Использование двигателей универсального питания в следящих электроприводах релейного действия Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

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.