2.3. Формирование переходного процесса пуска двигателя в разомкнутой системе преобразователь-двигатель

Прежде чем рассматривать условия формирования пуско-тормозных режимов в современных замкнутых системах электропривода, оценим показатели процессов, возможные в разомкнутой (без обратных связей) системе преобразователь - двигатель. Сегодня такой вариант пуска электропривода встречается уже крайне редко. Но его рассмотреть полезно, так как это позволит, во-первых, изучить свойства того прототипа электропривода, с которым можно сопоставлять эффективность принимаемых в дальнейшем различных решений, направленных на улучшение качества пуско-тормозных процессов и, во-вторых, сформулировать требования к желаемым параметрам силовых элементов электропривода (двигателя, механической передачи, преобразователя) с позиций оптимизации пуско-тормозных режимов.

Функциональная схема, показатели процесса пуска

В разомкнутой (без обратных связей) системе электропривода (рис. 2.3 а) якорные обмотки двигателя М постоянного тока независимого возбуждения и генератора G образуют общий контур, а обмотка возбуждения генератора LG контактором КМ может подключаться к источнику постоянного нерегулируемого напряжения возбуждения U_В.

Рассмотрим процессы пуска в электроприводе, вызванные срабатыванием контактора КМ.

С целью упрощения математических выкладок и максимального обобщения полученных результатов все переменные величины представим в относительных единицах. В качестве базовых значений этих переменных примем: для тока и напряжения на якоре двигателя – их номинальные значения I_Н и U_Н, для скорости вращения двигателя – скорость идеального холостого хода двигателя n₀. За базовое значение напряжения на входе преобразователя (напряжения возбуждения U_В) взято такое значение приращения его, которое обеспечивает изменение ЭДС преобразователя на величину U_Н. Считаем, что на время пуска к обмотке возбуждения генератора приложено напряжение U_В, по величине соответствующее установившемуся значению ЭДС преобразователя U_Н.

Передаточные функции звеньев, записанные в системе относительных единиц, представлены на структурной схеме (рис. 2.3 б). Управляемый преобразователь (генератор G) представлен инерционным звеном с постоянной времени Т_П. Такое приближение упрощает рассуждения, но не нарушает их общности. В двигателе индуктивность якорной цепи L_Я принимается равной нулю, а учитывается только электромеханическая инерция якоря постоянными времени: механической Т_Д = J n₀ / M_Н и электромеханической Т_М = Т_Д / К_ЯЦ. Момент статической нагрузки считается равным нулю. Здесь J  момент инерции электропривода; n₀  скорость идеального холостого хода двигателя; M_Н  его номинальный момент; К_ЯЦ  кратность тока короткого замыкания силовой цепи электропривода.

ЛАЧХ электропривода построены (рис. 2.4 а) для сочетания величин постоянных времени: Т_Д  Т_П  Т_М. Показатели процесса пуска, полученные для рассматриваемой модели электропривода:

• максимум тока якоря при пуске

I_М  К_М U_В = (Т_Д / Т_П ) U_В ;

• время достижения максимума тока

t_М  (3...4)  ₁ = (3...4)Т_М ;

 время переходного процесса пуска электропривода

t_ПП  (3...4)  ₂ = (3...4) Т_П .

После подключения обмотки возбуждения генератора к источнику постоянного напряжения U_В ток в обмотке возбуждения генератора, его магнитный поток и ЭДС увеличиваются до установившегося значения по экспоненциальному закону с постоянной времени Т_П (рис. 2.4 б). Из-за механической инерции скорость n вращения двигателя М и соответствующая ей ЭДС двигателя Е_Д отстают от ЭДС генератора Е_П. Увеличивающаяся разница Е_П  Е_Д вызывает рост тока якоря I_Я и увеличение темпа нарастания скорости, поэтому кривая скорости на начальном отрезке процесса имеет вогнутый характер. В результате отставание скорости от нарастающей Е_П замедляется, а через время (3...4) Т_М темпы нарастания Е_П и Е_Д практически одинаковы. Ток якоря достигает максимума, который затем постепенно снижается из-за постепенного снижения темпа нарастания Е_П. Общее время процесса определяется временем нарастания ЭДС генератора до установившегося значения. Для экспоненты это время составляет (3...4) Т_П.