Влияние времени коммутации в импульсных преобразователях постоянного тока на характеристики электроприводов с двигателями последовательного возбуждения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА

им. С. М. КИРОВА

Том 285 197о

ВЛИЯНИЕ ВРЕМЕНИ КОММУТАЦИИ В ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С ДВИГАТЕЛЯМИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

А. И. САПОЖНИКОВ, В. А. БЕЙНАРОВИЧ

(Представлена научно-техническим семинаром ПНИ АЭМ)

Импульсные методы регулирования скорости вращения электродвигателей с использованием тирлсторных преобразователей находят широкое применение в электроприводе. В настоящее время известно большое число схем тиристорных преобразователей напряжения постоянного тока, применяемых для регулирования скорости вращения электродвигателей с питанием от нерегулируемых источников постоянного тока. Особенно велико значение таких систем в тяговых электроприводах и установках с аккумуляторным питанием.

Так ка-к тиристоры обладают характеристикой тиратранног© типа, то в преобразователях напряжения постоянного тока применяются устройства искусственной коммутации. По типу устройства искусственной коммутации преобразователи постоянного тока можно разделить на две группы. К первой группе относятся импульсные преобразователи с мгновенным прекращением .поступления энергии в нагрузку, в результате чего среднее напряжение на нагрузке однозначно определяется относительной продолжительностью включения уу. Ко второй группе относятся импульсные преобразователи с конечным временем коммутации, з течение которого в нагрузку продолжает поступать энергия от источника питания. Вследствие этого минимальная величина среднего напряжения на нагрузке не может быть меньше некоторого значения, определяемого параметрами устройства искусственной коммутации и величиной тока нагрузки.

При расчете искусственных электромеханических и механических характеристик методами, описанными в [2], среднее напряжение на двигателе считается равным ууи, что приводит к расхождению экспериментальных и расчетных характеристик в случае применения преобразователей второй группы. В работе [1] приведена методика расчета искусственных электромеханических характеристик с учетом конечного времени коммутации в преобразователях с одной ветвью коммутации (рис. I а) и показано, что 7Уи не определяет однозначно величину среднего напряжения на нагрузке. Это объясняется тем, что действительная продолжительность включения у существенно изменяется в зависимости от величины тока нагрузки I (рис. 1 б), поскольку время перезаряда коммутирующего конденсатора Ск постоянным по величине током при напряжении питания Ьт равно [1]

h

Рис. 1.

Вследствие этого внешняя характеристика преобразователя и соответственно электромеханические и механические характеристики пр:й импульсном питании от преобразователей второй группы оказываются более мягкими.

В настоящей работе исследуется влияние импульсного преобрази вателя второй группы на изменение скорости вращения двигателей по сравнению с питанием тех же двигателей от импульсного преобразовав теля первой группы, то есть дается количественная оценка влияния реального времени коммутации на электромеханические характеристики электропривода с широтно-импульсным силовым преобразователем.

Параметры устройства принудительной коммутации выбирают так, чтобы сохранялась возможность запирания ((выключения) силового тиристора преобразователя при протекании через него максимально до* пусти1мого тока нагрузки. В случае питания двигателя, выбранная схема преобразователя должна коммутировать пусковой ток двигателя или, при наличии токоограничен'ия, ток упора. При этом устройством коммутации силовому тиристору предоставляется время для восстановления запирающих свойств [3]

^ в макс ~ К3 ^в пасп ~ Ск ~Т1 » (2)

]н

где

Кз=0»2-М,5) —коэффициент запаса по времени восстановленияj

tu паси—паспортное время восстановления запирающий свойств силового тиристора;

1Н— номинальный ток двигателя;

К—коэффициент кратности максимального тока по отнош ению к ном ин а льном у.

Разделив выражение (1) на (2) и разделив эбе части полученного равенства на длительность периода коммутации Тк, получим выражение для относительной продолжительности дополнительного протекания

9*

331

тока через двигатель за счет устройства принудительной коммутации в преобразователях второй группы, зависящей от величины тока нагрузки

Ау (0 — 2 К3 • паСп •> (3)

, 1

гае тк = --частота коммутации;

1 к

I

1 —относительная величина тока нагрузки.

Аналогичным образом можно исследовать и другие варианты схем преобразователей второй группы и показать, что во всех случаях имеется ДуП) >0.

Учитывая вышесказанное, среднее значение напряжения на нагрузке преобразователей второй группы при условии, что начальное напряжение на коммутирующем конденсаторе равно напряжению источника питания, а ток нагрузки имеет непрерывный характер, вследствие чего через конденсатор протекает неизменный по величине ток, равный току нагрузки, определяется выражением:

иср = [Уу + Лу(0]-и. (4)

Определим величину ошибки, вносимую неучетом дополнительной продолжительности включения ЛуП) при расчете электромеханических характеристик. Следуя методике [2] и считая напряжение источника равным номинальному, величина скорости двигателя в относительных единицах определяется

зу 1 Рэ а — 1

* . (5)

где

сои (Ое

vи — — ; = — — относительные значения скорости вращения

О)

двигателя соответственно на искусственной и естественной характеристиках;

I ~ :--- относительное значение тока якорной цепи;

I

]

и,

а =—=~ = отношение номинального напряжения питания ^н Кдв

к номинальному падению напряжения в цепи двигателя;

рэ = __ относительное значение сопротивления сило-Кдв вой цепи ШИП-ДПВ, включая внутреннее сопротивление источника питания;

здесь Идв — сопротивление цепи якоря двигателя;

ия, 1н, о)н—номинальные параметры двигателя.

В выражении (5) считаем у состоящей из двух составляющих

Тогда выражение (5) с учетом (6) запишется

Ч = (7,

Отклонение скорости будет определять второе слагаемое с ДуО). Считая, как это принято в работе [2], за эталон характеристику, получаемую при идеальном ключе и идеальном источнике питания, определяемую выражением

е >

.(8)

(9)

относительное отклонение скорости определяется делением второго слагаемого выражения (7) на величину эталонной скорости по (8) для одного и того же значения тока и одинакового значения Ve

Д7 _ оЛу (I)

" *Уу - 1'

Для обобщения результатов анализа на импульсные преобразователи второй группы с любьим типом тиристоров, выражение (9) с учетом (3) запишется

Дv 2а

(10)

Aví

где пасп^-^ — постоянная величина для выбранной схемы пре-

образователя.

0,1 0,2 0,3 ЦЧ 0,5 2,6 0,7 0^3 0,9 ^

Рис. 2.

На рис. 2 приведены зависимости, построенные по выражению (Ю) и характеризующие отклонение скорости двигателя от расчетного при идеализации преобразователя по выражению (8) и позволяющие по из-

Д V

вестньш величинам А, а, 1, уу определить — . На рис, 3 показаны

зависимости отклонения скорости двигателя от расчетного значения при токе нагрузки ¡=0,5 и питании от широтно-импулысного преобразователя второй группы (тина рис. 1, а) с указанными параметрами, определяющими величину постоянного коэффициента А=0,04-2. Кривые

о о Д*

рис. о получены из кривых рис. 2 путем умножения координаты —-для заданных значений уу> а и \ на постоянный коэффициент А. Напри-

мор, ордината точки В на рис. 3 равна -т— -А = 23-0,042 = 0,965 при

<■< — 4; ¡=0,5 и Ту =0,3.

Из кривых рис. 2 и 3 видно, что неучет Ду(0 приводит к значительной ошибке в определении скорости двигателя, особенно в области ма~ ы\ значений тока нагрузки двигателя и малых уу. Так при токе нагрузин I = 0,6 и Ту — 0,3 (рис. 3) в зависимости от а ошибка в определении скорости по идеализированным условиям (8) составляет от 0,6 до 0,95, и есть действительная скорость двигателя, питающегося от тирнсторно-го преобразователя второй группы, будет в 1,6-^1,95 выше рассчитанной по методике [2] без учета конечного времени коммутации.

Аналогичные зависимости отклонения скорости можно получить и ^ случае питания двигателя от частотно-импульсного преобразователя |4|, в котором также можно выделить постоянную составляющую длительности импульса напряжения и переменную, зависимую от тока на-; рузки и определяемую выражением (3).

Таким образом, для избежания больших ошибок при расчете электромеханических и механических характеристик двигателей последовательного возбуждения по (2), питающихся от тнристорных импульсных преобразователей второй группы, необходимо учитывать конечное время коммутации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Б. П. Петров. Внешние и электромеханические характеристики тягового двигателя постоянного тока при импульсном управлении. «Электричество» 1971, № 1.

2. А. И. Сапожников, В. А. Бейнарович, А. И. А л и ф и р о в. Электромеханические и механические характеристики двигателя последовательного возбуждения при питании от ШИП. Статья в настоящем сборнике.

3. М. И. К р а й ц б е р г и Э. В. Ш и к у т ь. Импульсные методы регулирования цепей постоянного тока с помощью тиристоров. М., «Энергия», 1969.

4. В. Е. Розенфельд, В. В. Шевченко, В. А. М а й б о г а, Г. П. Д о л а б е р и д з е. Тиристорное управление электрическим подвижным составом постоянного тока. М., «Транспорт», 1970.