ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМИ "ПЕРЕТВОРЮВАЧ-ДВИГУН З СТРУМОВОГО ВІДСІЧЕННЯМ"

Розрахунок електромеханічних характеристик системи "перетворювач-двигун з струмового відсіченням", функціональна схема якої зображена на рис. 6.2, зробимо з урахуванням наступних припущень:

• • статична характеристи ика перетворювача лінійна;
• • коефіцієнт передачі датчика струму постійний у всьому діапазоні зміни струму двигуна;
• • діод VD - ідеальний вентиль, у якого пряме опір дорівнює нулю, а зворотне опір - нескінченності.

Складемо систему рівнянь, які описують елементи і зв'язку системи електроприводу в сталому режимі роботи для двох ділянок електромеханічної характеристики.

На першій ділянці характеристики струм якоря двигуна і струмовий зв'язок не діє, тоді система рівнянь запишеться в наступному вигляді:

(6.4)

де - напруга на виході перетворювача, В; - ЕРС холостого ходу перетворювача, В; - еквівалентний опір перетворювача, Ом; - коефіцієнт передачі перетворювача; - опір датчика струму.

Вирішуючи систему рівнянь (6.4), враховуючи, що , отримаємо рівняння електромеханічної характеристики розімкнутої системи електропривода

(6.5)

де - опір якірного ланцюга системи П-Д; - коефіцієнт передачі двигуна.

На другій ділянці характеристики вступає в дію струмовий відсічення. Напруга управління перетворювачем

(6.6)

а напруга обрат ної зв'язку по струму

де - коефіцієнт передачі зворотного зв'язку по струму, Ом; опорна напруга, В.

Вирішуючи спільно (6.4), (6.6) і (6.7), отримаємо рівняння електромеханічної характеристики замкнутої системи з негативним зворотним зв'язком по струму

(6.8)

Аналіз виразів (6.5) і (6.8) показує, що при дії струмового відсічення крутизна електромеханічної характеристики зростає і її можна регулювати зміною коефіцієнта . На рис. 6.5 показані електромеханічні характеристики системи для різних , причому . Зміна призводить до пропорційної зміни фіктивної кутової швидкості ідеального холостого ходу і, отже, до паралельного переміщення кривих. Наприклад, характеристика при і показана на рис. 6.5. штриховий лінією.

Мал. 6.5. Електромеханічні характеристики електроприводу для різних значень коефіцієнта передачі датчика струму

Зміна також призводить до пропорційної зміни кутових швидкостей ідеального холостого ходу і . Коефіцієнти при аргументі в виразах (6.5) і (6.8) залишаються постійними, а електромеханічні характеристики паралельно зміщуються, як показано на рис. 6.6, причому

Якщо вирішити рівняння (6.8) щодо струму I двигуна, то отримаємо вираз

яке показує, що при дії негативного зворотного зв'язку по струму електропривод буде працювати в режимі автоматичної підтримки струму двигуна, а кутова швидкість двигуна являє собою основне рівноваги вплив.

Мал. 6.6. Електромеханічні характеристики електроприводу для різних значень задає напруги

Структурна схема системи автоматичного регулювання (див. Рис. 6.2) при дії негативного зворотного зв'язку по струму може бути представлена у вигляді, наведеному на рис. 6.7. У ланцюг негативного зворотного зв'язку по струму введений нелінійний елемент (НЕ) з коефіцієнтом передачі, рівним одиниці, і зоною нечутливості, яка визначається опорним напругою

Мал. 6.7. Структурна схема системи автоматичного регулювання струму з негативним зворотним зв'язком по струму

Опорна напруга можна розглядати як деякий еквівалентну задає вплив при дії негативного зворотного зв'язку по струму і перенести його на вхід системи. Тоді структурна схема системи буде відповідати рис. 6.8.

Мал. 6.8. Структурна схема електроприводу, що працює в режимі стабілізації струму двигуна

Значення необхідного коефіцієнта посилення контуру струму знаходиться за формулою

(6.10)

де - статична похибка підтримки струму в розімкнутої системі електроприводу, о. е .; - статична похибка підтримки струму в замкнутій системі;

( 6 . 11 )

де - струм короткого замикання, який визначається для верхньої регулювальної характеристики, А; - максимальне задає напругу, В.

Статична похибка замкнутої системи підтримки струму при дії струмового відсічення визначається вимогами технічного завдання для і за висловом

тоді

(6.13)

Коефіцієнт передачі зворотного зв'язку по струму , необхідний для отримання заданої електромеханічної характеристики в режимі стабілізації струму при , відповідно до структурної схемою рис. 6.8, дорівнює

(6.14)

Для остаточного розрахунку параметрів контуру струмового відсічення знайдемо . Значення опорного напруги можна визначити з виразу (6.7). При вузол струмообмеження вступає в дію, але напруга зворотного зв'язку по струму , тоді

(6.15)

Приклад 6.1. Розрахувати параметри і електромеханічні характеристики системи "тиристорний перетворювач-двигун з струмового відсіченням". Впливом режиму преривістоготока знехтувати. Струмовий відсічення вступає в дію при струмі . Повна зупинка електродвигуна повинна відбутися при струмі стопорения Тиристорний перетворювач має симетричну трифазну мостову схему випрямлення. Система імпульсно-фазового управління (СІФУ) виконана за вертикальним принципом управління з синусоїдальним опорною напругою. Коефіцієнт посилення тиристорного перетворювача . Еквівалентний опір тиристорного перетворювача Ом. Еквівалентна індуктивність тиристорного перетворювача Гн. Максимальна задає напругу В.

Електродвигун типу ПБСТ-52 має такі паспортні дані:

Рішення . Функціональна схема електроприводу наведена на рис. 6.9.

Мал. 6.9. Функціональна схема електроприводу "тиристорний перетворювач-двигун з струмового відсіченням"

Значення необхідного коефіцієнта посилення контуру регулювання струму знайдемо за виразом (6.13)

де - опір якірного ланцюга, Ом; - струм відсічення, А; - струм стопорения, А.

Необхідний коефіцієнт зворотного святи по току визначимо за формулою (6.14)

Опорна напруга знайдемо відповідно до виразу (6.15)

В якості первинного датчика струму використовуємо два трансформатора струму типу 6та з номінальним первинним струмом 15 А. При трансформатор струму забезпечує погрішність не більше 0,5%, а його коефіцієнт передачі . Як показано на функціональній схемі рис. 6.9, в дві фази вторинної обмотки силового трансформатора ТУ включені трансформатори струму ТА і ТА 2 таким чином, що їх загальний коефіцієнт передачі при перетворенні струму якоря двигуна дорівнює . Діодний міст VD1 ... VD4 випрямляє змінну напругу вторинної обмотки датчиків струму, а ємнісний фільтр С1 служить для придушення змінної складової в випрямленій напрузі. Тоді структурну схему датчика струму можна представити у вигляді, зображеному на рис. 5.10, де прийняті наступні позначення: - коефіцієнт передачі потенціометра R3 ; - коефіцієнт передачі фільтра.

Мал. 5.10. Структурна схема датчика струму

Для забезпечення до Т знайдемо коефіцієнт передачі потенціометра , враховуючи, що ємнісний фільтр має коефіцієнт передачі

позначимо

(6.16)

де - коефіцієнт узгодження зворотного зв'язку по струму.

тоді

Рівняння електромеханічної характеристики розімкнутої системи електропривода при має такий вигляд:

При підстановці чисельних значень параметрів отримаємо

(6.17)

де

Рівняння електромеханічної характеристики для ділянки стабілізації струму ( ) при підстановці (6.16) в (6.8) перетвориться до виду

(6.18)

При підстановці чисельних значень параметрів отримаємо

(6.19)

Розраховані за рівнянням (6.17) і (6.18) електромеханічні характеристики системи електроприводу Т11-Д з струмового відсіченням для трьох значень задає напруги В, В і В наведені на рис. 6.11.

Мал. 6.11. Електромеханічні характеристики електроприводу з струмового відсіченням

Приклад 6.2. Розрахувати статичну і динамічну механічні характеристики електроприводу "тиристорний перетворювач - двигун з струмового відсіченням" для максимального задає напруги . Функціональну схему, параметри двигуна, перетворювача і системи управління прийняти з умови прикладу 6.1.

Рішення. Електромагнітний момент двигуна постійного струму визначається рівнянням

( 6 . 20 )

Підставивши (6.20) в (6.5), отримаємо рівняння механічної характеристики розімкнутої системи електропривода а після підстановки чисельних значень параметрів

Рівняння механічної характеристики для ділянки стабілізації струму ( ) можна отримати при спільному рішенні рівнянь (6.20) і (6.18), тоді

(6.22)

Підставивши в (6.22) значення параметрів, отримаємо

Результати розрахунків механічної характеристики електроприводу внесемо в табл. 6.1.

Таблиця 6.1

Для розрахунку динамічної механічної характеристики електроприводу ТП-Д з струмового відсіченням складемо структурну схему електроприводу (рис. 6.12).

Тиристорний перетворювач представимо апериодическим ланкою з постійною часу

де Гц - частота мережі живлення; - число імпульсів випрямленої напруги.

Визначимо додаткові параметри двигуна:

• Коефіцієнт ЕРС (В ∙ с / рад) та електромагнітного моменту (Н ∙ м / А) при номінальному потоці збудження

• Індуктивність обмотки якоря двигуна

де р - число пар полюсів двигуна; для швидкохідних некомпенсованих машин; для нормальних некомпенсованих машин; для компенсованих машин.

• Індуктивність якірного ланцюга

• Електромагнітна постійна часу якірного ланцюга

Відповідно до структурної схемою рис. 6.12 в програмному середовищі W1NDORA складена схема імітаційної моделі електроприводу і проведені розрахунки перехідних процесів і динамічної механічної характеристики.

Нелінійний елемент з коефіцієнтом передачі, рівним одиниці, і зоною нечутливості, яка визначається опорним напругою , моделюється ланкою кусочно-лінійної апроксимації PGON. Вікно введення параметрів ланки кусочно-лінійної апроксимації представлено в табл. 6.2.

Таблиця 6.2

Механічна частина електропривода змодельована одномасової механічною системою з моментом інерції , навантаженої моментом опору типу "сухе тертя" і представлено ланкою HAFTINT.

Мал. 6.12. Структурна схема линеаризованной системи тиристорного електроприводу з струмового відсіченням

Результати моделювання перехідних процесів пуску двигуна при максимальному заданому напрузі наведені на рис. 6.13 у вигляді кривих і

Мал. 6.13. Графіки перехідних процесів і при відпрацюванні ступеневої вхідного сигналу

Динамічна механічна характеристика, побудована за результатами .моделірованія перехідних процесів, наведена на рис. 6.14, крива 2. Там же показана статична механічна характеристика (ламана 1), побудована за результатами розрахунків, зведених в табл. 6.1.

Висновки . Отримано гарний збіг динамічних і статичних механічних характеристик, однак, як показали результати досліджень, динамічний момент, а отже, і струм якоря двигуна перевищують в перехідних режимах допустимі значення за умовами комутації. Можливий вихід з ладу двигуна через псування колектора.

Мал. 6.14. Механічні характеристики електроприводу з струмового відсіченням: 1 - статична характеристика: 2 - динамічна характеристика: - розрахункові точки статичної характеристики