Синхронизация (передача сигналов)

Синхронизация (передача сигналов)

Синхронизация — процесс установления и поддержания временных соотношений (взятия отсчётов) между двумя и более системами, участвующих в процессе синхронной передачи цифровых данных. При синхронной передаче данных возникают ситуации, когда приёмник и передатчик работают не в такт (частота формирования сигнала в канал связи не совпадает с частотой опроса данных на приёмной стороне), что приводит к рассогласованию системы передачи и приема данных, и к возникновению ошибок в принятых данных. [1] [2] Чтобы в процессе приема-передачи корректировать частоту приёмника в соответствие с передатчиком применяют коррекцию. Коррекция заключается в том, что: зная время начала передачи данных на приемной стороне можно определить время прихода следующего единичного элемента длительностью d, а зная количество элементов в кодовой комбинации можно отделить одну кодовую последовательность от другой. Таким образом, коррекция может протекать как на каждом элементе передачи данных, так и на групповой последовательности. В случае поэлементной синхронизации иногда применяют специальные способы кодирования, например манчестерское или RZ кодирование, иногда применяют скремблирование. [3]

Содержание

Виды синхронизаций сигналов данных [ править | править код ]

Под синхронизацией цифровых сигналов данных понимается процесс при котором происходит установление и поддержание фазовых соотношений между значащими моментами [1] двух или нескольких цифровых сигналов данных, один из которых формируется на передающей стороне, а другой на приёмной с целью формирования синхронной последовательности. [1]

В соответствие с ГОСТ 17657-79, различают виды синхронизации: [1] [4]

• Поэлементная синхронизация цифровых сигналов данных;
• Групповая синхронизация цифровых сигналов данных;
• Цикловая синхронизация цифровых сигналов данных.

Поэлементная синхронизация цифровых сигналов данных [ править | править код ]

Под поэлементной синхронизацией цифровых сигналов данных понимается процесс синхронизации переданного и принятого цифровых сигналов данных, при которой устанавливаются и поддерживаются требуемые фазовые соотношения между значащими моментами переданных и принятых единичных элементов этих сигналов. Для выполнения поэлементной синхронизации иногда применяют канальное кодирование, такое как: RZ, Манчестер-II которые позволяют выявлять синхронную последовательность при передаче каждого элемента сигнала данных. [1]

Групповая синхронизация цифровых сигналов данных [ править | править код ]

Под групповой синхронизацией цифровых сигналов данных понимается процесс синхронизации переданного и принятого цифровых сигналов данных, при которой устанавливаются и поддерживаются требуемые фазовые соотношения между значащими моментами начал переданных и принятых групп единичных элементов этих сигналов. [1]

Цикловая синхронизация цифровых сигналов данных [ править | править код ]

Под цикловой синхронизацией цифровых сигналов данных понимается процесс синхронизации переданного и принятого цифровых сигналов данных, при которой устанавливаются и поддерживаются требуемые фазовые соотношения между значащими моментами начал переданных и принятых циклов их временного объединения. [1]

Синхронизация частотных преобразователй

Например, устройство по переработке материалов необходимо синхронизировать с линией подачи исходного сырья и с линией транспортировки готовой продукции. Рассинхронизация в подобных условиях способна вызвать либо недостаточную подачу исходных материалов, что пагубно скажется на результате, либо, к примеру, готовый продукт просто не сможет вовремя покинуть рабочее место, что создаст как минимум «завал».

В результате все это требует привлечения отдельного квалифицированного работника в случае несложной задачи или серьезной инженерной компании, которая предложит сложную схему автоматизации, требующую серьезных капитальных вложений и последующего обслуживания.

В любом случае возможное решение проблемы может быть реализовано стандартной схемой, о которой многие инженеры попросту не знают или забыли.

В данной статье речь пойдет о последовательном соединении преобразователей частоты, управляющих электродвигателями отдельных операций, в единую систему, которая поможет решить ряд задач по оптимизации.

Итак, преобразователь частоты.

Практически все частотные преобразователи имеют в своем арсенале несколько различных входов и выходов.

Как правило данный вход служит для приема входного аналогового сигнала стандартного промышленного диапазона 0(4)…20мА или 0…10В (возможна инверсия). Преобразователь частоты при определенных условиях способен изменять собственный режим работы под действием данного управляющего сигнала. К примеру, минимальная величина входного аналогового сигнала может соответствовать минимальной выходной частоте преобразователя, а максимальная величина – максимальной выходной частоте.

Данный вход в зависимости от модификации способен принимать дискретные (скачкообразные) сигналы различного уровня и частоты. По сути, вход реагирует на резкое изменение амплитуды входного сигнала либо на изменение его частоты. Частотный преобразователь при определенных условиях, также, как и в случае с аналоговым входом, способен изменить собственный режим работы под действием входного дискретного управляющего сигнала. Пример: скачкообразное изменение величины входного сигнала приведет к запуску/останову электродвигателя, или минимальная частота входного дискретного (импульсного) сигнала будет соответствовать минимальной выходной частоте преобразователя, а максимальная – максимальной выходной частоте.

Аналоговый выход практически любого преобразователя частоты формирует электрический сигнал стандартного промышленного диапазона 0(4)…20мА или 0…10В (возможна инверсия). Данный электрический сигнал с выхода преобразователя может быть использован как показательная величина режима работы «частотника». Например, минимальная величина выходного аналогового сигнала соответствует максимальной выходной частоте преобразователя, а максимальная величина – минимальной выходной частоте.

Дискретный выход современных преобразователей способен формировать резкое изменение амплитуды выходного сигнала при определенных условиях либо изменять частоту выходного сигнала в зависимости от режима работы (состояния устройства). К примеру, скачкообразное изменение величины выходного сигнала может отобразить запуск/останов электродвигателя, или определенная частота выходного дискретного (импульсного) сигнала может обозначить выход электродвигателя на режим минимальных/максимальных оборотов.

Последовательный интерфейс RS-485 – это полноценный цифровой канал, который по сравнению с предыдущими видами связи позволяет наиболее полно взаимодействовать с преобразователями частоты, в том числе и через персональный компьютер. Интерфейс RS-485 подразумевает передачу цифрового сигнала (команд, информации и так далее) по двухпроводной линии связи. Для увеличения помехозащищенности в интерфейсе используется дифференциальный сигнал, благодаря которому максимальная длина линии может быть 1200м. Цифровые команды позволяют полностью управлять преобразователем частоты (чтение/запись параметров, управление в режиме реального времени и так далее).

Единственная сложность управления «частотником» через интерфейс – это протокол (набор цифровых слов с уникальным составом, понятный только приборам конкретного производителя). В отличие от аналоговых и дискретных сигналов преобразователи частоты от разных производителей могут не работать друг с другом по последовательному интерфейсу в виду отличных протоколов связи.

Вернемся к поставленной задаче – как синхронизировать отдельные операции, завязать их в единую систему, которая поможет решить ряд задач по оптимизации технологического процесса.

Последовательное соединение преобразователей частоты.

Образно назначаем основной ПЧ («Ведущий», «MASTER», как угодно.) – преобразователь, работающий на основной операции.

Назначаем периферийные ПЧ («Ведомый», «SLAVE», как угодно.) – преобразователи, работающие на второстепенных операциях.

Аналоговый сигнал.

К аналоговому выходу основного ПЧ подключаем аналоговые входы периферийных ПЧ. С помощью меню функций, в зависимости от режимов работы, устанавливаем для каждого ПЧ необходимые параметры аналоговых входов/выходов (выходные для основного и входные для периферийных). Также возможен вариант, когда основной ПЧ сам будет управляться по аналоговому сигналу обратной связи, например, от датчика давления или температуры.

Дискретный сигнал.

К дискретному выходу основного ПЧ подключаем дискретные входы периферийных ПЧ. С помощью меню функций в зависимости от режимов работы устанавливаем для каждого ПЧ необходимые параметры дискретных входов/выходов (выходные для основного и входные для периферийных). Также возможен вариант, когда основной ПЧ сам будет управляться по дискретному сигналу обратной связи, например, от импульсного датчика оборотов, линейной скорости или концевого выключателя.

Интерфейс RS-485.

Последовательно, друг за другом, начиная от основного ПЧ, соединяем все устройства «витой парой». В меню настроек для основного ПЧ выбираем статус преобразователя как «MASTER» и скорость передачи данных по интерфейсу. В меню настроек периферийных ПЧ выбираем режим работы через интерфейс, устанавливаем одинаковую для всех скорость передачи данных, каждому раздаем уникальный сетевой номер, устанавливаем поправочные коэффициенты реакции на команды основного ПЧ с учетом требований технологического процесса.

Таким образом, во всех случаях мы получаем систему из нескольких преобразователей, способную гибко подстраиваться (перестраиваться) в зависимости от поставленной задачи, без привлечения более сложных и дорогих систем. Изменяя необходимые параметры (диапазон выходных частот для каждого ПЧ, соотношения величин сигналов и выходных частот, скорости реакции на изменения параметров и так далее), можно подобрать абсолютно любое соотношение производительности на различных операциях в составе сложного технологического процесса.

Точную настройку всей системы необходимо проводить уже непосредственно в реальных условиях.

Системы импульсно-фазового управления (СИФУ)

Cистемы управления, в которых управляющий сигнал имеет форму импульса, фазу которого можно регулировать, называют импульсно-фазовыми.

Системы импульсно-фазового управления по способу синхронизации делятся на два основных класса – синхронные СИФУ и асинхронные СИФУ. При синхронном импульсно-фазовом управлении угол подачи управляемого импульса отсчитывают от определенной фазы напряжения сети, питающей выпрямитель

(4.1)

где — угол подачи первого управляющего импульса; — угол начала отсчета, соответствующий моменту естественного отпирания; — регулируемый угол управления.

Синхронное управление в настоящее время является общепринятым и наиболее распространенным.

При асинхронном импульсно-фазовом управлении угол подачи управляющего импульса отсчитывают от момента подачи предыдущего импульса

. (4.2)

Из сравнения выражений (4.1) и (4.2) видно, что угол подачи управляющего импульса в асинхронной системе управления не связан в явном виде с координатами и напряжения сети, т.е. не синхронизирован с сетью питания.

В зависимости от способа получения сдвига управляющих импульсов различают системы, построенные по горизонтальным и вертикальным принципам управления.

При горизонтальном принципе сдвиг управляющих импульсов осуществляется путем изменения фазы входного синхронизирующего сигнала, обычно синусоиды напряжения входной сети, а затем из него формируются прямоугольные импульсы. Горизонтальный принцип, вследствие присущих ему недостатков (зависимость от формы и частоты питающего напряжения), не нашел широкого применения.

При вертикальном принципе управления (рис.4.5) напряжение управления сравнивается с опорным переменным напряжением (синусоидальным, пилообразным и т.д.). В момент времени, когда эти напряжения становятся равными и их разность изменяет полярность, происходит формирование импульса. Фазу импульса можно регулировать, изменяя величину постоянного напряжения управления.

Система управления однофазным мостовым выпрямителем (см. рис. 4.2, 4.3 и 4.6) работает следующим образом. Генератор пилообразного напряжения (ГПН) запускается при поступлении с синхронизатора (С) напряжения в момент появления на тиристорах прямого напряжения, т. е. в точках естественого отпирания. С выхода ГПН напряжение пилообразной формы поступает на устройство сравнения (УС), где оно сравнивается с напряжением управляющего органа . В момент равенства пилообразного напряжения и напряжения управляющего органа устройство сравнения вырабатывает импульс , который через распределитель импульсов (РИ) поступает на формирователь импульсов ФИ1 или ФИ2 и дальше через выходные каскады ВК1 или ВК2-на тиристоры выпрямителя.

Рис.4.5. Функциональная схема СИФУ для однофазного мостового выпрямителя

В одноканальных многофазных СИФУ генератор переменого напряжения работает с частотой в m раз больше частоты питающей сети, что требует в дальнейшем распределения управляющих импульсов по m каналам. Одноканальная СИФУ (рис.4.6) для трехфазного нулевого или полууправляемого мостового выпрямителя работает следующим образом. Генератор пилообразного напряжения ГПН запускается в момент появления на тиристорах прямого напряжения, т.е. в точках естественного отпирания. Запуск ГПН обеспечивается синхронизатором С. С выхода ГПН пилообразное напряжение подается на пороговое устройство (ПУ), которое срабатывает при достижении пилообразным напряжением порогового значения .

Рис. 4.6. Функциональная схема одноканальной СИФУ для трехфазного выпрямителя

Напряжение с выхода ПУ через дифференцирующую цепь (ДЦ) поступает на схемы совпадения (СС), куда подается соответствующий импульс с синхронизатора. При совпадении импульсов с выхода синхронизатора и дифференцирующей цепи один из выходных каскадов (ВК) вырабатывает управляющий импульс на отпирание тиристора соответствующей фазы. Фазоый сдвиг управляющего импульса осуществляется путем изменения наклона пи лообразного напряжения ГПН с помощью управляемого стабилизатора тока (УСТ). Система управления обеспечивает регулирование угла управления в диапазоне .

Благодаря общему фазосдвигающему устройству одноканальные системы управления обладают высокой симметрией управляющих импульсов. Несимметрия определяется только точностью синхронизации системы управления с питающей сетью и не превышает 0.5 эл. град.

Кроме того, одноканальная система проста в настройке, поскольку не требует создания нескольких идентичных каналов. К недостаткам одноканальных синхронных систем управления следует отнести сложность синхронизации с сетью, так как необходимо формировать одноканальную последовательность кратной частоты. В настоящее время большое распространение находят многоканальные системы управления с индивидуальными фазосдвигающими устройствами ввиду их простоты и универсальности.

Вертикальная шестиканальная система управления трехфазным мостовым выпрямителем (рис.4.7) состоит из синхронизатора (С), шести фазосдвигающих устройств (ФСУ1-ФСУ6), шести формирователей импульсов (ФИ1-ФИ6), шести выходных каскадов (ВК1-ВК6). Принцип работы этой схемы аналогичен работе схемы (рис.4.5).

Рис. 4.7. Функциональная схема шестиканального СИФУ для трехфазной мостовой схемы

Необходимый фазовый сдвиг управляющих импульсов относительно анодного напряжения тиристоров создается с помощью синхронизатора и фазосдвигающего устройства. ГПН , входящий в состав ФСУ, работает с частотой, равной частоте сети.

Часто в системах управления выпрямителями сочетают принципы одноканального и многоканального способов управления. Например, на рис. 4.8 приведена трехканальная система управления для трехфазного мостового выпрямителя.

Каждый канал служит для управления противофазными тиристорами моста. Например, первый канал вырабатывает импульсы управления и , соответственно для управления тиристорами VS1 и VS4 (см. рис. 4.9). Фазосдвигающие устройства ФС1-ФС3 в этой схеме работают с частотой, в 2 раза превышающей частоту сети. Распределители импульсов РИ1-РИ3 осуществляют распределение импульсов, сформированных формирователями ФИ1-ФИ3 по противофазным тиристорам.

Схемы рис. 4.7 и 4.8 могут обеспечить нормальное функционирование трехфазной мостовой схемы выпрямителя, если их формирователи импульсов будут иметь выходные сигналы с длительностью более 60 эл. град.

Рис. 4.8. Трехканальная СИФУ для трехфазного мостового выпрямителя

При управлении короткими импульсами каждый выходной каскад (рис. 4.9) должен иметь два входа, первый из которых предназначен для передачи “своего” импульса, а второй – для “чужого” импульса, сдвинутого на угол 60 эл.град.относительно “своего” импульса (рис.4.4).

Рис. 4.9. Схема формирования сдвоенных импульсов

Примеры схемной реализации систем импульсно-фазового

Управления выпрямителями

Функциональная схема СИФУ для реверсивного выпрямителя с раздельным управлением однофазными мостовыми комплектами приведена на рис. 4.10, временные диаграммы, поясняющие ее работу, — на рис. 4.11.

Рис. 4.10. Функциональная схема СИФУ для реверсивного выпрямителя с раздельным управлением однофазными мостовыми комплектами

Рис.4.11. Временные диаграммы напряжений СИФУ для реверсивного выпрямителя с раздельным управлением однофазными мостовыми комплектами

СИФУ выполнена по одноканальному принципу. Она включает в себя следующие основные узлы: источник синхронизирующего напряжения – трансформатор TV; пороговые элементы ПЭ1, ПЭ2; формирователь синхронизирующих импульсов ФСИ; генератор пилообразного напряжения ГПН; нуль-орган НО; формирователь длительности импульсов ФДИ; схемы совпадения СС1-СС4; усилители импульсов УИ1-УИ4; выходные каскады ВК1-ВК4; инвертор НЕ.

СИФУ работает следующим образом. Напряжение сети через трансформатор TV подводится к фильтру Ф, предназначенному для снижения влияния искажений напряжения сети на работу СИФУ. С выхода фильтра напряжение , сдвинутое на угол 15-20 эл.град. по отношению к напряжению синхронизации , поступает на выходы пороговых элементов ПЭ1 и ПЭ2. Пороговые элементы формируют два прямоугольных противофазных напряжения и .

Длительность импульсов напряжения и благодаря наличию зоны нечувствительности пороговых элементов меньше 180 эл.град. и составляет примерно 176 эл.град. Этот интервал определяет зону разрешения выдачи управляющих тиристорами импульсов. В моменты времени, когда выходные напряжения обоих пороговых элементов равны 0, формирователь синхроимпульсов ФСИ вырабатывает импульсы , следующие с частотой , в два раза превыщающей частоту сети. Синхронно с импульсами на выходе ГПН вырабатывается пилообразное напряжение . При отсутствии импульсов пилообразное напряжение линейно нарастает, а при поступлении на вход ГПН импульс быстро снижается до нуля. На входе нуль-органа НО присходит сравнение трех сигналов; напряжение управления , напряжения смещения и пилообпазного напряжения . В момент превышения над разностью — напряжение НО меняет знак с “плюса” на “минус”. На выходе формирователя длительности импульсов ФДИ в этот момент образуется управляющий импульс , длительность которого составляет 10-30 эл.град. Распределение импульсов по тиристорам осуществляется с помощью четырех элементов совпадения СС1-СС4. На каждый элемент совпадения подается логический сигнал или синхронизации с сетью, сигнал В или Н с выхода логического устройства ЛУ и управляющий фазовый сигнал СИФУ.

Если логическое устройство включено в направлении вперед, т.е. когда сигнал В равен единице, а сигнал Н-нулю, то управляющий сигнал проходит через элемент СС1 при и через элемент СС2 при . Если же сигнал Н равен единице, а В – нулю, то проходит через СС3 или СС4. Выходные сигналы элементов совпадения усиливаются усилителями УИ1-УИ4 и через выходные каскады ВК1-ВК4 поступают к соответствующим тиристорам. Инвертор НЕ формирует сигнал , блокирующий переключение логического устройства ЛУ во время выдачи импульса с СИФУ.

СИФУ для нереверсивного однофазного мостового выпрямителя, силовая схема которого приведена в п.2.3. отличается от схемы рис. 4.10 тем, что в ней отсутствуют схемы совпадения СС3 и СС4, усилители импульсов УИ3 и УИ4, выходные каскады ВК3 и ВК4, относящиеся ко второму комплекту тиристоров, а также инвертор НЕ.

На рис.4.13 показана схема усиления импульса на элементах D1, D2 и трансформаторного выходного каскада. В цепи управляющего электрода могут быть индуцированы импульсы от коммутации соседних тиристоров или сетевых помех, вызывающие переход тиристора в открытое состояние и неправильную работу схемы. Для защиты от помех между управляющим электродом и катодом тиристора включены конденсатор С1 и резистор R6. Диод VD1 служит для среза отрицательной полуволны вторичного напряжения импульсного трансформатора, а диод элемента D2, включенный параллельно первичной обмотке трансформатора, защищает транзистор при его отключении.

Рис. 4.13. Схема усилителя импульса и выходного каскада

Комплектный выпрямительно-инверторный преобразователь КВИП

Значительное количество производственных механизмов, укомплектованных асинхронными двигателями с фазным ротором (АДФР) нуждаются сегодня в модернизации электропривода. Наиболее распространенный тип такого привода – так называемые резистивные роторные станции – морально и физически устарели. Экономическая выгода от установки новых резистивных станций на первый взгляд очевидна ввиду относительно небольшой стоимости. Однако, короткий срок службы коммутирующих контакторов и необходимость в постоянном обслуживании – это потеря денежных средств в дальнейшем. К.п.д. таких приводов также очень низкий, и для механизмов, требующих постоянного регулирования скорости дополнительные затраты на электроэнергию оказываются значительными.

Наиболее перспективным решением на сегодня является установка Асинхронно-Вентильного Каскада (АВК). Такие преобразователи работают в рекуперативном режиме, что обеспечивает высокий коэффициент полезного действия.

Область применения преобразователей с асинхронно-вентельным каскадом:

• шахтные вентиляторы, конвейеры;
• дробилки, мельницы;
• вращающиеся печи, воздуходувки, тягодутьевые установки цементных заводов;
• электроприводы механизмов собственных нужд электростанций;
• насосы водоснабжения коммунальных систем;
• лебедки, роторы, насосы буровых установок;
• конвейеры большой производительности и большой длины;
• механизмы приводов ковочно-штамповочных прессов, ножниц, листогибочных машин, волочильных станов, канатных машин и пр.

НПП «РУМИКОНТ» совместно с ЧАО «Донецкая инжиниринговая группа» была разработана серия комплектных преобразователей АВК КВИП (Комплектный выпрямительно-инверторный преобразователь) для двигателей мощностью от 10 кВт до 4000 кВт.

Принцип действия АВК заключается в следующем. Напряжение, генерируемое ротором асинхронного двигателя, выпрямляется выпрямителем (В), после чего инвертируется обратно в сеть инвертором (И). Роторная станция, изображенная на рисунках 1 и 2, может служить в качестве резерва. Также она может быть использована для начального запуска асинхронного двигателя в случаях, когда диапазон регулирования скорости ограничен 30. 60 % от номинального значения. Такая схема позволяет уменьшить установленную мощность трансформатора (Тр) на 30. 40 %.

Рис. 1. Типовая функциональная схема АВК для АДФР 6(10)кВ

Рис. 2. Типовая функциональная схема АВК для 0,4кВ

Для сети 0,4 кВ в качестве согласующего с сетью элемента вместо трансформатора (Тр) может использоваться сетевой реактор (Р).

Подбор дополнительного оборудования (выключатели, коммутирующие элементы), осуществляется индивидуально для каждого проекта.

Асинхронно-вентельный каскад (как и роторные станции) позволяет осуществлять одноквадрантное регулирование. Управление в 3-м квадранте (-ω, -М (рисунок 3)) можно осуществить только путем изменения направления вращения поля статора. Для этой цели используются контакторные или тиристорные реверсоры. Снижение скорости, при этом, обычно осуществляется при помощи устройства динамического торможения. Недостатком такого способа торможения является нелинейность динамической характеристики асинхронного двигателя в этом режиме (зависимость скорости вращения от тока торможения).

Рис. 3. Диаграмма управляемости

Решить данную проблему позволяет использование АВК с тиристорным выпрямителем в роторной цепи. В этом случае для торможения используется энергия сети. Функциональная схема такой установки приведена на рисунке 4.

Рис. 4. Типовая функциональная схема АВК для сети 6(10) кВ с возможностью торможения

Как видно из рисунка 4, для возможности осуществления тормознго режима асинхронный двигатель должен быть оснащен датчиком положения, обеспечивающим синхронизацию выпрямителя с роторным напряжением.

Кроме возможности осуществлять тормозной режим, данная схема позволяет работать в определенном диапазоне скорости в 3-м квадранте без переключения направления поля. Данная возможность может быть полезна при выполнении так называемых «посадочных» операций в установках шахтного подъема, так как исключается необходимость переключать высоковольтный реверсор для точного позиционирования клети.

Для проверки режимов функционирования и управляемости асинхронно-вентельного каскада НПП «РУМИКОНТ» совместно с ЧАО «Донецкая инжиниринговая группа» был изготовлен преобразователь КВИП-800/1050-2-6-50-1100-1-3-П-003-УХЛ4.

Данное исполнение КВИП состоит из трех частей:

• шкаф силовой (ШС);
• шкаф с реактором (ШР);
• шкаф управления (ШУ).

Внешний вид силового шкафа и шкафа управления представлен на рисунке 5. Силовой блок показан на рисунке 6.

Рис. 5. КВИП шкаф силовой, шкаф управления

Рис. 6. КВИП силовой блок

Были проведены испытания на функционирование, подтвердившие управляемость электропривода во всех четырех квадрантах. При испытаниях использовался асинхронный двигатель с фазным ротором мощностью 250 кВт (660 В, 250 А).

Конструкция

Конструктивно КВИП выполнен в виде металлических шкафов. Обслуживание шкафов одностороннее. Компоновка свободная.

Охлаждение силового шкафа – воздушное принудительное от встроенных вентиляторов (включение вентиляторов при нагреве силового блока до температуры выше критической). В силовом шкафу для отвода тепла от полупроводниковых приборов используются охладители на основе тепловых труб.

Ввод кабелей в силовой шкаф производится через днище шкафа.

На дверях шкафов установлены стрелочные измерительные приборы. Световая индикация положения силовых коммутационных аппаратов, кнопки местного управления силовыми коммутационными аппаратами, ключ выбора режима управления силовыми коммутационными аппаратами «Местное — Дистанционное» и пультовый терминал.

Силовые цепи

Шкаф силовой состоит из выпрямителя, инвертора и вакуумных трехфазных контакторов. Кроме того, в состав силового шкафа входят измерительные шунты и цепи защиты от перенапряжений.

Тиристорный выпрямитель предназначен для выпрямления переменного тока ротора в постоянный при разгоне асинхронного двигателя и инвертирования ЭДС сети через ротор асинхронного двигателя при торможении. Переменный ток ротора имеет изменяющуюся амплитуду и частоту.

Тиристорный инвертор осуществляет инвертирование (рекуперацию) энергии скольжения ротора в сеть при разгоне асинхронного двигателя и стабилизации скорости вращения и работает в режиме выпрямителя при формировании ЭДС для режима торможения асинхронного двигателя.

Для защиты тиристоров от перегрузки и сверхтоков при аварийных режимах служат предохранители, включенные в фазные цепи ротора и инвертора. Конструктивно предохранители расположены в нижней части силового шкафа в доступном для их замены месте. Контроль состояния предохранителей осуществляется автоматически системой управления.

В цепи выпрямленного тока АВК для сглаживания пульсаций и обеспечения непрерывности тока последовательно включены два сглаживающих дросселя типа CРОС (L=2 мГн, Idн =600 А).

Система датчиков

В КВИП применены следующие датчики параметров:

• контроль выпрямленного тока осуществляется при помощи модуля датчика тока L0501. В качестве первичного измерителя используется шунт 1000А/75 мВ;
• контроль выпрямленного напряжения осуществляется модулем датчика напряжения S0502. Сигнал на вход датчика поступает с резистивного делителя L0002;
• контроль наличия (уровня) сетевого напряжения на входе инвертора осуществляется модулем L2903;
• контроль режима работы выпрямителя (обнаружение вышедших из строя тиристоров, выявление режима опрокидывания) осуществляется за счет алгоритмической обработки сигналов, снимаемых с датчиков тока L0501, получающих сигналы от шунтов 1000А/75 мВ, установленных в фазах «А» и «В» роторной цепи;
• выявление режима опрокидывания инвертора и выпрямителя в режиме инвертора осуществляется путем алгоритмической обработки сигналов, снимаемых с датчиков запирания мостов (ДЗМ);
• синхронизация с питающей сетью осуществляется модулем синхронизации L2903 (установлен в шкафу управления);
• синхронизация с напряжением роторной цепи осуществляется путем обработки сигнала с энкодера (угол поворота);
• контроль температуры тиристоров (корпусов) осуществляется при помощи датчиков, расположенных непосредственно в силовом блоке. Информация о температуре тиристора передается в управляющий контроллер через формирователь импульсов соответствующего тиристора.
• датчик наличия дуги расположен в силовом шкафу.

Система управления КВИП

Система управления, реализованная на базе промышленного контроллера MIK-08. Программное обеспечение контроллера создано с помощью среды разработки встраиваемых приложений EAT-Eсlipse.

Рис. 7. Фрагмент проекта системы управления КВИП в среде EAT-Eсlipse

Функций системы управления:

• прием сигнала управления основным параметром и коммутационными устройствами (оперативное управление) от системы управления верхнего уровня;
• формирование и выдача сигналов состояния коммутационных аппаратов, состояния (готовности устройств КВИП к работе) в систему управления верхнего уровня;
• управление тиристорными мостами (выпрямителем и инвертором);
• регулирование параметров: скорости, тока ротора;
• выявление аварийных режимов и формирование сигналов отключения вакуумных выключателей;
• диагностика состояния и управление сигнализацией состояния устройств КВИП и режимов работы;
• организация связи (обмена информацией) между контроллером системы управления и пультовым терминалом;
• организация мониторинга и обеспечение режимов настройки при помощи пультового терминала;
• взаимодействие с средствами управления технологическими процессами верхнего уровня.

В состав управляющего контроллера входят: собственно промышленный контроллер MIK-08, преобразователь напряжения питания 24В/5В с гальванической развязкой, узлы согласования и гальванической развязки входных и выходных дискретных сигналов, узлы нормализации и гальванической развязки входных и выходных аналоговых сигналов, узлы гальванической развязки коммуникационных интерфейсов RS-485. Конструктивно управляющий контроллер с модулем питания Н0701 (220В/24В) и пультовым терминалом Т0601 расположены в шкафу управления.

Устройства согласования (промежуточные реле, гальваническая развязка импульсов управления) расположены в шкафу управления. Формирователи импульсов L2901 расположены в силовом блоке, находящемся в силовом шкафу.

Система защиты

Система защиты служит для выявления аварийных внештатных ситуаций, происходящих в КВИП и устранения угрозы развития аварийных токов и напряжений, способных повредить электрическую машину, силовое оборудование шкафа или причинить увечья обслуживающему персоналу. По средствам выявления и ликвидации аварийных ситуаций система защиты разделена на программную и аппаратную часть. К аппаратным средствам защиты относятся устройства, работа которых не cвязана с управляющим контроллером. Срабатывание таких устройств происходит автоматически, в результате превышения измеряемой величины внутренней аналоговой уставки.