книги из ГПНТБ / Глазенко Т.А. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока

скорости вращения в результате двойного сглаживания благодаря электромагнитной и электромеханической инерционностям системы, как правило, можно пренебречь (см. § 1-8). В большинстве практиче­ ских случаев исследование динамических качеств системы «ШИП—• двигатель» может быть выполнено методами, применяемыми в теории непрерывных систем автоматического управления, так как выпол­ няются условия эквивалентности непрерывной и импульсной систем, сформулированные в теореме Котельникова—Шэннона. При иссле­ довании переходных процессов в электроприводах с ШИП обычно ограничиваются расчетом средних за период скоростей вращения. Для этого уравнения движения привода (1-3) записываются для сред­ них значений тока і = іср и угловой скорости о = <оср, причем за базовую величину времени удобно принять постоянную Тм:

* ^ с р + т : ^ = и с р ( п , ^ ± і с = і с р

или

Передаточная функция разомкнутой системы электропривода с ШИП К (р) = Км (р) /СдВ (р), где Ки (р) — передаточная функция модулятора длительности и усилителя, /Сд В (р) — передаточная функ­ ция машины постоянного тока.

В области малых входных сигналов (линейная зона работы усили­

выходе ШИП). При больших входных сигналах и в системах с глубо­ кой отрицательной связью по скорости процессы в электроприводах

1-3. Квазиустановившиеся процессы и характеристики

систем «ШИП — двигатель» с неизменной структурой силовой цепи

Точные выражения тока в якоре двигателя, учитывающие измене­ ния скорости вращения в течение периода Т, для установившегося режима работы привода (Мс = const, сос р = const) определяются из уравнений (1-21) — (1-23) и (1-28), если считать в них п -> .со. Поскольку непрерывные составляющие ія (і) в установившемся ре­ жиме отсутствуют, то выражения для относительного тока якоря на

двух интервалах периода имеют вид: а) для систем с однополярными импульсами напряжения (рис. 1-10, а)

нах с независимым возбуждением не создает полезного момента, а вызывает лишь дополнительный нагрев обмотки. Заметим, что в сим» метричных реверсивных системах с у0 = 0,5 амплитуда пульсации тока в якоре вдвое больше, чем в системах с однополярными выход­ ными импульсами и у0 = 0, см. (1-30, 1-31).

Как уже отмечалось, в большинстве случаев для полупроводни­ ковых электроприводов пульсациями скорости вращения в течение

двигателя в установившемся режиме постоянными и равными их сред­

0 < ^ < 1 — у.

Используя уравнения (1-30), (1-31) и (1-33), можно рассчитать,

изменения токов и напряжений в выходном каскаде ШИП с несиммет-

h [Y]

ричным законом коммутации. При этом для систем с у 0 = О

Уравнения механических характеристик электроприводов «ШИП—двигатель» в относительных единицах, полученные на осно­ вании уравнений средних напряжений для цепи якоря (рис. 1-10, а), имеют вид: а) для несимметричных систем с однополярными импуль­ сами

Рис. 1-15

б) для симметричных реверсивных систем со знакопеременными им­ пульсами выходного напряжения

Механические характеристики системы представляют собой се­ мейство прямых линий с постоянным углом наклона к оси абсцисс

зом, если сопротивление силовой цепи в оба интервала периода — величина постоянная, механические характеристики системы «ШИП— двигатель» аналогичны механическим характеристикам системы «ге­ нератор—двигатель».

Действительные механические характеристики электропривода с импульсным полупроводниковым усилителем несколько отличаются от расчетных (1-40). Особенно заметно это отклонение в системах, пи­ тающихся от источника низкого напряжения 12—27 в. Характе­ ристики, полученные опытным путем (рис. 1-15, а, б сплошные кри­ вые), вблизи оси ординат имеют крутой участок.

Это объясняется тем, что в состав силовой цепи входят нелинейные элементы: диоды, транзисторы и переход «щетки—коллектор» машины. В зависимости от схемы соединения выходного каскада и закона ком-

мутации число диодов и транзисторов, включенных последовательно с якорем в отдельные интервалы периода, может изменяться. Однако во всех случаях суммарная характеристика нелинейных элементов имеет вид, указанный на рис. 1-16, а. Следовательно, более точная схема замещения выходного каскада в оба интервала периода содер­ жит эквивалентный источник напряжения U0, действующий всегда в направлении, противоположном направлению тока (рис. 1-10, а).

При переходе машины из двигательного режима в генераторный направление тока в якоре изменяется. Соответственно должен быть изменен и знак перед составляющей напряжения U0.

P H C . J 1 - 16

Учитывая сказанное, можно представить уточненные уравнения механических характеристик привода с учетом нелинейности диодов и коммутирующих элементов в виде:

Таким образом, уточненная механическая характеристика привода состоит из трех участков (рис. 1-16, б). Первый и третий участки по­ лучаются параллельным смещением расчетной характеристики вверх (при работе машины в генераторном режиме) и вниз (двигательный режим) на величину 00.

Границы этих участков соответствуют абсциссам ± 10/1к, опреде­ ляемым по суммарным вольт-амперным характеристикам нелинейных элементов. Второй участок представляет собой прямую, проходящую через точки а, б (рис. 1-15, б).

Механическая характеристика замкнутой по скорости системы электропривода «ШИП—двигатель» находится совместным решением уравнений:

по скорости представляют собой семейство параллельных прямых, наклон которых к оси абсцисс определяется главным образом коэффи­ циентом передачи системы v.

рактеристик системы ограничивается слева и справа почти вертикаль­

ными прямыми, абсциссы которых равны / у с т = / у с т / / к (рис. 1-17). В отличие от разомкнутых систем электропривода «ШИП—двига­ тель», где нормальная работа преобразователя невозможна в случае питания от выпрямителя при переходе машины в генераторный режим [28], в системах, замкнутых по скорости, питаемых от выпрямителей, машина может работать во втором квадранте механических характе­ ристик. Наличие вентилей в цепи питания в этом случае не оказывает существенного влияния на форму механических характеристик си­ стемы, так как при со > со3 происходит реверс входного сигнала, что приводит к переключениям управляющих напряжений на базах си­ ловых транзисторов. При этом напряжение на якоре в реверсивных системах изменяет свой знак или, в нереверсивных системах, цепь якоря закорачивается. Благодаря этому не происходит полного за­ пирания вентилей выпрямителя и значительного повышения напря-