Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрический привод. Электрический привод постоянного тока. Часть 2. Учебное пособие
.pdf
51
где
M Σ0П
=J /β=ω /MT
C УСТ
ω =ω
J
0
MM
tt
-TT
HAЧ УСТ
ω=ω e +I (1-e )
НАЧ
УСТ
MM
tt
-TT
HAЧ УСТ
M=M e M (1 e )
MM
tt
-TT
HAЧ УСТ
I=I e +I (1 e )
- электромеханическая постоянная времени электро-
привода с линейной механической характеристикой;
- установивше-
еся значение скорости.
Электромеханическая постоянная времени соответствует времени, в
течение которого электропривод, обладающий моментом инерции
, разго-
няется без статической нагрузки из неподвижного состояния до скорости
идеального холостого хода
при неизменном моменте двигателя, равном
пусковому моменту МП.
Решение дифференциального уравнения, определяющее закон измене-
ния скорости от времени двигателя постоянного тока, имеет экспоненциальный характер [7,8]
, (69)
где
,
- начальное и установившееся значения скорости; t – время.
Момент двигателя в электромеханическом переходном процессе также
изменяется по экспоненциальному закону
. (70)
С учетом пропорциональной зависимости между током и моментом
ДПТ НВ запишем уравнение для тока якоря в виде
. (71)
Экспоненциальный переходный процесс достигает 5% отклонения от
установившегося значения за время t = 3TM, 2% отклонения – за 4TM. Обычно
считают, что переходный процесс заканчивается за время t
= (3…4)TM.
ПП
На рис. 30 представлены примеры статических электромеханических
характеристик при разных способах управления ДПТ НВ при реактивном
52
статическом моменте. Предполагается следующий цикл работы электропривода: ступенчатый пуск условно «вперед» с выходом на естественную характеристику, переход на характеристику шунтирования якоря, торможение
противовключением, ступенчатый пуск условно «назад» с выходом на естественную характеристику, динамическое торможение до полной остановки.
Пунктирной линией показана электромеханическая характеристика при
ослабленном магнитном потоке.
Рис. 30. Статические электромеханические характеристики электропривода
постоянного тока независимого возбуждения при разных способах
управления
На рис. 31 представлены графики электромеханических переходных
процессов при реализации рассмотренного цикла работы электропривода. На
всех участках при работе двигателя в различных режимах динамические характеристики имеют экспоненциальный характер.
53
Рисунок 8. Динамические характеристики ДПТ независимого в
озбуждения при ступенчатом реостатном пуске
Рис. 31. Динамические характеристики электропривода постоянного тока
54
4.3. Переходные процессы в электроприводе постоянного тока при
H ЯЯ
dI
U=k Ф ω+I R +L
dt
H
k ФI
dt
d
JMM
C
Я
Я
Я
L
T=
R
Я
M
2
H
JR
T=
(k Ф)
2
M Я M УСТ
2
d ω dω
T T +T +ω=ω
dt dt
ЯC
УСТ
2
RM
U
ω = -
кФ
кФ
Рисунок 8. Динамические характеристики ДПТ независимого возбуждения при ступенчатом реостатном пуске
учете влияния электромагнитной инерции якоря
Электромагнитную инерцию якоря необходимо учитывать для двигате-
лей, обмотки которых обладают высокой индуктивностью, если время электромагнитных переходных процессов соизмеримо со временем электромеханических переходных процессов.
Переходные процессы при постоянном потоке возбуждения описыва-
ются системой уравнений:
М =
; (73)
; (72)
; (74)
; (75)
. (76)
Решив совместно уравнения (72) – (76), получим:
где
Уравнения (72)-(74), представленные в операторной форме записи, в
которой d/dt = p, имеют вид, удобный для построения структурной схемы
(рис. 32).
, (77)
. (78)
55
-
M(p)
)p(
1pT
R/1
Я
Я
)p(U
Я
)p(I
кФ
Н
MС(p)
-
pT
)кФ/(R
M
2
нЯ
кФ
Н
)p(Е
2
M ЯM
ω(p) 1/кФ
W(p)= =
U(p) T T p +T p+1
2
M ЯM
T T p +T p+1=0
2
M M M Я
1,2
M Я
-T ± T -4T T
p=
2T T
M Я
T 4T
12
P t P t
УСТ 1 2
ω=ω +C e +C e
Рис. 32. Структурная схема ДПТ НВ при постоянном потоке
возбуждения
Передаточная функция двигателя по управляющему воздействию при
регулировании скорости путем изменения напряжения якоря имеет вид
Корни характеристического уравнения
(80)
имеют вид
При условии
корни будут вещественными и отрицательны-
ми. В этом случае решение уравнения (80) имеет вид
. (79)
. (81)
Постоянные интегрирования можно найти из начальных или конечных
условий переходного процесса.
Переходный процесс изменения скорости будет монотонным, харак-
терным для инерционного звена 2-го порядка.
. (82)
56
При условии
M Я
T 4T
ЯM
1,2
ЯЯ
4T /T -1
1
p=α±jΩ=- ±
2T 2T
Я
1
α=-
2T
ЯM
Я
4T /T -1
Ω=
2T
αt
УСТ 1 2
ω=ω + C cosΩt+C sinΩt e
корни будут комплексными сопряженными с
отрицательной вещественной частью:
; (83)
; (84)
. (85)
В этом случае решение уравнения (77) имеет вид
. (86)
Переходный процесс изменения скорости характеризуется периодическими колебаниями с частотой и затухающей амплитудой. В процессе разгона двигателя происходит периодическое преобразование кинетической
энергии в электромагнитную и обратно.
На рис. 33-34 показаны графики ступенчатого пуска ДПТ НВ, полученные методом математического моделирования при условии ТМ незначительно
меньше 4ТЯ.
Рис. 33. Динамическая электромеханическая характеристика при
ступенчатом пуске ДПТ НВ
57
а
б
Рис. 34. Графики переходных процессов при ступенчатом
пуске ДПТ НВ: а - зависимость тока якоря от времени;
б - зависимость скорости от времени
Вид графиков переходных процессов наглядно показывает снижение
темпа нарастания тока якоря двигателя, происходящего после пуска и изменения сопротивления в цепи якоря.
58
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассматриваемые в учебном пособии решения в виде схем для управле-
ния двигателем постоянного тока независимого возбуждения, его естественные и искусственные статические характеристики, получаемые в двигательном и тормозном режиме, являются основой для анализа динамических характеристик простых разомкнутых систем электропривода. Они определяют
возможность формирования требуемых статических и динамических характеристик в вентильных системах регулируемого электропривода с замкнутыми контурами регулирования тока якоря и скорости.
В учебном пособии рассмотрены принципы формирования механиче-
ских характеристик, регулирования скорости и момента двигателя постоянного тока независимого, последовательного и смешанного возбуждения. Показано, что двигатель постоянного тока независимого возбуждения, имеющий линейные статические характеристики и работающий в замкнутой системе регулируемого электропривода, способен обеспечить необходимые для
работы механизма пусковые и регулировочные механические характеристики.
К современным системам электропривода предъявляются достаточно
высокие требования в отношении диапазона регулирования скорости и точности ее поддержания. Рассмотрены принципы построения силовой вентильной части и замкнутых систем управления электроприводом постоянного тока с двигателем независимого возбуждения, обеспечивающих поддержание
момента и скорости на заданном уровне, приведены показатели качества регулирование скорости электропривода.
59
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Борцов, Ю.А. Автоматизированный электропривод с упругими связями /
Ю.А. Борцов, Г.Г. Соколовский. – Санкт-Петербург: Энергоиздат,
1992. – 288 с.
2. Борцов, Ю.А. Тиристорные системы электропривода с упругими связями /
Ю.А. Борцов, Г.Г. Соколовский. – Ленинград: Энергия, 1979. – 160 с.
3. Вешеневский, С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе / С.Н.
Вешеневский. – 6-е изд. исправл. – Москва: Энергия, 1977. – 432 с.
4. Забродин, Ю.С. Промышленная электроника / Ю.С. Забродин. – Москва:
Высшая школа, 1982. – 496 с.
5. Елесеев, В.А. Справочник по автоматизированному электроприводу / под
ред. В.А. Елисеева, А.В. Шинянского. – Москва: Энергоатомиздат,
1983. – 616 с.
6. Ильинский, Н.Ф. Основы электропривода: учеб. пособие для вузов. / Н.Ф.
Ильинский. – Москва: МЭИ, 2003 – 220 с.
7. Ключев, В.И. Теория электропривода: учеб. для вузов / В. И. Ключев
– 2-е изд., перераб. и доп. – Москва: Энергоатомиздат, 2001. – 704 с.
8. Ковчин, С.А. Теория электропривода / С.А. Ковчин, Ю.А. Сабинин. –
Санкт-Петербург: Энергоиздат, 1994. – 348 с.
9. Крупович, В.И. Справочник по проектированию автоматизированного
электропривода и систем управления технологическими процессами / под
ред. В.И. Круповича, Ю.Г. Барыбина, М.Л. Самовера. – Москва: Энергоиздат, 1982. – 416 с.
10. Мещеряков, В.Н. Электрический привод. Электромеханические системы.
Ч.1: учеб. пособие / В.Н. Мещеряков – Липецк: Изд - во Липецкого государственного технического университета, 2014. – 123 с.
11. Мещеряков, В.Н. Применение беспоисковой адаптивной системы для
управления электроприводом с вентильным двигателем / В.Н. Мещеряков,
60
В.Г. Карантаев // Электротехнические комплексы и системы управления. –
2006. – №2. – С.38-40.
12. Мещеряков, В.Н. Системы регулируемого асинхронного электропривода
для подъемно-транспортных механизмов: монография / В.Н. Мещеряков.
– Липецк: Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2005. – 112 с.
13. Мещеряков, В.Н. Асинхронно-вентильный каскад с инвертором в цепи
статора и общим звеном постоянного тока / В.Н. Мещеряков, В.В. Федоров // Электротехника. – 1998. – №6. – С. 47-51.
14. Мещеряков, В.Н. Оптимизация взаимного положения векторов тока ста-
тора и магнитного потока асинхронного двигателя при векторном управлении / В.Н. Мещеряков, П.Н. Левин // Известия вузов. Электромеханика.–
2006. – №1. – С.25-27.
15. Мещеряков, В.Н. Математический анализ и моделирование преобразова-
теля частоты матричного типа с непосредственным управлением по методу пространственно-векторной модуляции / В.Н. Мещеряков, Д.В. Байков
// Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия:
Энергетика. – 2015. – Т. 15. – № 1. – С. 21-33.
16. Москаленко, В.В. Электрический привод: учеб. для студ. высш. учеб. за-
ведений / В.В. Москаленко – Москва: Академия, 2007. – 368 с.
17. Онищенко, Г.Б. Электрический привод: учеб. для вузов / Г.Б. Онищенко –
Москва: РАСХН. 2003. – 320 с.
18. Фролов, Ю.М. Сборник задач и примеров решений по электрическому
приводу: учеб. пособие / Ю.М. Фролов, В.П. Шелякин. – СанктПетербург: Лань, 2012. – 368 с.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]