книги из ГПНТБ / Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие

одинаковыми двигателями. При 0 = л а. д. с. роторов обоих двига­ телей направлены навстречу друг другу, вследствие чего ток в цени роторов отсутствует и двигателине развивают момента. Соответст­ вующая атому случаю механическая характеристика вырождается в ось ординат. При 0 = л/2 асинхронный электропривод с поворотпым статором эквивалентен одному из двигателей при работе ого в нормальпой схеме включения и при наличии в фазах обмотки ротора дополнительного сопротивления, равного /?.,п/2.

Допустимый момент в рассматриваемой системе регулирования скорости определяется так же, как п для других систем с регулиро­ ванием напряжения асинхронного дпнгатоля. Учитывая, что п дан­ ном случае речь идет о двух-

что при введении /?.,п часть потерь скольжения выделяется вне двигателей АД1 и АД2.

Одним из недостатков рассматриваемой системы является сложность осуществления питания двигателя с поворотным статором. Оно может быть выполнено гибким кабелем пли с помощью скользя­ щего токосъемника. В этой связи следует подчеркнуть, что рассогла­ сованию 0 соответствует в р раз меньший пространственный угол поворота статора, что несколько облегчает условия работы токоподвода в случае многополюсных двигателей.

Следует также обратить внимание на относительно сложную конструкцию механизма поворота статора АД2. Привод этого меха­ низма должен содержать самотормозящуюся передачу с большим передаточным отношением. Ото позволяет отключат!, ВД (см. рис. 5-56) на периоды, когда 0 = const, и, кроме того, уменьшить мощ­ ность ВД. Момент, передаваемый статором АД2 па поворотную плат­ форму, является моментом реакции опоры и, следовательно, равен моменту этого двигателя. Отсюда мощпость па валу ВД

290

включенный параллельно якорю диод Д в этом случае закрыт в результате подачи на его анод отрицательного напряжения источника питания'. После размыкания К под действием э. д. с. са­ моиндукции в цепи якоря

для рассматриваемой системы электропривода могут быть записаны следующие уравнения:

грузки на валу двигателя и момент инерции системы элек­ тропривода.

При записи этих уравнений принято, что источник пи­ тания обладает свойствами источника напряжения, т. е.

292

его внутреннее сопротивление пренебрежимо мало, а диод Д обладает идеальными свойствами: его сопротивле­ ние равно нулю в проводящем направлении и бесконеч­ ности — в обратном направлении.

Для анализа установившегося режима работы привода (точнее, квазиустановившегося) необходимо проанали­ зировать соотношения между средними значениями тока, момента, скорости, напряжения. При этом имеются в виду средние значения указанных величин за период коммута­ ции К. Из (5-72а) и (5-726), полагая, что за время Тк момент М с = const, можно найти:

=(Д -М г )+ /(AcOi-f Дсо2)].

Для квазиустановившегося режима должно соблю­ даться соотношение Дсщ ^ — Дсо.2, т. е. мгновенные зна­ чения скорости в начале и конце периода должны быть равны друг другу, так как в противном случае имеет место переходный процесс, а не квазиустановившийся режим. Учитывая также, что tx + <2 = Тк, из предыдущего выра­ жения можно найти:

М с \1 — Мс-

Отсюда в соответствии с (5-71а) и (5-716)

293

Учитывая, что в квазиустановившемся режиме Л£Я1 = = — Дгя2, и обозначая tJ T K = у , находим:

а д » = у и с /сФнс1)Ср.

Отсюда уравнение скоростной характеристики системы ИРН—Д имеет вид:

Подставляя сюда (5-73), запишем уравнение механиче­ ской характеристики:

Полученные уравнения скоростных и механических характеристик идентичны уравнениям таких же характе­ ристик для других систем управляемый преобразователь— двигатель — см. (5-2) и (5-3); (5-2а) п (5-За); (5-37) и (5-38); (5-53) п (5-54). Механические и скоростные характери­ стики н в этом случае представляют собой параллельные друг другу прямые, отсекающие на оси ординат отрезки

(5' 7G)

При принятых допущениях (Rc = 0; /?д — 0) жесткость механических характеристик в рассматриваемом случае равна жесткости естественной механической характери­ стики, определяемой (2-16)

Из (5-74)—(5-76) следует, что изменение относитель­ ной величины замкнутого состояния ключа или скваж­ ности у = t j T к позволяет осуществлять регулирование угловой скорости двигателя. Изменение у может выпол­ няться различными способами. При широтыо импульсном регулировании (ШИР) остается неизменным период ком­ мутации Тк = const и, значит, частота коммутации /к = = 1.Т к = const, а изменение у осуществляется путем изменения времени замкнутого состояния ключа; при этом ifj = var. В случае частотно-импульсного регулиро­ вания (ЧИР) остается неизменной длительность включен­

294

ного состояния ключа {ty — consl) и изменяется частота коммутации (/„ = var), а значит, и длительность периода коммутации Т1{ — l '/ K= var. Возможен также и комби­ нированный, innротпо-частотш.ттт способ импульсного ре­ гулирования (Ш1.Ш В), когда одновременно изменяются и длительность замкнутого состояния и частота коммутации. Из указанных способов наибольшее распространение по­ лучил первый — ШИР, так как при его использовании удается относительно просто осуществить изменение у от 0 до 1, что, в свою очередь, дает возможность в широких пределах регулировать скорость двигателя. Второй спо­ соб — ЧИР характеризуется, как правило, более простыми схемными решениями, однако в этом случае не представ­ ляется возможным осуществить глубокое регулирование

дается идея импульсного регулирования.

Выражения (5-74) и (5-75) справедливы только в том случае, когда в цепи якоря проходит непрерывный ток. Если же в период отключенного состояния ключа ток i„ успевает снизиться до пуля и в кривой тока содержится пауза, как показано па рис. 5-61, б, то имеет место режим прерывистого тока. В этом случае движение привода во время паузы тока связано с большим расходом запаса кинетической энергии, чем в режиме непрерывного тока, и соотношение между <вср и / ср изменяется но сравнению с режимом непрерывного тока.

Для анализа характеристик электропривода с импуль­ сным регулированием напряжения в зоне прерывистого тока необходимо найти граничное значение начально­ непрерывного тока и соотношение между / ср и соср в этой зоне. С этой целью следует определить закон изменения во времени мгновенного значения тока якоря.

Из уравнений (5-70а)—(5-726) следует, что на каждом пз интервалов замкнутого и разомкнутого состояний ключа К поведение электропривода описывается дифференци­ альным уравнением.второго порядка. Однако для практи­ ческих расчетов, учитывая реальное соотношение пара­ метров электроприводов, с достаточной точностью можно считать, что за период коммутации скорость электропри­ вода остается неизменной, т. е. вц = w3 = соср и d(ox/dt = = dw2/dt = 0. В этом случае характер изменения тока якоря за период коммутации определяется только уравнениями (5-70а) и (5-706), которые при принятом допущении яв-

295-

ляются линейными дифференциальными уравнениями пер­ вого порядка. Их решение имеет вид:

Т7-я.

гя — п - ,

лп

,В уравнениях (5-77) принято, что начало отсчета вре­ мени совпадает с началом соответствующего интервала. Из диаграммы тока якоря для квазиустаиовившегося режима, представленной на рис. 5-60, б, следует:

Условия определения начально-непрерывного (граяичного) тока в соответствии с графиками на рис. 5-01, а могут быть сформулированы следующим образом:

7мат — 1*2(^2) — 0.

Тогда

296

Учитывая (5-78) и (5-79), после преобразований нахо­

дим:

Длительность периода коммутации обычно выбирается таким образом, что Тк Тя и, следовательно, tx Тп\ h ^ Тя. Это дает возможность существенно упростить

полученное выражение, если заменить экспоненциальную (Ьуыкшио ее пазложением в ряд

где I з — U JRn.

Из последнего выражения видно, что граничный ток изменяется при регулировании скорости. Наибольшей

а при у = 1 и у — 0 имеем / гр = 0, что естественно, так как в первом случае якорь двигателя все время подклю­ чен к сети, а во втором имеет место режим динамического торможения при отсутствии дополнительного сопротив­ ления в цепи якоря.

На рис. 5-62 зона прерывистых токов отделена штрихпунктирной линией согр (/гр). Для сужения этой зоны

297

в соответствии с (5-83а) следует увеличить Тп путем вклю­ чения в цепь якоря дополнительной катушки индуктив­ ности или увеличить частоту коммутации ключа /,„ т. е. сократить Тк. Первый путь приводит к ухудшению дина­ мических показателей электропривода, а возможности второго способа ограничены. Действительно, на прак­ тике в качестве переключающих устройств применяются

298

Используя в этом случае разложение в ряд натураль­

Отсюда уравнение скоростной характеристики в режиме прерывистого тока

и соответственно механической характеристики:

1j____ л __м

'? ТкМк.а LP

где Мл.з = кФц1к з-

Скоростные и механические характеристики системы ИРЫ—Д показаны на рис. 5-62. В режиме прерывистого тока независимо от значетшя у скорость холостого хода равна сй„ = и с/кФи.

Жесткость механических характеристик в этом режиме резко снижается, в связи с чем обычно стремятся к тому, чтобы электропривод не работал в зоне прерывистого тока.

Для реализации рассматриваемого способа регулиро­ вания напряжения, как уже указывалось, могут быть использованы либо транзистор, работающий в режиме переключений, либо ключ, выполненный на тиристорах.

На рис. 5-63, а приведена схема, в которой в качестве ключа используется транзистор. Такая схема применяется при токах якоря до 10—15 А. Транзистор, как правило, включается по схеме с общим эмиттером, так как в этом случае имеет место максимальный коэффициент усиления по мощности. Транзистор открывается при подаче на его вход отрицательного управляющего сигнала t/y и за­ крывается при обратной полярности £/у.

Схема тиристорного ключа на рис. 5-65, б работает так же, как рассмотренная ранее схема на рис. 4-44. Однако в данной схеме нет необходимости в дополнитель­ ном источнике питания для заряда коммутирующего кон­ денсатора СК. Для предварительной зарядки конденса­ тора необходимо сначала открыть тиристор Т2, благодаря чему конденсатор зарядится от питающей сети через цепь

29П