Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода

Подождите немного. Документ загружается.

Для трехфазной нулевой схемы согласно (2.28)

1,17£

1,17

—^-=141

В.

Уз

Тогда

«=

Ып

т-

!г

и для малых значений

6V,

когда

. 10

£/,

sin

!Г~

—"lib

коэффициент усиления ТП в

141-^-я-^~37.

Это значение

соответствует касательной к

синусоидальная

характеристике управления ТП и дает возрастающую

погрешность^

увеличением

Максимальная погрешность имеет место при

£/

—

Uymax

—

6 В

/sin——

утож__

соста

вляет

^iU

^п

Uymax

—

grfo

37-6—

141

£,о

~°'

т.е.

57%.

Более точна аппроксимация синусоидальной характеристи-

ки в интервале углов

0—90°

усредненным значением

определен-

(/у

ным

для угла

——

я~^Г&~Г"

т.е.

для

£/

=4В.

Для данной

ли-

£,0

неаризации

=(141sinn/3)/4

30,5

и в диапазоне изменения

=0-i-4,6

В погрешность по выходному

напряжению не превосходит 20

Для определения минимального внутреннего сопротивления ТП

в зоне прерывистых токов можно воспользоваться выражением (2.66)

для

границы прерывистых токов. Тогда

учетом

Я=2я/т

1<г=0

/ т

Rdnmin

*2т-

Сравнение

dnm[n

сопротивлением

от

перекрытия

вентилей

(2.37)

показывает,

что

dnmin

в 2

раза больше

Так

как

.^«^_^

m=0i03

_^_

==0)2I60M>

2н

6ном

]/3/

2ном

1/316,7

-%^L=0,l-^—

0,72

Ом,

то

К37

2Н

ом

/316,7

*ат

=]/2^

—^

Ко,72?

—0,216?

0,69

Ом,

где

2но

ноМ

/Кз

£/

ном

6000/I/7208

16,7

А.

Следовательно, искомое сопротивление

R'dnmtn

*»*

-Г

°'

ОМ

Л Л

Управляемый ТП относительно мгновенных значений

входной и выходной координат представляет собой нели-

нейную импульсную систему. Мгновенные значения вы-

прямленной ЭДС

e<i

на интервале проводимости тока об-

разуют выходной импульс. Невозможность закрыть ти-

ристор, проводящий ток, с помощью управляющего

сигнала обусловливает изменение продолжительности

выходного импульса в переходных процессах. При умень-

шении напряжения управления

продолжительность

выходного импульса К увеличивается на некоторую вели-

чину

Да

«2—«и

так как за

время работы тиристора

управляющий сигнал успевает измениться и вызвать со-

ответствующее увеличение угла открывания (рис. 2.25).

Увеличение

уменьшает продолжительность открытого

состояния вентиля на величину Да (рис. 2.25). Выходное

напряжение будет нарастать с темпом

/dt.

Темп

снижения выходного напряжения

/dt

только при

условии

\dU

/dt\

\dUoJdt

\, откуда следует, что

из

инверторного режима в выпрямительный ТП может

переводиться сколь угодно быстро и, наоборот, из

выпрямительного в

инверторный

режим — с темпом, не

вали

^Р

,Ф

ики

изменения

напряжения

управления,

угла

откры-

и ЭДС ТП в переходных процессах

превышающим значение, определяемое частотой сети f

Если на вход

ТП

подать переменный сигнал управления

частотой

>/c,

то в

выходной

ЭДС ТП

может

появить.

ся постоянная составляющая. Это означает, что преобра.

зование

входного сигнала в выходной

сопровождается

существенными искажениями. Теоретически ТП

теряв'

полностью управляемость

при

f-/>—/

[16].

диапазоне частот

/с^/

<—f

ТП

может

пропус

кать переменный управляющий сигнал, не давая посто-

янной составляющей. Однако это имеет место только для

небольших диапазонов изменения а и при определенных

начальных

фазах входного сигнала. Поэтому практиче

ски

полоса пропускания ТП ограничивается частотой

пи-

тающей сети. В этой полосе силовая часть ТП может

рас-

сматриваться как безынерционное звено с косинусои

дальней

зависимостью средней ЭДС от угла открывания

В отличие от силовой части ТП СИФУ может вносить

заметные фазовые сдвиги величины а относительно

управляющего напряжения. Они определяются

инерци-

онностью элементов, входящих в состав СИФУ. В

зави-

симости от исполнения СИФУ как инерционное звено

обычно приводится к виду апериодического звена, звена

с чистым запаздыванием или к тому и другому вместе.

С учетом инерционности СИФУ передаточные функции

ТП для линейного участка его характеристики

управле-

ния имеют вид

^п(р)=^^

——

;

(2.70)

(p)

пР

(

(p)^k

e-^;

(2.71I

^п(р)

(2.72,

^пР+1

где

~0,0104-0,015

с;

~0,007^-0,015

с;

—

коэффи-

циент усиления ТП.

Поскольку инерционность ТП мала, то ее учитывать

имеет смысл только для малоинерционной нагрузки,

по-

стоянные времени которой соизмеримы с

при

ус-

ловии требуемого высокого быстродействия

регулировЗ'

ния

выходной координаты нагрузки. Примером такой

на-

грузки может служить двигатель постоянного тока

независимым

возбуждением. Структурная схема ТП для

такой

нагрузки определяется в соответствии с (2.69),

70)

—

(2.72). На рис. 2.26 приведена структурная схе-

ма

реверсивного ТП с совместным несогласованным

управлением,

включенного на двигатель.

Для нагрузки с большой индуктивностью, например

для обмотки возбуждения, область прерывистых токов

практически отсутствует. В этом случае

/<*

р=0

и при

несогласованном управлении характеристика обратной

связи по току вырождается в характеристику идеально-

го реле. Инерционность ТП ничтожно мала по сравне-

нию с инерционностью указанной нагрузки и не учиты-

вается в расчетах. С учетом отмеченных фактов струк-

турная схема ТП с активно-индуктивной нагрузкой

приобретает вид, показанный на рис. 2.27. Для согласо-

ванного управления обратная связь по току в структур-

ных схемах рис. 2.26 и 2.27 отсутствует и преобразова-

тель оказывается линейным звеном.

Рис. 2.26. Структурная схема реверсивного ТП с совместным

несо«

гласованным

управлением вентильными группами при работе на

дви-

гатель постоянного тока

Рис. 2.27. Структурная схема реверсивного ТП

с раздельным управлением с активно-индук-

тивной нагрузкой

Широтно-импульсный

преобразователь

(ШИП),

образующий неизменное напряжение постоянного

тока»

регулируемое напряжение постоянного тока, по

сравне.

нию с

ТП

характеризуется большей полосой пропускания

и большей линейностью характеристик управления.

По-

этому ШИП находит применение для электропривода с

высокими быстродействием и точностью регулирования

Однако

широтно-импульсная

модуляция выходного

на^

пряжения (ШИМ) вызывает дополнительные

потери

электроэнергии

от пульсаций рабочего тока и процессов

' коммутации вентилей. Для режимов рекуперации энер.

гии потребуется источник питания ШИП,

допускающий

оба направления тока. При отсутствии такого источника

обычно применяют неуправляемый выпрямитель,

допол-

няемый

соответствующими цепями, в которых должна

гаситься рекуперируемая нагрузкой электроэнергия. От-

меченные недостатки ШИП ограничивают его примене-

ние для электроприводов небольшой мощности — от

до-

лей кВт до нескольких киловатт.

Функционально ШИП состоит из двух частей: вход-

ного блока Б1 — широтно-импульсного модулятора

(ШИМ) и выходного блока Б2 — вентильного коммута-

тора

(ВК)

(рис. 2.28, а). Широтно-импульсный модуля-

тор преобразует входную координату — напряжение

управления

во внутреннюю координату — скважность

включения вентилей:

(2.73)

где

t-в

— продолжительность включения положительного

или отрицательного импульса напряжения, приложенно-

го к нагрузке, для ШИП с

однополярными

импульсами

или продолжительность положительного импульса для

•ШИП

разнополярными

импульсами, с;

—

пе-

риод коммутации вентилей, с.

Рис. 2.28. Функциональные схемы ШИП (а) и ШИМ (б)

состав ШИМ входят генератор опорного напряже-

ГОН, вырабатывающий напряжение пилообразной

МЬ1

[/'

оп

с частотой

=l/T

пороговое устройство

Ъу

дающее сигнал минимального уровня (нулевой сиг-

л)

при

on—t/y>0

и сигнал максимального уровня

^единичный

сигнал)

при

—t/

<0,

формирователь

управляющих

импульсов ФУИ, преобразующий сигналы

ГОН и

ЯУ

в соответствующие управляющие импульсы

для

силовых вентилей коммутатора

К.

(рис. 2.28, а).

Вентильный коммутатор реализует посредством включе-

ния и отключения вентильных ключей — тиристоров или

транзисторов — заданную с помощью ШИМ скважность

виде выходной ЭДС ШИП, среднее значение которой

определяется интегралом

=-~\edt,

(2.74)

Гк

где е — мгновенная ЭДС ШИП, прикладываемая к на-

грузке, В.

На рис. 2.29, а приведена простейшая нереверсивная

схема вентильного коммутатора, состоящая из одного

ключа

ВК

и одного диода VD, которая обеспечивает од-

нополярные

импульсы выходной ЭДС со средним значе-

нием согласно (2.74)

^=^-ЦЛ

Ц,Т.

(2.75)

i к

^Диод

VD создает контур для протекания тока

по

о;

действием ЭДС самоиндукции на интервале отключения

коммутатора. Для реверсивной мостовой схемы вентиль-

ного коммутатора, приведенной на рис. 2.29, б, возмож-

ны

различные законы коммутации ключей. При

симмет-

ис. 2.29. Нереверсивная (а) и реверсивная (б) схемы вентиль-

ного

коммутатора

ричной коммутации вентили включаются парами

пооч

редно, а именно на интервале

включены

ВК.1

Вк\

отключены

ВК2,

ВК4,

а на

интервале

—4,

на I

против, включены

ВК2,

ВК4

и отключены

ВК1,

ВК.З.

^Л

кой закон коммутации создает на нагрузке

разнополяп!|

ные

импульсы ЭДС со средним значением согласно (2.74)"

Е*

(U*

(2у

1).

(2.76)

При данном способе коммутации ток нагрузки в

тече-

ние периода не прерывается даже при

Еа=0

за счет воз-

можности его протекания в обоих направлениях. Это

обусловливает во всем диапазоне изменения тока

на-

грузки режим непрерывных токов, что обеспечивает

ли-

нейность внешних характеристик ШИП. Однако работа

ШИП с двуполярными импульсами напряжения харак-

теризуется повышенной пульсацией тока.

Однополярные

импульсы выходного напряжения

ШИП имеют место при другом законе коммутации, по-

лучившем название закона поочередной

коммутации.

При этом коммутируется одна диагональная пара

вен-

тильных ключей. Каждый вентильный ключ пары

вклю-

чается на интервал времени

с временным

сдвигом

включения одного вентильного ключа относительно дру-

гого на период

Очередность работы вентильных

клю-

чей такова:

ВК1,

ВКЗ—BKl—BKl,

ВКЗ—ВКЗ—ВК1,

ВКЗ

и т. д. В интервалы времени

когда включены оба

вен-

тильных ключа, появляется импульс ЭДС, а на

интерва-

ле

когда включен только один вентильный ключ, им-

пульс ЭДС отсутствует, а ток самоиндукции замыкается

через включенный вентильный ключ и диод.

Для изменения полярности ЭДС аналогично

комму-

тируется другая пара вентильных ключей

(ВК2

ВК4].

Анализ работы ШИП, нагрузкой которого является

дви-

гатель постоянного тока, позволяет определить важный

показатель ШИП — пульсации тока, вызываемые

комму-

тацией вентилей

[17]:

д/

»-Ц«_У('-У)

(2.77)

•^Я.ДВ

kTnfx

где

k—l

для

однополярных

импульсов ЭДС;

0,5

для

разнополярных

импульсов ЭДС;

я>дв

— сопротивление

якоря двигателя, Ом;

— электромагнитная постоянная

времени якорной цепи, с.

Из (2.77) следует, что максимальные пульсации тока

мест

при

i>=0,5

и при

несимметричной коммута-

ии

они вдвое меньше, чем при симметричной коммута-

ии

В этом достоинство схемы ШИП с несимметрич-

ным законом коммутации.

На рис. 2.30, а изображена нереверсивная схема

ШИП с

тиристорным

ключом. Функцию собственно клю-

ча

выполняет тиристор VS1, а тиристор VS2 служит для

управления

процессом коммутации VS1. Работает тирис-

торный

коммутатор следующим образом. Пусть предва-

рительно конденсатор С заряжен через VS2 с положи-

тельным зарядом на верхней обкладке. При подаче

управляющего импульса на VS1 на двигателе

появ-

ляется импульс напряжения

и через VS1 протекает

ток нагрузки. Одновременно по контуру, в который вхо-

дят конденсатор С, тиристор

VS1,

диод VD2 и реактор

LK,

происходит процесс перезаряда конденсатора, закан-

чивающийся через полупериод собственных колебаний

контура с положительным зарядом на нижней обкладке.

Диод VD2 запирает конденсатор от дальнейшей переза-

рядки. Сигналом на закрывание VS1 является управляю-

щий импульс, подаваемый на VS2. Через открытые тири-

сторы VS2 и

VS1

разряжается конденсатор и своим

током запирает VS1. После запирания VS1, ток проте-

кающий через VS2, дозаряжает конденсатор до перво-

начального уровня с положительным зарядом на верх-

ней обкладке.

На рис. 2.30, б приведена нереверсивная схема ШИП

с двумя транзисторными ключами. В данной схеме в от-

личие от схемы рис. 2.30, а транзистор VT2, коммутируе-

мый в противофазе с транзистором VT1, позволяет из-

менить направление тока нагрузки и осуществить тор-

ис. 2.30. Нереверсивные схемы ШИП с тиристорным ключом без

°рможения

(а) и с транзисторными ключами с торможением (б)

мозные

режимы двигателя М. Схема обеспечивает

режим непрерывного тока при любой нагрузке и

регуди,

руемую скорость холостого хода двигателя. Для проте-

кания токов самоиндукции схема дополняется диодами

включаемыми встречно-параллельно двигателю М

(VD)

и транзистору VT1 (на рис.

2.30,6

не показан).

На рис. 2.31 показаны внешние характеристики нере-

версивных ШИП без режима торможения (рис. 2.31, а)

и с режимом торможения (рис. 2.31, б).

Так же как и в

ТП

координата а, в ШИП внутренняя

координата у делит ШИП на две части — ШИМ и

(см. рис. 2.28, а), управляющие свойства которых

опре-

деляются характеристиками управления у —

(t/

)

для

ШИМ и

Еа=(р

(у)

для вентильного коммутатора.

Ре-

зультирующая характеристика управления ШИП

нахо-

дится как сложная функция

^=Ф

[ФУ(^У)]=Ф(^У).

Опорное напряжение, определяющее характеристику

ФУ(^У).

должно иметь пилообразную линейную форму

(рис. 2.32)

для нереверсивного ШИП

Удт

т;

Unm

/"л

.,.

оп

—

пт

~—

—

пт

~^~~

(

—

в)

Ч>

'к

(2.78)

для реверсивного ШИП с

разнополярными

импуль-

сами

V»

-~™

(T*-t

)

1).

(2.79)

'к

Так как начало положительного импульса соответствует

условию

—

Uon,

то характеристики управления ШИМ

Рис.

2.31.

Внешние характеристики нереверсивно-

го ШИП без режима торможения (а) и с

режи-

мом торможения (б)

Рис 232 Графики опорного напряжения и выходной ЭДС

однополярными

(а) и

разнополярными

импульсами (б)

определятся как функции, обратные (2.78) и (2.79):

Y -

«У"™:

(

°)

(l+t/

/t/

)/2.

(2.81)

Подстановка (2.80) в

(2.75),

а (2.81) в (2.76) даст

выражение для результирующей характеристики управ-

ления ШИП:

_^п_

П. (2.82)

г;

^птп

При

v=l

dmax

Однако комму-

тация вентилей происходит не мгновенно, а занимает не-

который

интервал времени. Поэтому практически

та

х<.1

и устанавливается с помощью системы управления на

Уровне

0,85—0,90,

которому соответствует

max—

(0,7-r

-S-0,9)I/

Управляемый преобразователь напряжения может

быть выполнен и для нагрузки переменного тока. Постро-

енный на управляемых вентилях преобразователь сохра-

Ня

ет

блочную структуру ТП постоянного тока (см.

РИС. 2.12), но с той разницей, что выходной координатой

возмущением по нагрузке будут соответственно дейст-

вующие

значения напряжения

тока нагрузки перемен-

ного

тока.