Лабораторная работа №4

СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА В СИСТЕМЕ “ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ - ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ’’

4.1. Цель работы

Изучение принципа работы, исследование электромеханических =(I) и механических =(М) характеристик разомкнутой и замкнутой систем тиристорного электропривода постоянного тока.

4.2. Оборудование стенда

Лабораторный стенд состоит из приборного блока с двумя комплектами тиристорных преобразователей, электромеханического агрегата, состоящего из двух высокомоментных двигателей постоянного тока независимого возбуждения, один из которых исследуемый М1, другой – нагрузочный М2. Двигатели соединены c приборным блоком четырьмя кабелями: двумя силовыми и двумя измерительными. Питание стенда осуществляется от трёхфазной сети 380В,50 Гц. Напряжение на стенд подается с помощью автомата QF, расположенного с левой боковой стороны приборного блока.

Технические данные электропривода стенда.

Высокомоментный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов и встроенным тахогенератором (ДНВ, на рис. 4.1, М1, М2):

тип 1ПИ 12.11;

P_н= 0,49 кВт;

U_н= 53 В;

I_н= 12A;

об/мин;

М_н = 4,7Нм;

;

_н= 77 ;

R_я 0,6 Ом;

режим работы S1, S2, S5.

Тахогенератор n_м=4000 об/мин, крутизна характеристики 0,02 В/(об/мин).

Тиристорный выпрямитель :

тип 2РЕВ16 (“Кемек”):

I_н= 20А;

I_макс= 80 А в течение  0,2с;

E_d.M= 140В;

U_у 10В’

Д=2000.

Силовой трансформатор:

тип Т1ЕВ;

S_н=1,7кВА’

U_1н=380В^10_15 ;

U_2н=105 В; I_1н=2.7A; I_2н=9,8А; f_н=50Гц 2.

Соединение обмоток /Y,Y.

4.3. Перевод обозначений элементов оборудования и принципиальной электрической схемы на лицевой панели приборного блока (рис. 4.1.)

POWER	Энергия
ТHYRISTORIZED DC DRIVE	Тиристорный привод постоянного тока
TEST MOTOR	Исследуемый двигатель
ARMATURE VOLTAGE	Напряжение якоря
ARMATURECURRENT	Ток якоря
BRAKE MOTOR	Нагрузочный двигатель
HAND CONTROL	Ручное управление
SPEED, rad/s	Скорость, рад/с
REFERENCE VOLTAGE	Опорное напряжение
BRAKE MOTOR COTROL	Управление нагрузочным двигателем
LOGIC UNIT	Блок логики
ON	Включено
OFF	Выключено
CMPT	Компьютер

4.4. Статические характеристики и режимы работы системы тиристорный преобразователь (тп) – двигатель постоянного тока независимого возбуждения (дпт)

Для питания электродвигателей постоянного тока от сетей переменного тока необходимы преобразовательные устройства. В современной технике широкое применение получили управляемые вентильные (тиристорные) преобразователи, с помощью которых осуществляется преобразование энергии переменного тока в энергию постоянного тока и обратное преобразование. Регулирование напряжения осуществляется путем изменения длительности работы вентиля (тиристора) в проводящую часть периода, характеризуемое углом запаздывания открывания , который отсчитывается от точки естественного открывания. Среднее значение выпрямленной ЭДС E_d в режиме непрерывных токов определяется следующим образом:

, (4.1)

где E_d0 – максимальная величина выпрямленной ЭДС, соответствующая отсутствию запаздывания открывания вентилей (=0), равная

, (4.2)

где m_в – число пульсаций в периоде: m_в=m – для трехфазной нулевой схемы; m_в=2m – для трехфазной мостовой схемы; m – число фаз преобразователя; E_2фмакс, E_2ф – амплитудное и действующее значение фазной ЭДС вторичной обмотки трансформатора.

Среднее значение напряжения и тока вентильного преобразователя определяются его параметрами и схемой соединения. Поэтому выражение (4.1) для среднего значения выпрямленной ЭДС можно записать:

, (4.3)

где k_cx – коэффициент, зависящий от схемы тиристорного преобразователя.

На практике в основном используются схемы с нулевым выводом, в которых используется лишь одна полуволна переменного тока, и мостовые схемы, в которых используются обе полуволны переменного тока. Соответственно, k_cx коэффициент для этих схем будет:

k_cx =2,34 – трехфазная мостовая схема; k_cx=1,17 – трехфазная нулевая схема.

При питании якоря двигателя постоянного тока от вентильного преобразователя эквивалентную схему замещения цепи выпрямленного тока можно представить в следующем виде:

Рис. 4.2. Схема замещения цепи выпрямленного тока

В соответствии с законом Кирхгофа для приведенной схемы может быть записано следующее уравнение:

_, (4.4)

где R_ЭПР – эквивалентное активное сопротивление преобразователя:

,

где R_T и x_T – соответственно активное и индуктивное сопротивления фазы трансформатора; R_ДР – активное сопротивление сглаживающего дросселя.

Согласно выражения (4.4) уравнения электромеханической и механической характеристик системы тиристорный преобразователь – двигатель имеют вид:

, (4.5)

, (4.6)

где .

Приведенные уравнения получены в предположении непрерывности тока якоря ДПТ. Однако, при уменьшении нагрузки имеет место режим прерывистых токов , который искажает линейность механических характеристик . Данный режим обуславливается тем , что энергии, запасенной в индуктивностях якорной цепи ДПТ оказывается недостаточно для поддержки тока при отрицательных напряжениях на аноде тиристоров , что приводит к увеличению выпрямленного напряжения U_d, а, следовательно, к возрастанию угловой скорости вращения ДПТ.

Электромеханические (механические) характеристики трехфазного тиристорного нереверсивного мостового электропривода приведены на рис. 4.3. , толстым контуром выделен режим гранично-непрерывного тока, слева от которого имеет место режим прерывистых токов, а справа – режим непрерывных токов. Видно, что регулируя угол задержки открытия тиристоров, можно получить семейство параллельных в режиме непрерывных токов линейных характеристик.

Данный привод допускает работу в 1 и 4 квадрантах. Электрическая машина может работать как в двигательном режиме (зона, ограниченная на рис. 4.3 осями координат и характеристикой), при =0, так и в тормозных режимах: противовключения, рекуперации, динамического торможения – характеристика при =/2.

Рис. 4.3. Электромеханические (механические) характеристики

в системе ТП-ДПТ

Разомкнутые системы регулирования скорости вращения нашли применение лишь в относительно дешевых электроприводах, не требующих высокой точности регулирования. Этот тип приводов с высокомоментными двигателями целесообразно использовать в замкнутых системах регулирования. Наибольшее применение в комплектных электроприводах нашел принцип подчиненного регулирования с двумя контурами регулирования (контур тока и контур скорости). Подчиненное регулирование основано на том, что внешний контур вырабатывает сигнал задания для внутреннего контура. Внутренний контур является звеном внешнего контура, и его параметры учитываются при оптимизации последнего.