Исследование динамических характеристик электроприводов постоянного тока при различных способах возбуждения (стр. 6 из 6)

Рисунок 3.6б. Результаты моделирования

Исследование механических характеристик двигателя с параллельным возбуждением проводилось на модели, показанной на рис. 3.7а. Механическая характеристика показана на рис. 3.7б.

Рисунок 3.7а. Модель для получения механических характеристик


Рисунок 3.7б. Результаты моделирования

Результаты моделирования показывают, что двигатель развивает меньший пусковой момент и имеет большую скорость холостого хода по сравнению с двигателем с независимым возбуждением.

3.3 Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением

На рис. 3.8 схематически показан двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением. Уравнения, описывающие работу двигателя, имеют вид:

(3.5)

Рисунок 3.8

Введением базовых значений переменных

Уравнения (3.5) приводятся к безразмерному виду:

(3.6)

Где:

– параметры двигателя.

Представим уравнения (3.6) в операторном виде:

(3.7)

Модель двигателя, построенная по системе уравнений (3.7) представлена на рис. 3.9 апри скачке управления в момент 0,5 с и скачке возмущения в момент 5 с. Переходные процессы, показанные на рис. 3.9б, свидетельствуют о том, что при пуске моментдвигателя с последовательным возбуждением значительно превышает момент двигателя с независимым возбуждением и двигателя с параллельным возбуждением. Это достоинство двигателя широко используется в тяговых (подъемно-транспортных) электроприводах. Однако в двигателе с последовательным возбуждением при приложении нагрузки наблюдается значительный провал скорости.

Рисунок 3.9а. Модель ДПТ с последовательным возбуждением

Рисунок 3.9б. Результаты моделирования


Для исследования механической характеристики построена модель (рис. 3.10а) аналогично ранее описанным вариантам ДПТ, Результаты моделирования приведены на рис. 3.10а. Механическая характеристика двигателя является существенно нелинейной. При малых моментах она является очень «мягкой», а при больших моментах достаточно «жесткой».

Рисунок 3.10а. Модель для получения механических характеристик

Рисунок 3.10б. Результаты моделирования


3.4 Электромагнитные процессы в системе ШИП-ДПТ

Основным вариантом реверсивного ШИП с выходом на постоянном токе является мостовая схема (рис. 2.9), выполненная на четырёх транзисторных ключах ТК1-ТК4, шунтированных диодами. Каждый транзисторный ключ кроме выходных транзисторов содержит предвыходной каскад, блок защиты и управления. Все эти устройства не загружаются силовым током, протекающим через нагрузку. В дальнейшем рассматривается методика расчёта токов, протекающих только через выходные транзисторы и включённые встречно-параллельно им диоды.

Электромагнитные процессы в нагрузке (якоре двигателя постоянного тока) при двухполярном выходном напряжении (симметричном управлении транзисторными ключами ШИП) изображены на рис. 3.11а, а при однополярном выходном напряжении (несимметричном и поочередном управлении) – на рис. 3.11б.

Рисунок 3.11. ЭлектромагнитныепроцессывсистемеШИП–ДПТ

В квазиустановившемся режиме электромагнитные процессы в нагрузке описываются следующими дифференциальными уравнениями в относительных величинах:


(3.8)

где А = 1 при двухполярном выходном напряжении, А = 0 – при однополярным,

.

Среднее напряжение на выходе ШИП определяется из уравнений:

– при двухполярном напряжении,

(3.9)

– при однополярном напряжении.

Из рис. 3.11 видно, что ток в якоре содержит среднюю (гладкую) составляющую IЯср и пульсирующую составляющую

. Гладкая составляющая тока обусловлена средним значением напряжения на якоре и установившейся скоростью вращения:

–при двухполярном напряжениина выходе ШИП

(3.10)

– при однополярном напряжении.

Уравнения (3.10) одновременно описывают и механические характеристики исполнительной машины, т. к. момент на валу определяется лишь гладкой составляющей тока, эти характеристики показаны на рис. 3.12, где в скобках указаны значения у для двухполярной модуляции.

Как следует из (3.10) механические характеристики системы ШИП – двигатель постоянного тока представляют собой семейство прямых с постоянным углом наклона к оси абсцисс (рис. 3.12), пересекающих ось ординат при

(при несимметричном и поочередном управлении) или при
(при симметричном управлении).

Рисунок 3.12. Механические характеристики системы ШИП–ДПТ

Таким образом, механические характеристики системы ШИП – двигатель постоянного тока аналогичны механическим характеристикам системы генератор – двигатель. Импульсное управление двигателем от ШИП практически не искажает естественных механических характеристик двигателя.

Величина пульсирующей составляющей находится из решения системы уравнений (3.8); ее обобщенное выражение имеет вид:

(3.11)

Средние и эффективные токи в якоре машины, в силовых транзисторах и диодах и в источнике питания могут быть определены по упрощенным выражениям, если принять, что мгновенный ток якоря изменяется по закону:

(3.12)

В этом случае выражения для определения относительных токов во всех отмеченных ветвях представлены в табл. 3.1.

вал двигатель электропривод преобразователь

Таблица 3.1

В качестве примера на рис. 3.13 а, б приведены зависимости относительных токов в силовых транзисторах и диодах для двухполярной модуляции, рассчитанные по выражениям табл. 3.1.

Рисунок 3.13а. Средние и эффективные токи в силовых транзисторах


Рисунок 3.13б. Средние и эффективные токи в силовых диодах

Целью расчета и проектирования транзисторного ШИП является выбор способа управления, типа транзисторов и диодов, определение токов и мощности рассеяния и оптимальной частоты коммутации в ШИП.

При выборе способа управления необходимо исходить из требований, предъявляемых к регулировочным и энергетическим характеристикам электропривода. Симметричное управление ШИП позволяет получить линейные регулировочные характеристики двигателя. Однако энергетические характеристики ШИП при этом способе управления ухудшены вследствие повышенных пульсаций тока в якоре и в полупроводниковых приборах.

При несимметричном и поочерёдном управлении ШИП в регулировочной характеристике электропривода имеет место зона нечувствительности. Схемные способы уменьшения этой зоны ухудшают устойчивость электропривода.

Энергетические характеристики ШИП с несимметричным и поочерёдным управлением лучше, чем у ШИП с симметричным управлением, так как пульсации тока здесь в два раза меньше.

В паспортных данных силовых транзисторов и диодов обычно приводится допустимая рассеиваемая мощность, как с радиатором, так и без него. Поэтому определение мощности, рассеиваемой транзистором и диодом, может рассматриваться как конечный результат расчета.

Заключение

Результаты моделирования показывают, что переходной процесс по управлению в двигателе cпараллельным способом возбуждения несколько затянут по сравнению с двигателем с независимым возбуждением. Так же двигатель развивает меньший пусковой момент и имеет большую скорость холостого хода по сравнению с двигателем с независимым возбуждением.

При пуске момент двигателя с последовательным возбуждением значительно превышает момент двигателя с независимым возбуждением и двигателя с параллельным возбуждением. Это достоинство двигателя широко используется в тяговых (подъемно-транспортных) электроприводах. Однако в двигателе с последовательным возбуждением при приложении нагрузки наблюдается значительный провал скорости.

Сравнивая процессы в системах с ШИП с аналогичными процессами для непрерывных систем, можно сделать вывод о достаточно близком совпадении. Однако здесь, ШИП вносит свою специфику. Эта специфика проявляется в пульсации момента и в несколько измененных динамических свойствах системы.