Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрический привод. Электрический привод постоянного тока. Часть 2. Учебное пособие
.pdf
31
(пересечение синусоид фазных напряжений
cba
u,u,u
d
U
d
i
cosU
63
U
20d
Td
20d
xI3
cosU
63
U
d
I
2/
). На интервале вре-
мени, когда включены тиристоры VS1 и VS2 под воздействием выпрямленного напряжения
, протекает ток
, который проходит через открытые
тиристоры VS1, VS2 и соответствующие фазы вторичной обмотки трансформатора (на рассматриваемом временном интервале это фазы а и с).
Сигнал управления подается на тиристор VS3 с углом отставания . Этот
тиристор включается, в результате чего одновременно работают тиристоры
VS1 и VS3, т.е. начинается процесс коммутации, длительность которого
выражается углом , принимаемым около 150. После окончания процесса
коммутации ток будет проходить через тиристоры VS2 и VS3, а тиристор
VS1 закроется обратным напряжением, приложенным к нему через открытый тиристор VS3. В режиме холостого хода напряжение источника связано с действующим значением фазного напряжения вторичной обмотки
трансформатора U2 соотношением [4]
. (44)
Среднее напряжение на нагрузке с учетом явления коммутации ти-
ристоров [4,5] в выпрямительном режиме преобразователя определяется
по формуле
, (45)
где
- выпрямленный ток в нагрузке; хТ – приведенное ко вторичной об-
мотке индуктивное сопротивление фазы трансформатора.
Коммутационные явления в схеме выпрямителя приводят к возраста-
нию фазового сдвига потребляемого тока примерно на угол
относи-
тельно напряжения питания. Фазовый сдвиг первой гармоники тока относительно фазного напряжения управляемого выпрямителя определяется
32
2/
ЯП
d0
2
HH
M R R
U cos
ω
к Ф (к Ф )
d0
ГР
d
E cos
ππ
I (1 ctg )
314L m m
d0
d Я
ГР
E
ππ
L (1- ctg )-L
2 f I m m
C
0
. (46)
Механические характеристики, получаемые в системе ТП-Д, линейны
не во всем диапазоне изменения нагрузок. При непрерывном токе якоря
(при допущении L
d
) механические характеристики можно считать ли-
нейными, они имеют вид наклонных прямых параллельных друг другу,
причем при постоянной нагрузке скорость снижается по мере уменьшения
выпрямленного напряжения, что достигается увеличением угла .
Механические характеристики описываются формулой
. (47)
где RП – эквивалентное сопротивление преобразователя, приведенное к цепи
постоянного тока.
В большинстве случаев можно принимать R
П
RЯ.
При реальных конечных значениях индуктивности в якорной цепи в
области малых значений тока якоря в области прерывистых токов (левее граничной линии IГР) механические характеристики загибаются вверх, т.к среднее значение выпрямленного напряжения в зоне прерывистых токов возрастает. Граничное значение тока определяют по выражению [17]
. (48)
Для уменьшения зоны прерывистых токов последовательно с якорем
двигателя включают сглаживающий дроссель, индуктивность которого определяют по формуле
, (49)
где IГР - граничное значение тока при
.
33
Из уравнения (48) следует, что в режиме непрерывного тока механиче-
0
(I)М
0
0
1
23
12
3
ские характеристики тиристорного электропривода имеют меньшую жесткость, чем у естественной характеристики самого двигателя, т.к. в цепь якоря
введено добавочное сопротивление RП. Регулирование скорости системы
УП-Д осуществляется изменением угла .
Рис. 14. Механические и электромеханические характеристики
нереверсивного электропривода в системе ТПД
В замкнутых системах реверсивного и нереверсивного электропривода
зачастую вводят ограничение на величину пускового тока и пускового момента. Это может быть сделано, например, с помощью отрицательной обратной связи по току с отсечкой [5,7], в этом случае механическая характеристика имеет два участка пусковой (линия 1 на рис. 15) и рабочий (линия 2 на
рис. 15). Возможно также регулирование скорости на регулировочных характеристиках 3 и
.
При необходимости введения ограничений на величину момента и, соответственно, тока якоря, в типовых электроприводах применяют систему
подчиненного регулирования с внутренним контуром регулирования тока
якоря и внешним контуром регулирования скорости. Управление скоростью
электропривода постоянного тока в замкнутой системе электропривода, пример которой показан на рис. 16, осуществляется путем регулирования эдс ЕП
управляемого преобразователя (УП1), питающего обмотку якоря двигателя.
34
Для реализации ограничения на величину пускового тока в рассматри-
0
0
М
п
М
с
М
2
1
3
с
М-
0
3
2
3
3
-
-
БЗС
РС
РТ
Др
Д
oc
3
ДТ
УП1
ДС
БО
-
-
ОВ
-
-
-
-
-
СИФУ
УП2
ваемой схеме используется блок ограничения на выходе регулятора скорости.
Рис. 15. Статические механические характеристики реверсивного
регулируемого электропривода с ограничением пускового тока
Рис 16. Функциональная схема замкнутой системы электропривода по-
стоянного тока
Пропорционально-интегральный регулятор тока (рис. 17), настроенный
на обеспечение 5% перерегулирования тока якоря, имеет передаточную
функцию [1,2]
35
Я ЯЦ
ПИ
РT
ПT
(T p 1) R
W (p)
2T k k p
т
к
зт
U
п
Е
РТ1
к
п
п
ост
U
Å
pJ1
c
M
çc
U
PC
PT
M
I
H
КФHКФ
ЯЦ Я
1
R (T p+1)
осс
U
c
к
П
TM
РС
ЯЦ с
k T K
W (p)
2T R k
MT
ПИ
РС
2
ЯЦ c
(4T p 1) T k K
W (p)= ,
8 p T R k
c
k
, (50)
где kп – коэффициент усиления управляемого выпрямителя; Т – малая
некомпенсируемая постоянная времени равная постоянной времени управляемого выпрямителя; Тя – постоянная времени цепи якоря двигателя; kТ – коэффициент обратной связи по току.
Рис. 17. Структурная схема двухконтурной системы подчиненного
управления электроприводом постоянного тока
При стандартном подходе к синтезу контура регулирования скорости
получим передаточную функцию П-регулятора скорости в виде [1,5]
. (51)
Возможно также построение двухкратно-интегрирующий системы с
ПИ-регулятором скорости [5], в этом случае передаточная функция такого регулятора скорости имеет вид
(52)
где
- коэффициент обратной связи по скорости.
36
2.2. Двухзонное регулирование скорости электропривода
СУ1
Др
Д
ДТ
УП1
ДС
-
-
ОВ
-
-
-
-
-
СИФУ
УП2
СУ2
постоянного тока с двигателем независимого возбуждения
При регулировании скорости электропривода постоянного тока с дви-
гателем независимого возбуждения путем изменения питающего напряжения
с помощью вентильного преобразователя в системе ТП-Д, показанной на
рис. 18, верхний предел скорости двигателя ограничен величиной номинального напряжения двигателя, а нижний предел скорости двигателя ограничен
способностью управляемого преобразователя обеспечивать формирование
питающего напряжения с допустимым уровнем пульсаций при его глубоком
регулировании.
С целью расширения диапазона регулирования скорости в управляемых электроприводах постоянного тока дополнительно используют режим
ослабления потока возбуждения двигателя, при номинальном напряжении на
обмотке якоря, что обеспечивает повышение скорости двигателя. Такое регулирование скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения
называют двухзонным регулированием. Его широко применяют в электроприводах постоянного тока механизмов с высокоскоростными режимами работы (станки, прокатные станы, моталки и др.).
Рис. 18. Система ТП-Д, обеспечивающая двухзонное
регулирование скорости
37
Регулирование магнитного потока осуществляется путем регулирова-
*
*
0
0
*
I
*
п
I
*
с
I
2зона
1зона
a
*
min
*
max
*
*
0
0
*
М
*
п
М
*
с
М
2зона
1зона
a
*
min
*
max
ния тока возбуждения с помощью дополнительного управляемого выпрямителя УП2 (см. рис. 18).
В первой зоне регулирования (рис. 19), когда скорость не превышает
номинального значения, регулируют эдс вентильного преобразователя в
а
б
Рис. 19. Статические характеристики двигателя постоянного тока
независимого возбуждения при двухзонном регулировании скорости:
а – электромеханические; б - механические
38
пределах от минимально допустимого до значения, равного номинальному
ПР H
0 E U
ПР H
E =U =const
-
)p(Ф
)p(
1pT
1
B
)p(I
)p(i
В
pJ1
К
)p(M
)p(M
C
Ф
к
)p(U
В
B
R
1
1pT
R/1
Я
Я
U
-
E
В В В
T =L R
напряжению двигателя
. Магнитный поток равен номинальному
значению Ф = ФН, допустимый момент равен номинальному значению
М
= МН. В первой зоне регулирование скорости двигателя (рис. 19) осу-
ДОП
ществляют при постоянном моменте.
Во второй зоне регулирования выше номинальной скорости ослабляют
магнитный поток от номинального значения до минимально допустимого
значения (ФФН) при постоянном напряжении питания обмотки якоря двигателя
. Регулирование осуществляют при постоянной мощно-
сти, допустимый момент снижается по мере роста скорости
М
ДОП =РН
/. (53)
На рис. 20 приведена структурная схема, описывающая взаимосвязи
между переменными двигателя постоянного тока при регулировании потока
Рис. 20. Структурная схема, описывающая взаимосвязи между
переменными двигателя постоянного тока при регулировании потока
Постоянные времени обмотки возбуждения определяются
где LВ – индуктивность обмотки возбуждения; RВ – активное сопротивление
обмотки возбуждения двигателя постоянного тока
, (54)
39
Способ двухзонного регулирования позволяет изменять скорость дви-
max
min
minmax
/D
max
min
max
min
2
MM
M
minCmaxC
Ccp
minpCP
maxCP
D
гателя как вниз, так и вверх от ее номинального значения. При этом одновременно изменять напряжение питания якоря и поток возбуждения не целесообразно так как в этом случае снижается допустимый момент двигателя и
модуль жесткости регулировочных механических характеристик.
2.3. Показатели качества регулирования скорости
Для оценки свойств регулируемого электропривода вводятся показатели, характеризующие регулирование скорости.
Диапазон регулирования – отношение максимальной скорости
при регулировании к минимальной
(рис. 21).
При постоянном значении статического момента диапазон регулирования скорости определяется по формуле
. (55)
Верхний предел скорости
якоря или элементов кинематической цепи, нижний предел
ограничен механической прочностью
, как правило,
ограничивается возможностью поддержания заданной скорости с необходимой точностью при возможных колебаниях момента статической нагрузки на
валу двигателя [5,17].
В случаях изменений момента статической нагрузки на валу двигателя
(рис. 21, а) диапазон регулирования будет равен отношению средних значений максимальной скорости
к минимальной
, которые определяются
по среднему моменту из его минимального и максимального значений [11].
. (56)
. (57)
40
*
1
*
0
0
*
М
1
*
п
М
*
с
М
2
1
3
*
min
*
max
*
*
max0
0
*
М
*
Cсp
М
2
1
*
minCP
*
maxCP
*
Cmin
М
*
max C
М
*
min0
а
б
Рис. 21. Положение рабочей точки на механической характеристике
в замкнутой системе электропривода: а – при постоянном статическом
моменте; б – при изменении статического момента
Точность регулирования
Под точностью понимается соответствие заданной и действительной
скоростей при наибольших отклонениях момента нагрузки от заданного значения. Для электропривода точность регулирования скорости определяется
жесткостью механических характеристик . При снижении жесткости стати-
ческой механической характеристики будет уменьшаться точность поддержания скорости.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]