2.2. Расчет и построение статических характеристик в разомкнутой системе

Расчёт характеристик электропривода в такой системе производится в следующем порядке:

Определяются соответствующие значения выпрямленного тока ротора I_{d пер1,2} на границе перехода из 1 режима во 2 режим.

I_{d ПЕР 1,2} = E_d0 / 12x₂=226.907 А

Привод работает только в первом режиме: I_dmax = 125,96 А.

При построении воспользуемся уточнённым методом расчёта, и так как , то характеристики строим только для первого режима коммутации вентилей. Для построения механических характеристик необходимо: задаваясь значением выпрямленного тока ротора последовательно вычислять угол коммутации вентилей γ(I_d) и коэффициента учитывающего изменение сопротивления вентилей k(I_d) соответственно по выражениям:

Затем вычисляя скольжение по формуле:

вычисляем значение угловой скорости вращения:

Значение момента двигателя в разомкнутой системе вычисляется по формуле:

Детальный расчёт и построение статических механических характеристик в разомкнутой системе приведены в П.2. Механические характеристики в разомкнутой системе приведены на рис.2.7

Рис.2.7. Статические механические характеристики в разомкнутой системе

2.3. Синтез системы автоматического регулирования

Применение замкнутых систем существенно улучшает статические и дина­мические характеристики асинхронных ЭП с импульсным регулированием в цепи выпрямленного тока ротора. Появляется возможность регулирования, как скоро­сти, так и момента двигателя по необходимому закону, в различных режимах его работы. Скорость асинхронного ЭП с импульсным регулированием в цепи вы­прямленною тока ротора может контролироваться непосредственно, например, с помощью тахогенератора или косвенным путем через напряжение на выходе ро­торного выпрямителя и выпрямленный ток ротора. В связи с тем, что установка тахогенератора на асинхронном ЭД с контактными кольцами вызывает опреде­ленные затруднения, в ряде случаев предпочтительным является второй вариант.

Для стабилизации скорости рассматриваемого ЭП можно воспользоваться комбинацией обратных связей (ОС) по току I_d и напряжению U_d исходя из урав­нения для первого режима работы выпрямителя:

E_d0  s = R_э  I_d + k  L_др  I_d + U_d,

где R_э - эквивалентное внутреннее сопротивление роторного выпрямителя в первом режиме коммутации;

R_э = [3x₂s/ + k(r’₁s + r₂)];

где k – коэффициент, характеризующий изменение внутреннего сопротивления , выпрямителя;

Приняв R_э = const, k = const, получим

S = [R_э(T_эp + 1)I_d + U_d] / E_d0, где T_э = kL_д / R_э

Следовательно,

 = _с 

Таким образом, для получения сигнала обратной связи, характеризующего скорость двигателя, необходимо иметь сигналы по выпрямленному напряжению U_d и выпрямленному току I_d, причем в цепь ОС по току должно быть включено форсирующее звено с постоянной двигателя Т_эф, равной электромагнитной посто­янной двигателя Т_э.

Преобразовав последнее выражение к виду:

и умножив все члены выражения на k_u получим уравнение для сигнала обратной связи в системе управления:

U_ос = U_б   / _с = k_u  E_d0 – [k_i (T_эp+ 1)  I_d + k_u  U_d],

где U_б – базисное напряжение схемы управления, зависящее от применяемых в схеме элементов;

k_u – коэффициент усиления датчика напряжения роторного выпрямителя;

k_i – коэффициент усиления датчика тока роторного выпрямителя;

k_u = U_б / E_d0;

k_i = k_u R_э =

Так как величина R_э и Т_э двигателя в действительности изменяются при из­менении скольжения s и нагрузки,, характеризуемой коэффициентом k, то при не­изменных параметрах цепи ОС k_i и Т_эф точная настройка сигнала ОС по скорости возможна лишь в одной точке механической характеристики, где Т_э = Т_эф. В дру­гих точках Т_э  Т_эф и сигнал U_oc будет характеризовать скорость двигатля с неко­торой ошибкой.

При применении для стабилизации скорости ЭП комбинации обратных свя­зей по току I_d и напряжению U_d удобнее контролировать скольжение двигателя, а не его скорость. Это упрощает как реализацию схемы управления, так и уменьша­ет объем математического описания.

Уравнение для сигнала ОС по скольжению в этом случае имеет следующий вид

U_s = U_бs = k_i (T_эф  p + 1)  I_d + k_u U_d.

Функциональная схема асинхронного ЭП с импульсным регулятором в цепи выпрямленного тока ротора, реализующая в режиме стабилизации скорости ре­лейное управление коммутатором при ОС по скольжению, получаемой суммиро­ванием сигналов U_u и U_i приведена на рис.2.8, где сигнал U_s получаегся сумми­рованием сигнала по выпрямленному напряжению U_u = k_u U_d, снимаемого с по­тенциометра RP, с сигналом по выпрямленному току и его производной

U_i = k_i  (T_эфp + 1) I_d ,

который формируется из сигнала по выпрямленному току, снимае­мого с шунта RS, посредством форcирующего звена с постоянной времени Т_эф.

Рис. 2.8 Функциональная схема асинхронного ЭП с импульсным регулятором в цепи выпрямленного тока ротора

В роторную цепь асинхронного ЭД включен неуправляемый трехфазный мостовой выпрямитель UZ, к выходу которого последовательно с дросселем L подключено R или RC-цспь, периодически шунтируемая коммутатором UR- В ка­честве UR может быть использован транзисторный коммутатор.

Система автоматического регулирования координат ЭП содержит два кон­тура: внутренний релейный контур регулирования выпрямленного тока ротора и наружный контур регулирования скольжения двигателя. Если сигнал ОС по вы­прямленному току ротора U_i , снимаемый с шунта RS, достигает заданного уровня токоограничения U_iз, то на выходе релейного элемента А2 появится сигнал, кото­рый пройдя через формирователь импульсов A3, подает запрет на транзистор IGBT. Выпрям­ленный ток ротора при этом начнет уменьшаться и при каком-то его уровне, когда U_i станет меньше U_iз, релейный элемент возвратится в исходное состояние, отпи­рая транзистор IGBT. Ток ротора опять будет, увеличивается, и процессы повторя­ются. Регулируя гистерезис релейного элемента, при данных параметрах схемы можно ограничить максимальную величину частоты коммутации транзистора IGBT в режиме релейного токоограничения при формировании вертикальных участков статиче­ских характеристик ЭП. В режиме стабилизации скорости ЭП уставка токоограничения не остается постоянной, а является функцией скольжения. Величина уставки токоограпичеиия определяется сигналом U_iз получаемым при прохождении сигнала управления U_y через усилитель с ограничением Al. Сигнал Uy формиру­ется путем алгебраического суммирования сигналов задания и ОС по скольже­нию. Сигнал по скольжению U_s получается суммированием сигнала по выпрям­ленному напряжению U_u, снимаемого с потенциометра RP, с сигналом по вы­прямленному току и eго производной U_i, который формируется посредством шун­та RS и форсирующего звена с постоянной времени Т_ф.

Влияние задающего напряжения U_sз на вид статических характеристик показано на рис. 2.9.

Рис.2.9 Статические характеристики

Задающим напряжениям U_sз1 > U_sз2 соответствует скорости _з1 < _з2 при которых U_y = 0 и коммутатор заперт. При шунтируемой RC-цепи этому состоя­нию соответствуют скорости _з1 и _з2, являющимися скоростями идеального хо­лостого хода. В случае шунтирования R-цепи запертому состоянию коммутатора соответствует реостатная характеристика с R_доб = R, на которой находятся _з1 и _з2.

При увеличении нагрузки на валу скорость двигателя уменьшается, сигналы U_s, U_y, U_iз и соответственно средние значение выпрямленного тока ротора и мо­мента двигателя увеличиваются, и таким образом формируются жесткие участки статических характеристик; I и II - для шунтируемой RC-цепи и I’ и II’ - для шун­тируемой R-цепи.

Когда напряжение U’_i, пропорциональное выпрямленному току I_d достигнет значения U_iз в действие вступает контур токоограничения, который поддерживает постоянство заданного значения выпрямленного тока ротора I_dз по релейному принципу, формируя вертикальную характеристику III.