Пред.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543 544 545 546 547 548 549 550 551 552 553 554 555 556 557 558 559 560 561 562 563 564 565 566 567 568 569 570 571 572 573 574 575 576 577 578 579 580 581 582 583 584 585 586 587 588 589 590 591 592 593 594 595 596 597 598 599 600 601 602 603 604 605 606 607 608 609 610 611 612 613 614 615 616 617 618 619 620 621 622 623 624 625 626 627 628 629 630 631 632 633 634 635 636 637 638 639 640 641 642 643 644 645 646 647 648 649 650 651 652 653 654 655 656 657 658 659 660 661 662 663 664 665 666 667 668 669 670 671 672 673 674 675 676 677 678 679 680 681 682 683 684 685 686 687 688 689 690 691 692 693 694 695 696 697 698 699 700 701 702 703 704 705 706 707 708 709 710 711 712 713 714 715 716 717 718 719 720 721 След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
3. УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО УСИЛИТЕЛЯПолупроводниковая техника позволяет создать электрические приводы, имеющие в качестве силовой части систему транзисторный или тиристорный усилитель — исполнительный электродвигатель (ТУ-ИД). В настоящее время разработаны транзисторные усилители, предназначенные для управления электродвигателями постоянного тока мощностью до киловатта, и тиристорные усилители, предназначенные для управления электродвигателями мощностью до сотен киловатт. Электрический привод (ЭП) с полупроводниковыми усилителями и исполнительными электродвигателями постоянного тока имеет ряд достоинств, основные из которых: большая перегрузочная способность исполнительного двигателя; меньшая постоянная времени (несколько микросекунд для электродвигателей с гладким ротором), т. е. большее быстродействие ЭП; возможность использовать ток якоря как информацию о величине момента ИД. Ниже рассмотрено несколько схем силовых полупроводниковых усилителей, используемых для управления исполнительными электродвигателями постоянного тока. Схема ЭП с транзисторным усилителем (ТУ) в значительной степени определяется схемой его выходного каскада. В свою очередь, выбор схемы выходного каскада ТУ зависит от типа применяемого электродвигателя, его мощности, а также требований, предъявляем Уравнение системы транзисторный усилитель — исполнительный электродвигатель (ТУ-ИД) имеет более простой вид, чем уравнение системы ЭМУ-ИД или уравнение системы
Здесь использованы обозначения, принятые в § II.2, Ту — постоянная времени транзисторного усилителя. Так как
На рис.
Рис. II.12. Принципиальная схема оконечной части транзисторного усилителя мощностью до В этих схемах детально изображены оконечные части усилителей, схемы каскадов предварительного усилителя Схема, приведенная на рис. II.12, является наиболее простой схемой, так как она содержит в выходном каскаде В К лишь два плеча (триоды (кликните для просмотра скана) (кликните для просмотра скана) статической характеристики ТУ применен коммутирующий диод Назначение диода Для обеспечения более полного насыщения верхнего триода выходного каскада Подобная схема целесообразна на выходную мощность усилителя до 100 Вт. На рис. II. 13 изображена схема оконечной части В этом усилителе выходной каскад В К построен по мостовой схеме на триодах Предварительные усилители управляются от широтно-импульсного модулятора ШИМ, построенного на триодах Особенностью работы рассматриваемой схемы является то, что силовые триоды выходного каскада работают в режиме переключения: при этом переключение триодов сопровождается паузой между открытием верхних и нижних триодов одного плеча. Это гарантирует отсутствие токов короткого замыкания через оба левых (или правых) плеча выходного каскада. Работа схемы ШИМ состоит в том, что напряжение с выхода усилителя на выходе усилителя Питание выходного каскада В К осуществляется от трехфазного выпрямителя, выполненного на диодах Для защиты триодов выходного каскада от перенапряжений предусмотрены диоды Применение в рассмотренной схеме двух раздельных источников питания — высоковольтного для выходного каскада и низковольтного для предварительных усилителей позволяет уменьшить мощность рассеяния на триодах предварительного усилителя. В тех случаях, когда возникает необходимость еще более повысить к. п. д. силового транзисторного усилителя (например, при ограниченной мощности сети питания, или когда имеются затруднения с отводом тепла), применяется Основным отличием этой схемы от схемы; изображенной на рис. II.13, является то, что напряжение на выходе конденсаторов Данный усилитель применяется в диапазоне мощностей до нескольких киловатт. Приведенные на рис. 11.13 и рис. II. 14 схемы ТУ дают возможность реализовывать усилители с достаточно высокими мощностями, значительными зонами линейности статических характеристик. Эти усилители являются малоинерционными и позволяют обеспечить высокое качество работы
Рис. II.15. Принципиальная схема системы управляемый выпрямитель — двигатель постоянного тока независимого возбуждения Управление скоростью исполнительного двигателя постоянного тока с независимым возбуждением мощностью свыше Принципиальная схема силовой части такого привода приведена на рис. II.15. Так как система УВ-ИД является новым типом привода, необходимо более подробно рассмотреть особенности его работы. Реверсивный управляемый выпрямитель содержит две группы тиристоров Для этого от блока управления на тиристоры подаются управляющие импульсы, фаза которых, характеризуемая углом регулирования а, определенным образом изменяется относительно фазы напряжения питающей сети. При этом зависимость между средним значением выпрямленного напряжения и углом регулирования имеет вид
где
Как следует из выражения (11.23), при изменении угла регулирования в пределах Каждая из групп тиристоров реверсивного УВ может работать как в выпрямительном, так и в инверторном режимах, обеспечивая работу электродвигателя во всех четырех квадрантах механической характеристики, при этом всегда одна из групп тиристоров работает в выпрямительном, а другая в инверторном режиме. Существенное влияние на статические и динамические характеристики системы управляемый выпрямитель — исполнительный электродвигатель оказывает способ управления группами тиристоров. Существуют способы согласованного и раздельного управления группами тиристоров реверсивного УВ. При согласованном способе управления отпирающие импульсы подаются на обе группы тиристоров, причем в зависимости от соотношения величин углов регулирования выпрямителя и инвертора согласованное управление может быть линейным (режим класса А) и нелинейным (режим класса При линейном согласованном управлении углы регулирования выпрямительной и инверторной группами выбираются таким образом, что средние значения выпрямленного напряжения у обеих групп равны между собой. Условие, которому должны удовлетворять углы регулирования тиристорами двух групп, в этом случае может быть получено из равенства (II.23). Это условие можно записать в виде
где
При выполнении условия (II.24) средние значения выпрямленного напряжения двух групп равны между собой, противоположны по знаку и поэтому взаимно уравновешиваются. Однако при равенстве средних значений выпрямленных напряжений выпрямительной и инверторной групп мгновенные значения напряжений этих групп не совпадают. Это приводит к появлению неуравновешенной переменной составляющей напряжения между группами. Такое напряжение называют уравнительным напряжением. Уравнительное напряжение создает в контуре, образованном двумя группами тиристоров, уравнительный ток, для ограничения величины которого в контур включают ограничивающие дроссели
где Если способ линейного согласованного управления позволяет реализовать линейную статическую характеристику В переходных режимах из-за неполной управляемости тиристоров УВ соотношения (11.24) и (11.25) нарушаются и в контуре кроме статического тока возникает динамический уравнительный ток. Для его исключения в блок управления необходимо ввести апериодическое звено с постоянной времени Уравнительные токи полностью устраняются при использовании способа раздельного управления группами тиристоров (режим класса В). При раздельном способе управления управляющие импульсы подаются только на одну группу тиристоров, а вторая группа заперта. Поэтому в схеме УВ отсутствует цепь для протекания уравнительного тока. Такой способ приводит к существенному усложнению блока управления выпрямителем, поскольку возникает необходимость подавать и снимать управляющие импульсы в функции тока инверторной группы, так как снятие импульсов с инверторной группы при работе ее в режиме непрерывных токов приводит к аварийному режиму. Ухудшаются также и динамические свойства управляемого выпрямителя вследствие введения фиксированной задержки в цепи управления. Способ раздельного управления целесообразно использовать для приводов мощностью свыше большинства приводов меньшей мощности наиболее целесообразным является использование способа нелинейного согласованного управления. Лишь при повышенных требованиях к динамическим характеристикам привода следует рекомендовать способ линейного согласованного управления. Точное определение статических и динамических характеристик системы УВ-ИД представляет собой сложную задачу, поскольку процессы, происходящие в
Рис. II.16. Эквивалентная схема В ряде работ [7], [12], [18] даны приближенные решения уравнений, характеризующих систему УВ-ИД и позволяющих определить ее статические и динамические характеристики. Рассмотрим процессы, происходящие при работе УВ на электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения. Схема замещения тиристорного
При анализе электромагнитных процессов системы УВ-ИД принимаем следующие допущения: характеристики тиристоров идеальны, параметры питающей сети и цепи нагрузки постоянны и не зависят от режима работы, ток ИД непрерывен. При работе УВ на нагрузку в установившемся режиме и условии непрерывности тока нагрузки можно выделить два основных режима его работы: режим коммутации, в котором ток проводят два тиристора и длительность которого определяется временем коммутации В этих двух режимах система УВ-ИД описывается следующими уравнениями: 1. Режим коммутации
2. Рабочий режим
В этих уравнениях имеем:
Из рис. II.16, б видно, что наличие явления коммутации уменьшает величину выпрямленного напряжения при том же угле регулирования по сравнению с режимом холостого хода. Мгновенное значение падения напряжения в период коммутации равно полуразйостй мгновенных значений напряжений фаз, проводящих ток в этом режиме:
где Вычитая первое уравнение системы (11.26) из второго, получим
Среднее значение падения выпрямленного напряжения УВ из-за наличия режима коммутации равно
где Пренебрегая активным сопротивлением фазы питающей сети, а также принимая, что
С учетом падения напряжения на активном сопротивлении фазы питающей сети выражение для среднего выпрямленного напряжения нагруженного УВ имеет вид
Выражение Приведенные соотношения могут нарушаться при существенном снижении тока нагрузки и уменьшении угла регулирования до некоторого граничного значения, при котором величина противо-э. д. с. электродвигателя превысит мгновенное значение напряжения на тиристоре. При этом в системе УВ-ИД возникает режим прерывистых токов, а внешняя и статическая характеристики системы изменяют свой вид. Однако, учитывая то, что режим прерывистых токов соответствует очень малым значениям тока нагрузки (единицы процента от номинального значения), а соответствующие меры при проектировании системы управления тиристорами позволяют избежать уменьшения угла регулирования меньше предельного значения, можно считать, что в системе УВ-ИД режим прерывистых токов отсутствует. В реверсивном УВ с линейным согласованным управлением группами тиристоров всегда протекает уравнительный ток. Это обстоятельство вообще исключает возможность возникновения режима прерывистых токов.
Рис. II.17. Внешняя характеристика системы УВ-ИД. Максимальное выпрямленное напряжение Семейство внешних характеристик УВ при различных значениях а показано на рис. II.17, а статическая характеристика на рис. II.18. Из этих рисунков видно, что внешняя и статическая характеристики системы реверсивный УВ-ИД аналогичны соответствующим характеристикам системы ЭМУ-ИД. В случае, если мощность источника питания значительно превышает мощность исполнительного электродвигателя (на порядок и больше), величинами индуктивности и активного сопротивления источника питания можно пренебречь. Тогда выражение (II.28) принимает вид (II.23). При нелинейном согласованном управлении реверсивным УВ линейность его характеристик нарушается, что проявляется в появлении излома во внешней характеристике в области малых токов и появлении зоны нечувствительности в статической характеристике.
Рис. II.18. Статическая характеристика системы УВ-ИД Большой интерес представляют динамические характеристики УВ как элемента следящего привода. Точное их определение затруднено из-за некоторых особенностей УВ. Одна из этих особенностей связана с дискретным характером работы УВ. Действительно, отпирание тиристоров осуществляется в определенные промежутки времени, определяемые частотой питающей сети и количеством фаз выпрямителя. При этом в момент изменения управляющего сигнала меняется период дискретности, причем величина изменения периода зависит как от величины, на которую меняется управляющий сигнал, так и от момента времени, в который это происходит, т. е. от величины угла регулирования перед изменением управляющего сигнала. Это обстоятельство не позволяет в общем случае использовать для анализа динамических свойств УВ методы теории линейных импульсных систем. Вторая особенность УВ определяется неполной управляемостью тиристоров управляемого выпрямителя. Эта особенность вызывает зависимость времени переходного процесса изменения выходного напряжения от полярности и величины управляющего сигнала. Однако в [12] показано, что дискретность У В не вносит фазового сдвига в управляющий сигнал до определенной частоты его изменения, называемой граничной. Граничная частота определяется из выражения
Рис. II.19. Диаграммы напряжения и тока системы У В-ИД в режиме нарастания тока двигателя при постоянном угле регулирования Ограничение скорости изменения управляющего напряжения может быть достигнуто за счет включения на входе блока управления апериодического звена с постоянной времени В реверсивном управляемом выпрямителе с согласованным управлением группами тиристоров наличие апериодического звена с такой постоянной времени оказывается также необходимым с целью ограничения динамических уравнительных токов, что отмечалось выше. Поэтому реверсивный УВ с согласованным управлением можно считать безынерционным вплоть до граничной частоты Для определения динамических характеристик системы УВ-ИД, рассмотрим процесс нарастания тока (рис. II. 19) в заторможенном ИД, работающем от УВ при постоянном угле регулирования. При увеличении тока нагрузки происходит увеличение угла коммутации. Пренебрегая величиной
Исключая из системы (11.29) токи тиристоров получим:
Для зоны проводимости одного тиристора имеем следующее уравнение:
Поскольку величина угла коммутации
Вводя обозначения
найдем уравнение системы УВ-ИД при заторможенном двигателе:
где Полученное выражение (11.32) является уравнением, связывающим ток и напряжение системы УВ-ИД в режиме непрерывных токов. Оно показывает, что в линейном приближении силовая часть системы УВ-ИД при заторможенном двигателе эквивалентна апериодическому звену. Режим прерывистых токов не оказывает особого влияния на динамические характеристики системы, поскольку, как уже отмечалось, он характерен лишь для очень малых значений токов, а при согласованном управлении реверсивным управляемым выпрямителем вообще отсутствует. При источнике питания большой мощности (на порядок превышающей мощность исполнительного электродвигателя) величинами 1. Уравнение блока управления
где
Арккосинусоидальная зависимость между углом регулирования и напряжением управления на входе блока управления характерна для управляющих устройств, использующих в качестве опорного напряжения напряжение питающей сети. Апериодическое звено с постоянной времени 2. Уравнение силовой цепи системы УВ-ИД
3. Уравнение моментов на валу исполнительного электродвигателя
4. Уравнение электромагнитного момента, развиваемого исполнительным электродвигателем
Решая совместно уравнения
Обозначим:
Тогда уравнение силовой части системы УВ-ИД примет вид
В уравнениях
|
1 |
Оглавление
|