­ки информации ИНФ и затем с его выхода — на защитные уст­ройства ЗУ. Блок ИНФ также в общем случае может связывать все устройство со внешней средой. Например, в него могут поступать сигналы команд на включение, выключение, изменения режима работы. Обычно эти сигналы обрабатываются или транслируются непосредственно в блок коммутационной аппаратуры КА. С дру­гой стороны из блока обработки информации могут исходить сиг­налы о состоянии устройства, режиме его работы, информация о причине отключения или срабатывания защит и др.

Представленная на рисунке структура является обобщенной. В ней отражены характерные укрупненные функциональные бло­ки. В реальном аппарате значительная часть из них может отсут­ствовать или находиться в неявном конструктивном или функци­ональном видах. Обмен с внешней средой может осуществляться с помощью тумблеров или кнопок, а о состоянии аппарата будут давать информацию обыкновенные сигнальные лампы

Соответственно элементная база СУ часто сочетает элементы как цифровой, так и аналоговой тех­ники, которая обрабатывает непрерывные сигналы, например тока или напряжения. Эти сигналы затем снова могут преобразовы­ваться в импульсную форму.

6.2. Привести схему замещения системы управления преобразователем и
объяснить назначение всех ее элементов

Структурная схема управления однофазным инвертором представлена на рисунке 6.1.

 

В этой схеме генератор ЗГ вырабатывает синусоидальное напряжение, частота которого больше, например, частоты сети в четыре раза. Выходное синусоидальное напряжение генератора в формирователе импульсов Ф преобразуется в прямоугольные импульсы, которые являются оптимальными по форме для управления. Эти импульсы поступают в распределительное устройство РИ, где происходит распределение импульсов почетырём каналам для мостовой схемы вентильного преобразователя. Каналы 1...4 передают импульсы управления на соответствующие вентили преобразователя.

Замечание. Если частота переключений тиристоров равна fo, то частота fг генератора должна быть больше и равна fг = 4∙fo. При этом сдвиг по фазе для вентилей нужно выдержать равным π/2.

6.3. Схема электрическая принципиальная узла управления и диаграммы
напряжений, поясняющих принцип его работы.

Рис. 3.10 Однофазный инвертор напряжения на полностью управляемых элементах (тран­зисторах). б -диаграммы тока и на­пряжения, в-диаг­рамма управляющих импульсов, г -диаграмма выходногонапряжения инвертора

 

На рис. 3.10, б представлены диаграммы, иллюстрирующие работу схемы. Когда открыты транзисторы VТ1 и VТ4, напря­жение на нагрузке имеет полярность, указанную (без скобок) на рис. 3.10, б, а ток нагрузки нарастает по экспоненциальному закону. В момент ΰ = π поступают управляющие импульсы, за­пирающие транзисторы VТ1, VТ4 и отпирающие транзисторы VТ2, VТЗ.

Заключение

В заключении можно отметить, что задания 1…4 выполнены, на мой взгляд, в полном объёме, а неудачный раздел 6.3. 5^го задания. Причина- недостаток используемых новоизданных первоисточников.

 

Гидропривод мехатронных устройств. Основные понятия и законы гидравлики. Устройство, принцип действия и характеристики гидравлических усилителей и двигателей.

В гидроприводах происходит трехступенчатое преобразование энергии. Первоначально электрическая или тепловая энергия преобразуется в механическую, а затем в гидравлическую. В этой форме энергия перемещается, управляется или регулируется и затем снова преобразуется в механическую энергию.

Для первоначального преобразования энергии используются электродвигатели, реже двигатели внутреннего сгорания, еще реже ручной привод. Преобразование механической энергии в гидравлическую выполняется гидравлическими насосами.

Управление координатами осуществляется специальными гидроаппаратами – клапанами, гидрораспределителями, дросселями и регуляторами расхода.

Исполнительными двигателями гидравлических систем являются: гидроцилиндры – устройства создающие определенные усилия при поступательных (линейных) перемещениях; гидромоторы – устройства, преобразующие гидравлическую энергию в энергию вращательного движения и поворотные гидроцилиндры, осуществляющие поворотное движение выходного вала на угол до 280 градусов.

Основными достоинствами гидроприводов являются большие усилия при компактном исполнении (отношение удельной мощности гидромоторов к электродвигателям 1:10 и более), а также высокое быстродействие при передаче поступательных перемещений.

Основные понятия и законы гидравлики

Основным законом гидростатики (учения о системах с неподвижной жидкостью) является закон Паскаля (см. рис. 2.2): “ Воздействие силы на неподвижную жидкость распространяется по всем направлениям внутри этой жидкости. Величина давления жидкости равна нагрузке, соотнесенной с площадью на которую она действует

. (2.1)

Давление оказывает свое воздействие всегда вертикально на ограничивающую поверхность резервуара ”.

На рис. 2.3 приведен пример передачи силы. Если на площадь А₁ действует сила F₁, то возникающее при этом давление p оказывает воздействие на все точки системы, в том числе и на поверхность А₂. Следовательно,

или , (2.2)

т.е. отношение сил равно отношению площадей.

Перемещение S₁ и S₂ обоих поршней (при пренебрежении силами трения в жидкости и допущении что жидкость не сжимается) обратно пропорционально их площадям

, (2.3)

а работа силового поршня равна работе нагрузочного поршня

. (2.4)

Учение о законах движения жидкости и действующих при этом силах называется гидрокинетикой. Если через трубопровод с различными сечениями проходит одинаковый объем жидкости, то скорость потока в наиболее узком месте должна возрастать. Иначе, поток (расход жидкости через трубопровод) равен произведению площади проходного сечения А на скорость течения жидкости V

. (2.5)

Откуда можно записать уравнение непрерывности потока в виде (см. рис. 2.4)

. (2.6)

 

В гидрокинетике закон сохранения энергии гласит, что “ общая энергия потока жидкости не изменяется до тех пор, пока не будет осуществлен подвод энергии извне, или пока энергия не будет отдаваться наружу системы ” и может быть записан в виде уравнения Бернулли.

где g – ускорение свободного падения, для Земли g = 9,81 м/с²; – высота столба жидкости; ρ – плотность жидкости, кг/м³.

Совместное рассмотрение уравнений непрерывности (2.6) и Бернулли (2.7) позволяет сделать следующие выводы. Если из-за уменьшения проходного сечения увеличивается скорость, то кинетическая энергия возрастает. Так как полная энергия гидравлической системы неизменна, то потенциальная энергия и/или давление должны уменьшаться. Поскольку потенциальная энергия в случае только сужения сечения практически не изменяется, то существенно изменяется статическое давление. Иначе, изменение давления обратно пропорционально изменению проходного сечения.

Передача гидравлической энергии всегда сопровождается потерями. Так на стенках трубопровода и в самой жидкости возникает трение, переходящее в тепло. Возникающие при этом потери гидравлической энергии вызывают в системах потери давления (см. рис. 2.5), зависящие от длины, проходного сечения, формы и шероховатости стенок трубопровода, скорости потока и вязкости жидкости.