ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧГСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 161 1967
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ УНИВЕРСАЛЬНОГО ПИТАНИЯ В СЛЕДЯЩИХ ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ РЕЛЕЙНОГО ДЕЙСТВИЯ
В. А. БЕЙНАРОВИЧ
(Рекомендовано научным семинарам электромеханического факультета)
Значительное упрощение и удешевление следящих электроприводов релейного действия при одновременном повышении их быстродействия можно обеспечить путем использования двигателей последовательного возбуждения вместо шунтовых и асинхронных двигателей. В уаких системах отпадает необходимость наличия устройств питания обмотки возбуждения, а значительно большая перегрузочная способность сериесных двигателей (5—6 раз) по сравнению с шунтЬзыми и асинхронными (2—3 раза) позволяет получить большее ускорение и сократить время отработки.
В качестве релейных бесконтактных элементов в релейных следящих электроприводах с питанием от сети переменного тока м^жно применять тиристоры или тиратроны, которые в таком случае выполняют роль выпрямителя и регулятора.
Для реверсирования двигателя последовательного возбуждения необходимо четыре комплекта релейных элементов, включаемых по мо:тоиой схеме. В следящих приводах небольшой мощности следует применять двигатели универсального питания с расщепленной обмоткой возбуждения Это позволяет сократить число комплектов релейных элементов до двух. Кроме того, универсальный коллекторный двигатель рассчитан*на питание переменным током и магнитная система его выполняется обычно ненасыщенной [I1. Первое обстоятельство позволяет не принимать мер к снижению пульсаций тока, второе — получить квадратичную зависимость момента от тока, т. е. наибольший максимальный момент.
Несмотря на отмеченные положительные свойства универсальных двигателей, последние еще недостаточно широко используются в следящих электроприводах. Одной из причин такого положения является малая изученность вентильных систем электропривода с двигателями последовательного возбуждения. '
При создании следящих приводов релейного действия небольшой мощности с питанием от сети переменного тока следует рекомендовать схему однофазного рыпрямления (рис. 1), имеющую минимальное число управляемых вентилей. Ток двигателя в этой системе имеет
^импульсный характер. Релейное управляющее устройство РУУ обеспечивает работу вентилей Т{ и Т2 в режиме ключа «открыт—чакрыт». В результате дпигатель работает в режиме переключений на основных механических характеристиках «вперед» или «назад» (при отсутствии зоны нечувствительности РУУ), либо питание двигателя отключается в положении согласования следящего привода (при наличии зоны не-; чувствительности РУУ).
В настоящей статье рассматриваются токовые режимы и предлагается методика выбора универсальных двигателей для релейных следящих электроприводов, работающих по схеме рис. 1. Основными величинами для выбора двигателя являются среднее и действующее значения импульсного тока.
Для приближенного определения этих величин представим цепь двигателя схемой замещения (рис. 2) и введем допущения: индуктнв-
N £ UM sin coi
Рис. 1.
ность Ь и омическое сопротивление — постоянны, противоэдс Е пропорциональна произведению тока I и скорости п, процесс коммутации вентилей происходит мгновенно, падение напряжения ив на открытом вентиле постоянно.
Введем обозначения безразмерных величин:
в „ ь и
Д и ; £ - и \ Т — R \ IM — R
(1)
где UM — амплитуда питающего напряжения.
Уравнение электрического равновесия в системе относительных единиц при питании синусоидальным напряжением запишется
sin (j>í i- q>) = Д -L б -м + Г —¡lr; (2)
Ф = arc sin (3)
где о)—угловая частота питающего напряжения; ф — угол открытия вентиля;
t sss J---мгновенное значение тока в относительных единицах.
м
Поскольку Е = £хт или с учетом (I)
г —
уравнение (2) запишется:
бшИ + -:) = А -И (кгп 4- 1 ) + Решение уравнения (5) для области ь > 0 имеет вид
(4)
a Sin (
) - Щ Т cos {f*t -ь '-) ,
а 4- 72 "Г
где
а — k2n + 1,
А = ~ -
(7 Sin
г cbs »
(6) (7)
+ ш2 Т1 • (8)
Ферму импульсов тока его среднее и действующее значения можно рассчитать на основании (6, 7, 8). Однако эти выражения можно упростить, если принять во внимание, что падение напряжения на открытом вентиле ничтожно мало по сравнению с амплитудным значением питающего напряжения, то есть Д~0. Это вполне справедливо при использовании тиристоров и вносит определенную погрешность в расчет тиратронной системы. Ток при Д = 0 из (3), (6), (7), (8) определится
а '
~Т *
—. О)
п sin <01 — о) Т cos «4 -4- ыТе
Для нахождения среднего и действующего значений тока определим продолжительность импульса тока , приравняв нулю выражение (9):
Sin а/и — COS ffi/ц
0)1
Уравнение (10) трансцендент-но и разрешимо численными или графическими методами,
На рис. 3 представлены диаграммы, характеризуюдие зависим зсть относительной прэдол-жительности импульса = и>/:[ от параметра нагрузки и скорости э го коэффициента ' для сериес-ного двигателя, рассчитанные по <10).
Среднее значение тока двигателя за время периода питающего напряжения с учетом (9) определится:
т
0.
(10)
об
- у
\ \ шТ / = 4
\ \
ш7-/ \ / --0 \j
№ 200 220 2Ц0 260 280° Л
-ср = 2°Г í ldí ^ 'о
["а (1 — cos/.) — шТ sin X
Рис. 3
м2 Т2
С1-4" ~т)]
2 : (а2 + ü)2Г2)
(П)
На рис. 4 представлены диаграммы зависимости среднего тока се-риееного двигателя от скоростного коэффициента а и параметра соТ, построенные по (11) и (10). По среднему току может быть определена механическая характеристика привода при включенном релейном элементе для конкретной системы, которая в дальнейшем используется в расчетах динамических характеристик следящей системы Г2].
Для оценки нагреёа двигателя необходимо знать среднеквадратичный ток при включенном релейном элементе, зависящий от скорости и параметров привода и временную циклограмму работы привода, определяемую в расчетах динамики следящей системы. Среднеквадратич-
ный ток при включенном релейном элементе может быть определен с учетом (9]
'ск— ~2
1_ с I ^
+
~2Л __2а
шзТ^ 1-е шГ Л ) 4ха (* + ь>*Т*)
аХ
шТ
а2 -+- 0)272'
51п 2\ 2о*ТЧ ~'_31ПХ ] +
2* (а* + ^Т2)
(12)
0.3 I ср
0/ 0.2 0.3 О.Ь 05 0.6 1с»
Рис. 5.
На рис. 5 приведены диаграммы среднеквадратичного тока двигателя последовательного возбуждения, в зависимости от скоростного коэффициента а и параметра со7\ построенные по (12) и (10).
Имея возможность расчета среднего и действующего значений импульсного тока, можно предложить следующую инженерную методику выбора универсальных двигателей для электроприводов релейного регулирования с применением управляемых вентилей:
1) производится предварительный выбор двигателя (по максимальной мощности, скорости, нагрузке или другим соображениям);
2) определяются параметры цепи двигателя, выбирается частота и величина питающего напряжения;
3) с помощью диаграмм рис. 4 определяется зависимость среднего значения тока от скорости и строится механическая характеристика привода;
4) с использованием механической характеристики и характеристик релейной системы Г21 строится временная циклограмма работы двигателя (ток и скорость в функции времени);
5) по циклограмме и диаграммам рис. 5 строится график среднеквадратичного тока во времени, рассчитывается эквивалентный по нагреву ток по которому и проверяется выбранный двигатель [3].
ЛИТЕРАТУРА
1. Электрические машины малой мощности, под редакцией Д. А. Зава-лишина, ГЭИ, 1963.
2. Я. 3. Цыпки н. «Теория релейных систем автоматического регулирования, ГИТТЛ. 1955. • "
3. В. П. А н д р е е в, Ю. А. Сабинин. Основы электропривода, ГЭИ, 1956.