Расчет механических характеристик электродвигателей при питании от тиристорных РШИП с симметричным управлением Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 262 1973

РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПРИ ПИТАНИИ ОТ ТИРИСТОРНЫХ РШИП С СИММЕТРИЧНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Л. С. УДУТ, В. С. ФАДЕЕВ, В. А. БЕИНАРОВИЧ

(Представлена научно-техническим семинаром НИИ АЭМ)

**

Свойства реверсивных электроприводов с двигателями независимого возбуждения, питающимися от реверсивных широтно-импульсных преобразователей (РШИП) с симметричным законом управления, аналогичны свойствам системы генератор—двигатель, чем и обусловлено их широкое применение. Использование тиристоров в качестве силовых ключей в РШИП приводит к необходимости введения временной задержки ¿з между переключениями тиристоров в плечах моста. На рис. 1 приведена схема тиристорного РШИП с трансформаторными устройствами принудительной коммутации,-из которой видно, что включение, например, тиристора Т4 допустимо только после полного восстановления запирающих свойств тиристора Т1. Введение временной задержки существенно изменяет режимы работы РШИП, механические характеристики электропривода и вносит отличия в методику их расчета по сравнению с [1].

Проведем анализ квазиустановив-шихся электромагнитных режимов работы тиристорных РШИП на якорную цепь двигателя независимого возбуждения при следующих допущениях: вентили идеальные (сопротивление равно нулю или бесконечности); параметры цепи якоря Дя, ¿я постоянные; источник питания с напряжением имеет внутреннее сопротивление, равное нулю, и допускает протекание тока в любом направлении; эдс Е двигателя за время периода коммутации Т не изменяется; устройство принудительной коммутации в момент выключения тиристоров мгновенно уменьшает до нуля напряжение питания двигателя. На рис. 2 приведены диаграммы, иллюстрирующие при принятых допущениях различные режимы работы тиристорного РШИП при постоянной скважности импульсов и различных средних токах и эдс якоря двигателя с учетом возможности протекания тока двигателя через обратные диоды (рис. 1) и источник питания независимо от состояния тиристоров в плечах моста. На рис. 2,а показано выходное напряжение. На рис. 2,6 показаны диаграммы тока якоря для граничных случаев,

Рис. 1

разделяющие токовые режимы на ряд характерных зон: режим непрерывного тока—зона I, прерывистых однополярных импульсов тока — зона II, прерывистых биполярных импульсов тока — зона III и режим непрерывного переменного тока (с возможным содержанием постоянной составляющей) — зона IV. Дифференциальные уравнения тока якорной цепи на отдельных интервалах периода коммутации имеют вид

dt

(1)

Решение уравнения (1) с последующим интегрированием позволяет определить механические характеристики для различных режимов работы (зон рис. 2,6). В плоскости механических характеристик четырем возможным токовым режимам будут соответствовать четыре области, разделенные граничными кривыми.

а)

Рис. 2

Определим границу между режимом непрерывного тока (зона I) и режимом прерывистых однополярных импульсов тока (зона II) из условий, что в конце периода значение тока уменьшается до нуля (кривая 1 — 1 на рис. 2,6). Взяв за единицу измерения времени период коммутации, получим при указанных условиях

1-м

U( 2е

Ьтя

1)_Егр(1'-е =

(2)

Применяя разложение в степенной ряд с учетом первых трех членов ряда, получим из (2) упрощенное уравнение для граничной скорости при положительных средних значениях тока двигателя (правая граница)

игр 1

'orpi

ТГ

2т, 1

т.

1

1

и при отрицательных средних значениях тока (левая граница)

(3)

(4)

б1

83

Интегрируя на интервале периода повторения решения уравнения (1) для граничных условий перехода из режима непрерывного тока в режим прерывистых однополярных импульсов тока и применяя разложение в степенной ряд, определим граничное среднее значение тока двигателя для положительных токов (правая граница)

(/ — Епгп1 ¿/ + Епгр1

Лтгр! —

"Епгр!

(2-х,)

2/?ях,

-(1-М2

и для отрицательных токов (левая граница)

/

огр!

и-Е

'ОГр!

2Яя

■Х,(2 —Т2)

и 4-Е

'огр!

2 Ял

(5)

(б)

Рис. 3

По уравнениям (3) — (6) на рис. 3 построены границы 1 области режима непрерывного тока (зоны I) в плоскости механических характеристик .

Граничные условия между режимами прерывистых однополярных импульсов тока определяются отсутствием тока в двигателе на интервале одной временной задержки (т3) в каждом периоде (кривая 2—2 на рис. 2,6). Используя такую же методику, получаем выражение граничной скорости эдс и граничного среднего тока для положительных токов (правая граница).

ш

пгр:

Епгрз 2^1(2гя+2х3+т1-2)

1 (7)

и 2тя(1—та)—(1 —Т2)2

/пгро- Т1 (2—Тд—2х3)— 2 (1—Т1—(8)

и для отрицательных токов (левая граница)

шогр2 ^огр2 ,

,2х2(2хя+2х3+х2-2)

— 1--оТ71-_ ч >1—Т^Г ' (9)

V 2Хя(1-т3)-(1-Т3У'

/огр2 = -^^Ч(2-х2-2х3)+ (10)

На рис. 3 эта граница обозначена цифрой 2.

Граничные условия между режимом прерывистых биполярных импульсов тока и режимом непрерывного переменного тока определяются равенством нулю текущего значения тока в конце каждого периода при наличии изменения направления тока внутри периода (кривая 3—3 рис. 2,6). Соответственно выражения граничных значений скорости, эдс и среднего тока, определяющие правую границу области переменных токов в плоскости механических характеристик, имеют вид

<*>пгРз <"пгР1 2 -с3(2-ся—х3)

2 тя—1 / (И>

/пгр3=/пгр1"/?й(2тя-1)' 02)

где б)пгръ /пгр!—относительная скорость (3) и средний ток (5) на границе непрерывного режима (кривая 1 рис. 3) при соответствующих значениях п. Левая граница области переменных токов определяется по уравнениям

о)

ОгрЗ

Еогрз 2(х2+т3—1)(1—т2—2тя+т3)

-1, (13)

«о и 2тя-1

и_^ [/4-Е

* *\ЯТЯ ^ ^Я^Я

По уравнениям (11) — (14) на рис. 3 построены границы 3 области переменного тока.

Пересечения правой и левой границ 3 (рис. 3) режима переменного тока образуют область IV, внутри которой механические характеристики прямолинейны и выражаются уравнением

(15)

ш0 'якз

и

где /якз =-5--ток короткого замыкания.

К я

В области непрерывных токов /я(рис. 3) механические характеристики также прямолинейны, но в правой полуплоскости (при положительных токах) они выражаются уравнением

=(2^—1)-—-', (16) / якя

а в левой полуплоскости (при отрицательных токах) —уравнением

(2т, + 2Т3-1)--А_. (17)

ш0 ' якз

В области прерывистых токов II и III (рис. 3) механические характеристики нелинейны. Однако ввиду узости областей прерывистых токов нелинейные механические характеристики можно заменить отрезками прямых, соединяющих точки пересечения механических характеристик для областей I и IV непрерывного тока с границами режимов непрерывного тока 1 и 3 (рис. 3).

Рекомендуется следующая методика расчета механических характеристик электроприводов с тиристорными РШИП при симметричном совместном управлении.

1. По уравнениям (3), (5) и (4), (6) строится граница 1 (рис. 3) перехода из режима непрерывного в режим прерывистого тока и определяется область I.

2. По уравнениям (II), (12), и (13), (14) строится граница 3 (рис. 3) перехода из режима прерывистого тока в режим переменного тока и определяется область IV.

3. Для заданного значения ть Т2 и тз строятся механические характеристики для режимов непрерывного тока: в правой полуплоскости области I (рис. 3)—по (16), в левой полуплоскости области I — по (17), внутри области IV — по (15).

4. Точки пересечения механической характеристики с границами режимов (точки а, с и а', с' на рис. 3) соединяются отрезками прямых так, чтобы получилась непрерывная ломаная механическая характеристика. Если прямая аа' не встречается с областью IV, то режима переменного тока не существует и механическая характеристика представляется в зоне прерывистых токов линией аа'.

При неучете режимов прерывистого тока механические характеристики можно построить в правой полуплоскости по уравнению (16), в левой — по (17). В этом случае при среднем токе, равном нулю, имеется разрыв механической характеристики, сопровождающейся скачком скорости, определяемым из (16) и (17).

— = 4т3. (18)

<00

Например, при частоте коммутации 500 гц (Т = 2000 мксек) для тиристоров типа Т-150 необходима временная задержка ¿з—150 мксек, что приводит к появлению скачка скорости при изменении знака момен-

та (тока) = °>3"

Проведенные эксперименты подтвердили правильность предложенной методики расчета механических характеристик и непригодность для рассматриваемых систем методики [1], разработанной для систем с транзисторными РШИП.

ЛИТЕРАТУРА

1. О. А. Коссов. Усилители мощности на транзисторах в режиме переключений. «Энергия», 1971.