Преобразователь ППО-2-400 для люминесцентного освещения, преобразующий 50 в постоянного тока в 220 В переменного тока частотой 400 гц, состоит из приводного электродвигателя постоянного тока и генератора повышенной частоты, смонтированных в одном корпусе, и двух блоков (на рис. 119 показаны условно — схема КВЗ) пускорегулирующей аппаратуры: блока стабилизатора скорости вращения КАР-400 (рис. 124) и блока пускателя ПП-200.
Запуск электродвигателя Д осуществляется нажатием кнопки «пуск» Км3, установленной в пульте управления, или 2КП, установленной в блоке ПП-200. В обоих случаях контактор КЛ получает питание, срабатывает и своими главными контактами 1—34 подключает шунтовую обмотку ШОВ двигателя Ш2 — Я2 на полное напряжение сети, а якорь двигателя включает в сеть через пусковой резистор ПС. Скорость вращения двигателя начинает возрастать. Одновременно замыкаются блок-контакты 13—12 и 9—30 контактора КЛ, шунтирующие кнопки «пуск» и подготавливающие цепь контактора 1КУ и дифференциального реле РД к включению. Рабочая катушка 31—7 включается на напряжение, равное противо- э.д.с. двигателя, а удерживающая катушка 31—21 — параллельно пусковому резистору ПС. По мере увеличения числа оборотов двигателя напряжение на его якоре повышается, а на пусковом резисторе понижается. Соответственно изменяются усилия, развиваемые рабочей и удерживающей катушками.
Рис. 124. Принципиальная схема преобразователя ППО-2-400
В момент, когда противо- э.д.с. двигателя составляет около 80% напряжения сети, дифференциальное реле РД срабатывает и включает контактор 1КУ, который полностью шунтирует своими контактами пусковой резистор ПС. Одновременно замыкающий блок-контакт 12—8 1КУ шунтирует контакт реле РД, а размыкающий контакт 30—14 обесточивает рабочую катушку реле РД. На этом пуск преобразователя заканчивается.
Реле напряжения PH включается одновременно с контактором 1КУ и своим замыкающим контактом Т — С1 включает цепь нагрузки генератора Г. Реле настроено на включение в холодном состоянии при напряжении 30 — 35 в, а в нагретом при 40—45 в. Чтобы остановить преобразователь, достаточно нажать кнопку «Стоп» (1КП или KJM4).
В случае недопустимой перегрузки двигателя срабатывает тепловое реле ТРТ и своим размыкающим контактом 3—4 отключает контактор КЛ, который разрывает цепь питания двигателя. Для повторного включения после восстановления тепловой защиты требуется вновь нажать кнопку «Пуск». Защита цепи управления осуществляется плавкими предохранителями 1П и 2П типа ПДС. Для изменения номинальных оборотов двигателя вручную изменяют величину сопротивлений 20С и 12С.
Поддержание выходной частоты преобразователя при изменении напряжения сети и нагрузки осуществляется изменением ампервитков возбуждения электродвигателя Д. Двигатель имеет две обмотки возбуждения: одну непосредственно включенную в сеть ШОВ и вторую подмагничивающую ПОВ, ампер-витки которой складываются с основной шунтовой обмоткой.
Датчиком скорости вращения (частоты) служит генератор переменного тока, частота напряжения которого прямо пропорциональна скорости вращения двигателя преобразователя.
Схема стабилизатора скорости вращения КАР-400 состоит из следующих элементов: трансформатора ТП, магнитного усилителя МУ, дросселя 1Др, выпрямителей IB, 2В, резисторов 12С, 14С — 19С, конденсаторов К5, К11—K13. Трансформатор ТП служит для питания цепей рабочих обмоток магнитного усилителя МУ 54—49, 49—55 и измерительного органа стабилизатора. На первичную обмотку трансформатора ТП напряжение подается непосредственно с клемм генератора.
Магнитный усилитель МУ, усиливающий сигналы, поступающие от измерительного органа, состоит из двухстержневого сердечника и обмоток: рабочих 54—49, 49—55, внешней обратной связи 56—57, управления 58—52 и стабилизации 60—42. Сердечники магнитных усилителей изготавливаются из пермаллоя.
Величина тока рабочей обмотки магнитного усилителя при неизменном в рассматриваемый момент времени напряжении определяется индуктивным сопротивлением данной обмотки. Это сопротивление в свою очередь, зависит от ампер-витков суммарного подмагничивания обмотки внешней обратной связи и обмотки управления.
Чем больше поток подмагничивания, тем меньше индуктивное сопротивление рабочей обмотки и больше ток на выходе магнитного усилителя и наоборот. Ток, протекающий через рабочие обмотки магнитного усилителя, выпрямляется кремниевыми выпрямителями 1В и обтекает регулировочную обмотку двигателя.
Магнитный усилитель выполнен с внутренней положительной обратной связью, т. е. выпрямители включены последовательно с рабочими обмотками, соединенными между собой параллельно. Направление тока через выпрямители выбрано таким, что ток обмотки управления и постоянная составляющая тока рабочей обмотки создают согласованное намагничивание в усилителе. Так как внутренней положительной обратной связи недостаточно для получения нужного коэффициента усиления, то в магнитном усилителе Л! У предусмотрена обмотка внешней обратной связи.
Внешняя положительная обратная связь — это такое соединение выхода с входом усилителя, при котором часть выходной мощности магнитного усилителя снова поступает на его вход, производя дополнительное подмагничивание сердечника. Обмотка внешней обратной связи обтекается выпрямленным током рабочих обмоток. Регулировка внешней обратной связи, производимая с целью получения большой точности поддержания выходной частоты при изменении напряжения питающей сети двигателя преобразователя, осуществляется изменением соотношения плеч сопротивления в резисторе 12С, шунтирующем обмотку обратной связи магнитного усилителя.
Обмотка управления магнитного усилителя является нагрузкой измерительного органа (1Др, К13, 19С, 2В, 15С—19С) регулятора оборотов и питается током, величина и направление которого зависят от величины и знака отклонения частоты генератора от номинального значения.
Для обеспечения устойчивой работы в схеме регулирования введена отрицательная обратная связь, которая состоит из последовательно включенных с регулировочной обмоткой двигателя обмотки стабилизации 60—42 магнитного усилителя, конденсатора К11 и резистора 14С. Конденсатор К12 служит для устранения автоколебаний в переходных режимах. Конденсатор К5 замыкает на выходе регулятора переменную составляющую выпрямленных токов.
Назначение измерительного органа заключается в питании обмотки управления магнитного усилителя МУ таким током, который необходим для работы регулятора оборотов, поддерживающего в заданных пределах скорость вращения двигателя (частоту генератора). Постоянная составляющая этого тока по величине и полярности зависит от величины и знака изменения скорости вращения двигателя (частоты генератора).
Основными элементами измерительного органа стабилизатора скорости вращения являются: кольцевая фазочувствительная схема (кольцевой демодулятор) и резонансный контур. Кольцевой демодулятор состоит из последовательно включенных кремниевых диодов 2В и резисторов 15С—18С, которые образуют замкнутое кольцо. Резисторы способствуют повышению стабильности характеристик демодулятора.
Резонансный контур состоит из дросселя 1Др, конденсатора К13, резистора 19С. Настраивается он в резонанс при частоте, равной номинальной частоте генератора преобразователя. Резистор 19С служит для повышения быстродействия магнитного усилителя МУ.
Напряжение со вторичной обмотки дросселя 1Др подается на диагональ кольцевого демодулятора 68—69. На вторую диагональ демодулятора 48—91 подается напряжение непосредственно от трансформатора ТП.
Отпайка 58 делит вторичную обмотку дросселя 1Др на две равные части. Количество витков на частях 48—52 и 52—91 трансформаторной обмотки одинаковое. Средние точки вторичных обмоток — 58 дросселя 1Др и 52 трансформатора ТП — соединены с обмоткой управления магнитного усилителя МУ, которая является выходной нагрузкой измерительного органа.
Принцип работы измерительного органа основан на изменении угла сдвига фаз напряжений на диагоналях кольцевого демодулятора 68—69 и 48—91 при изменении частоты генератора. При номинальной частоте резонансная цепь (1Др и К13) настроена в резонанс и угол сдвига напряжений на диагоналях демодулятора близок к 90°. В этом случае, т. е. при нулевом сигнале, среднее значение тока в обмотке управления магнитного усилителя равно нулю.
Так как схема демодулятора симметрична (сопротивления плеч демодулятора равны), то при отсутствии входного сигнала, вызываемого отклонением частоты от поминальной, ток, обусловленный разницей напряжения на диагоналях 48—91 и 68—69 демодулятора, замыкается в один полупериод по цепи 48—72—68—71—91, а в другой полупериод — по цепи 91—70—69—73—48 и не проходит по обмотке управления магнитного усилителя.
Когда частота генератора отклонится от номинальной, угол сдвига фаз между напряжениями на диагоналях демодулятора изменится и в обмотке управления появится ток, величина и направление которого будут зависеть от знака и величины изменения частоты. При этом в демодуляторе происходят следующие процессы. В первый полупериод ток замыкается по цепи 58—52—48—72—68. По второй половине обмотки дросселя 1 Др ток не проходит, так как диод 73—69 препятствует протеканию тока через плечо 48—69, а по цепям 68—71—91—70—69 и 68—71—91—52—58 ток не может замкнуться, так как напряжение на участке 48—91 больше, чем напряжение на диагонали 68—69. В следующий полу период при изменении полярности ток, протекающий по обмотке управления МУ, создается частью обмотки 58—69 дросселя 1Др; причем в оба полупериода ток в обмотке 58—52 направлен одинаково.
С уменьшением частоты ток демодулятора меняется так, что подмагничивание МУ уменьшается, так как ток обмотки управления направлен встречно току в обмотке положительной обратной связи; вследствие этого ток рабочих обмоток МУ тоже, уменьшается. Это вызывает уменьшение ампер-витков подмагничивающей обмотки ПОВ, что приводит к увеличению скорости вращения двигателя (частоты генератора). При увеличении частоты генератора все процессы протекают в обратном порядке.
Схема гибкой отрицательной обратной связи работает следующим образом. При установившейся скорости вращения по обмотке стабилизации ток не протекает, так как последовательно с ней включен конденсатор К11. Если из-за увеличения или уменьшения напряжения питающей сети или нагрузки изменится скорость вращения, то частота генератора изменится и измерительный орган выдаст сигнал к восстановлению скорости. Например, при внезапном увеличении скорости вращения частота генератора увеличится и измерительный орган выдаст сигнал к увеличению суммарных ампер-витков возбуждения двигателя. Если стабилизирующая цепь отсутствует, ампер-витки возбуждения двигателя могут увеличиться настолько, что скорость вращения преобразователя станет ниже номинальной, измерительный орган выдаст сигнал обратного направления и скорость вращения поднимается выше номинальной. Таким образом, возникнут незатухающие или медленно затухающие колебания скорости вращения.
При наличии же стабилизирующей цепи в случае внезапного повышения (снижения) скорости вращения измерительный орган выдаст сигнал к увеличению (уменьшению) ампер-витков возбуждения двигателя, но как только ток на выходе МУ начнет изменяться, по обмотке стабилизации потечет зарядный (разрядный) ток конденсатора К11. Возникающие при этом ампер-витки стабилизации будут противодействовать изменению ампер-витков обмотки управления, и процесс изменения тока на выходе МУ замедлится. Это в свою очередь приведет к тому, что ампер-витки возбуждения изменятся плавно, и скорость вращения двигателя без значительных колебаний возвратится к номинальному значению. Процесс возвращения скорости вращения двигателя к номинальному значению носит быстро затухающий колебательный характер.
Для защиты преобразователя от случайного повышения скорости вращения, которое возникает в случае обрыва одной из обмоток возбуждения двигателя, служат дроссель 2Др, выпрямитель ЗВ, конденсаторы К14, К15 и максимальное реле РМ. Реле срабатывает при увеличении скорости вращения двигателя на 20% по сравнению с номинальной.
Возбуждение генератора преобразователя ППО-2-400 осуществляется постоянными магнитами, расположенными на роторе. С ростом нагрузки от нуля до номинальной напряжение на зажимах генератора падает за счет увеличения внутреннего падения напряжения.
Рис. 125. Принципиальная схема преобразователя ППБ-50
В связи с этим применена статическая емкостная компенсация напряжения (шесть конденсаторов МБГЧ 10 мкф, 250 в включены последовательно в цепь нагрузки генератора), которая позволяет получать практически стабильное напряжение во всем диапазоне изменения нагрузки. Для экономии места конденсаторы К16 блока емкостной компенсации размещены в коробке КАР-400, поэтому нагрузка подключается к выходным клеммам этого блока.
Электродвигатель преобразователя смонтирован в одном корпусе с генератором. Генератор и электродвигатель имеют общий вал ротора, опирающийся на два шарикоподшипника, вмонтированные в подшипниковые щиты. На валу преобразователя монтируется якорь двигателя с коллектором, клювообразный ротор генератора с кольцевыми постоянными магнитами из специального сплава Альнико по ТУ № ОАА586085—58. Магниты расположены одноименными полюсами навстречу, чтобы исключить утечку магнитного потока по валу. Кроме того, на валу установлен центробежный вентилятор, литой из сплава АЛ-9 со стальной втулкой. Электродвигатель преобразователя, четырех полюсный с добавочными полюсами, имеет на главных полюсах три обмотки возбуждения: шунтовую, сериесную и регулировочную. Основные технические данные преобразователя следующие:
Напряжение питающей сети, в:
номинальное ..50
минимальное .45
максимальное .73
Потребляемый из сети ток, а 45—90
Номинальная скорость вращения, об/мин . . . 3 000
Выходное напряжение, в 220±11
Выходная частота, гц ... 400±8
Мощность нагрузки, кВт . 2,0
Ток нагрузки, а 10,7
Коэффициент мощности 0,85
Число фаз выходного напряжения 1
Режим работы ... Длительный