CC BY
16
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА
им. С. М. КИРОВА
Том 285 - ' 1975
МЕТОДИКА РАСЧЕТА СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С ТИРИСТОРНЫМИ РШИП СО СМЕННЫМ ЗАКОНОМ КОММУТАЦИИ
В. А. БЕЙНАРОВИЧ, Л. С. УДУТ, В. С. ФАДЕЕВ, А. Е. ДЕЕВ
(Представлена научно-техническим семинаром НИИ АЭМ)
Основные выражения для расчета и построения статических элек-1 ромеханичеоких £2(1я) или механических Й(М) характеристик электроприводов постоянного тока с тиристорными реверсивными широтао-'импульсными преобразователями со сменным законом коммутации [1] определяются на основании анализа кв'а зи уст а навивши х ся электромагнитных процессов [2] в различных режимах работы (рис. 1). Принимают-
¿
<Г
XI
Цп
<Цл
7 р
П/ \ 1 /т
г/ п тз "
—
Т1 т г
& в
Рис. 1.
%\ ить
ся следующие допущения: вентили идеальные, параметры цепи преобразователь — двигатель постоянные, сопротивление источника питания равно нулю, э. д. с. двигателя за время периода ком!мутации не изменяется. Результаты анализа удобно представить в относительных единицах (см. приложение).-
Электромеханические характеристики электропривода
Симметричный закон ком <м у т а ц и и
Исходные выражения, описывающие электромагнитные процессы на интервалах времени п и Т2 (рис. 1а, в), имеют вид
± 1 = -^¡Г + «я* + е* . (1)
В зоне непрерывных токов (рис. 1, а) электромеханические характеристики определяются выражением
а = (2т, - 1) - I/ , (2)
а в зоне прерывистого тока (рис. 1, в) строятся совместным решением следующих уравнений:
-ч2 + 2тгта - Х2!
2 5
I *
2т
Е* 4.1
-V ---
"С | То —
1 + Е* 2хя
2 .
Т9 = ха 1п
(4)
(5)
1 + Е*
Граница режимов определяется следующими значениями граничной скорости вращения и тока двигателя:
О *
-2гр2* = 2х1( 1 +
1
2та - 1
- 1;
!ягр1* = — I
ЯГр2
4т, - 2т,2 — 1 _ 2 2*я
грГ
(6) (7)
Несимметричный за кон коммутации Исходные выражения для электромагнитных процессов в якорной цепи на интервалах времени Т1 и т2 (рис. 1 б, г) имеют вид
1=тя1я*!+-1я*:+!е*;
0=тя1я* + 1я*:+е*. (8)
Тогда электромеханические характеристики в зоне непрерывных токов (рис. 1'б) описываются выражением
(9)
а в зоне прерывистого тока (рис. 1г) определяются совместным решением уравнений
Е»_ (У + 2^,) -21я»тя .
О*
I * =
V + 2т, х2
1
Е*
= тя 1x1
■V +
1 +
1
"я Е*
Е*
-
1 - е
Е* 2ха
ь2 >
(10) (11)
(12)
Граница режимов определяется следующими значениями граничной скорости вращения и тока двигателя:
+ „3)
^rp,• = 1
О *
Гр2
2та
1
Агр1
— х.
Гр2
■ч (1 - О
2гя - I
(14)
По найденным выражениям рассчитаны и приведены на рис. 5 (тонкие линии) электромеханические характеристики разомкнутой системы электропривода РШИП-Д со сменным законом коммутации при численном значении тя=5Д
Регулировочные характеристики РШИП при работе
на двигатель постоянного тока
'Регулировочные характеристики преобразователя целесообразно представить в виде зависимостей Е*пр(т1) при 1*я=юопз1, а влияние
внутреннего сопротивления преобразователя при расчетах учесть соответствующим увеличением сопротивления якорной цепи двигателя. Вид характеристик зависит от закона коммутации и режима работы преобразователя.
Режим непрерывного тока (рис. 1а, б). При непрерывном токе регулировочные характеристики преобразователя (рис. 3) рабочей части линейны, имеют зону насыщения и определяются при симметричном и несимметричном законе коммутации соответственно следующими выражениями:
■E*np=2Ti—1; (15)
Е*пр = ть (16)
Режим прерывистого тока (ipimc. \в, г). В этом случае регулировочные характеристики преобразователя в рабочей части существенно нелинейны и зависят от тока якоря и скорости вращения (э. д. с.) двигателя, которые, однако, связаны между собой однозначно выражениями (4), (5) и (11), (12). Учитыва я, что всегда выполняется условие
Е*Пр —Е*+1*я
на основании (3) и (10), выражение для регулировочной характеристики преобразователя в режиме прерывистого тока для случая симметричного закона коммутации (рис. 1в) определяется выражением
Е • = 1 _ J»*(2V (17а]
F V + 2x^2 — V v '
или в соответствии с рис. le
Епр* + (176)
При несимметричном законе коммутации в режиме прерывистого тока (рис. 1г) регулировочная характеристика преобразователя определяется выражением
Unp* = W + - 1я*(*2 ~ V ~ 2х,х2 + т2>) (18а)
или в соответствии с рис. \г
Е*Пр=Т1+Е*тз. (186)
На рис. 2 приведены регулировочные характеристики РШИП при работе на двигатель постоянного тока, рассчитанные по выражениям (17) и (18).
Аналогичным образом по выражениям (3) — (5) и (1,0) — (12) могут быть рассчитаны и построены внешние характеристики преобразователя Е*пр(1*я) при ti— const и регулировочные характеристики системы ШИП-Д fi*(ti) при I*H=const, которые также будут нелинейны в режиме прерывистого тока.
Регулировочная характеристика РШИП со сменным законом коммутации определяется выражениями (15), (16), (17), (18) и даже в режиме непрерывного тока (рис. 3) оказывается существенно нелинейной— имеет зоны насыщения, нечувствительности и различный наклон линейной части в зависимости от режима работы преобразователя.
Статические характеристики замкнутой системы РШИП-Д
При представлении преобразователя линейным звеном, что возможно только в области непрерывных токов, выбор параметров замкнутой системы стабилизации скорости и расчет ее статических характеристик производится обычными методами и затруднений не вызывает.
3 — 47
33
Рис. 2. Рис. 3.
Учет всех указанных .нелинейностей системы РШИЛ-Д может быть произведен при графоаналитическом методе расчета статических характеристик замкнутой системы. Для этого по изложенной выше методике необходимо предварительно рассчитать и построить статические характеристики разомкнутой системы й*(1*я) при т^сопэ! (рис. 5), характеристики управления ШИМпо двум входам Т1(и*у1) и т2(и*у2) (рис. 4 6), характеристику БОС и*у!(0*) при изад^сопэ! (рис. 4а), характеристи-
Рис. 4.
ку БТО и*уг(1*я) — при использовании схемы отсечки или 11*у2(й) — при использовании упреждающего токоограничения (рис. Ав). Порядок построения статических характеристик замкнутой системы при заданном значении и3ад ясен из рис. 4 и 5. Характеристики (рис. 5, толстые линии) оказываются нелинейными в области малых ¡нагрузок и в области действия токовой отсечки (толстые сплошные линии) или упреждающего токоограничения (толстые пунктирные линии).
Предложенная методика позволяет по требуемому виду статической характеристики замкнутой системы синтезировать характеристики и параметры ШИМ, БОС, БТО с учетом имеющихся в системе нелиней-ностей, что особенно важно при проектировании высокоточных систем. Следует отметить, что введение порога иу20 срабатывания по каналу иу2 управления модуляторами позволяет исключить влияние нелинейности начального участка характеристики нелинейного элемента токо-
вой отсечки, определяемой величиной иу2<ь соответствующей началу действия отсечки.
Рис. 5.
Буквами А и Б на рис. 4 и 5 обозначены моменты переключения закона коммутации в соответствии с найденным точным (сплошные линии) и упрощенным (пунктирные линии) условием его смены.
Приложение
иш Епр, Кпр, Е, 1Я, М, £1, Кя, Ья, и зад, иу —средние значения напряжения источника питания; э. д. с. и внутреннего сопротивления преобра* зователя; э. д. е., тока, момента, скорости вращения, сопротивления и индуктивности цепи якоря двигателя; задающего напряжения и напряжения управления.
е, ¡я—мгновенные значения э. д. с. и тока двигателя; иб = Ьтп—базовое значение напряжения; Кб = 1^я+Кпр— базовое сопротивление;
1б = —- — базовое значение тока;
Кб
= базовое значение скорости;
Тб = Тк — базовое значение времени, равное периоду коммутации преобразователя;
Тя = — постоянная времени цепи обмотки якоря двигателя, Кяу
Обозначения величин в относительных единицах:
тт* и
и — у^--напряжение,
Е*= -щ ~э-д-с"
о* 2
= "о--скорость вращения,
R* ~~ сопротивление,
Кб
t
x = —--время,
тб
TT - UV
Uy- = _l_— напряжение управления.
Uy макс
Й*грь 1я*грь Й*гр2, 1я*гР2 — граничные значения скорости и тока соответственно в I и IV квадрантах и во II и III квадрантах.
ЛИТЕРАТУРА
1. В. А. Бейнарович, Л. С. У дут, В. С. Фадеев, А. Е. Деев. Принципы построения быстродействующих реверсивных электроприводов с ти-рнсторными широтно-импульсными преобразователями со сменным законом коммутации. Настоящий сборник.
2. Л. С. Удут, В. С. Фадеев, В. А. Бейнарович. Расчет механических характеристик электродвигателей при питании от тиристорных РШИП с симметричным управлением. Известия ТПИ, т. 262-, изд-во ТГУ, 1972.
