Методические указания к выполнению лабораторной работы для студентов специальности 220201. 65 «Управление и информатика в технических системах» (стр. 2 из 4)
Из уравнений (6) и (7) следует, что угловую скорость можно регулировать в широких пределах, изменяя Еп, а жёсткость механических характеристик при регулировании угловой скорости постоянна. В этом случае электромеханические и механические характеристики для различных значений скважности изображаются прямыми линиями (рис. 3, а), параллельными друг другу.
а) б)
Рис. 3. Электромеханические (механические) характеристики системы ШИП-Д, выполненной по схеме рис.1, а: а – идеализированные; б – реальные
При этом характеристики системы ШИП-Д имеют по сравнению с естественной характеристикой ДПТ–НВ несколько больший наклон из–за наличия сопротивления Rп в выражении для перепада скорости (6) и (7).
Режим прерывистых токов в системе ШИП- Д
Однако выражения (6) и (7) справедливы только в той части характеристик, когда токи имеют непрерывный характер. При уменьшении момента сопротивления на валу двигателя и малых значениях индуктивности якорной цепи мгновенные значения тока якоря iя могут достигать нулевого значения, как показано на нижнем графике (рис. 4). В этом случае движение привода во время паузы тока связано с большим расходом запаса кинетической энергии, чем в режиме непрерывного тока, и соотношение между wср и Iя.ср изменяется по сравнению с режимом непрерывного тока. Поэтому в случае прерывистых токов наблюдаются нелинейности электромеханических и механических характеристик, которые особенно проявляются при малых нагрузках и скважностях, как показано на рис. 3, б.
 |
Рис. 4. Диаграммы токов при среднем значении индуктивности якорной цепи и различных моментах сопротивления на валу двигателя для g = 0,5
Здесь штриховой линией wгр( Iя.гр) отделена зона прерывистых токов. Условия определения гранично-непрерывного (граничного) тока в соответствии с рис. 4 могут быть сформулированы следующим образом [4]:
, (8)где Iк.з=Ed/RяS, Тя=LяS/RяS, RяS=(Rп+ Rя ) – суммарное сопротивления якорной цепи системы ШИП-Д.
Из последнего выражения видно, что граничный ток изменяется при регулировании скорости. Наибольшего значения гранично-непрерывный ток достигает при g = 0,5, а при g = 1 и g = 0 имеем Iя.гр = 0, что естественно, так как в первом случае якорь двигателя всё время подключён к сети, а во втором имеет место режим динамического торможения при отсутствии дополнительного сопротивления в цепи якоря.
В режиме прерывистых токов скорость идеального холостого хода для всех значений скважности будет одинаковой и определяется как
w0= Еп /с . (9)
Наличие зоны прерывистых токов ограничивает регулировочные возможности электропривода. Для сужения зоны прерывистых токов используют следующие средства:
· включение в цепь якоря дополнительной индуктивности;
· увеличение частоты коммутации;
· применение схем ШИП с возможностью реверса тока якоря.
При включении в цепь якоря дополнительной индуктивности одновременно возрастает суммарное, активное сопротивление якорной цепи. Это ведёт к снижению жёсткости статических характеристик, увеличению потерь и габаритов системы.
Увеличению частоты коммутации препятствует рост потерь в ключе (транзисторе, тиристоре) и его предельные динамические параметры, а уменьшение ведёт к увеличению зоны прерывистых токов. Обычно частота коммутации (fк) составляет 800–1200 Гц.
Схема силовой части ШИП с возможностью реверса тока якоря двигателя приведена на рис. 5, а. В этой схеме в отличие от схемы на рис.1 а используется дополнительный транзисторный ключ VT2, коммутируемый в противофазе с основным ключом VT1 (когда ключ VT1 замкнут, ключ VT2 разомкнут и наоборот). За счёт ключа VT2 ток якоря двигателя может менять направление (в переходных режимах или при активном моменте нагрузки двигателя). При этом двигатель работает в режиме динамического торможения. Энергия, поступающая с вала двигателя, через транзистор VТ2 частично гасится на активных сопротивлениях якоря, частично через диод VD1 запасается в конденсаторе
фильтра Сф выпрямителя (см. рис. 1, а). Диоды VD1 и VD2 обеспечивают протекание токов самоиндукции и защиту ключей VT1 и VT2 от перенапряжений, возникающих при коммутации. Схема обеспечивает режим непрерывного тока при любой нагрузке и регулируемую скорость холостого хода двигателя.
Рис. 5. Схемы силовой части ШИП: а – с возможностью реверса тока якоря; б – мостовая
Широтно-импульсный преобразователь (ШИП) характеризуется большой полосой пропускания и большей линейностью характеристик управления. Поэтому ШИП находит применение для электропривода с высоким быстродействием и точностью регулирования. Он особенно удобен при наличии сети постоянного тока или в автономных установках при питании привода от аккумуляторов. Однако широтно-импульсная модуляция выходного напряжения вызывает пульсацию тока якоря, приводящую к дополнительному нагреву ДПТ. Для режима рекуперации энергии потребуется источник питания ШИП, допускающий оба направления тока. При отсутствии такого источника обычно применяют неуправляемый выпрямитель, дополняемый соответствующими цепями, в которых должна гаситься рекуперируемая нагрузка электроэнергии. Отмеченные недостатки ШИП ограничивают его применение для электроприводов небольшой мощности – от долей киловатт до нескольких киловатт.
2. Описание лабораторного стенда СШИР-1
Стенд состоит из электромеханического агрегата и приборного блока, соединенных между собой специальным кабелем. Приборный блок подключается к трехфазной сети 380 В. Коммутация сетевого напряжения осуществляется автоматическим выключателем на левой боковой панели приборного блока.
Электромеханический агрегат
Электромеханический агрегат состоит из двигателя постоянного тока
Д-127Т, технические данные которого приведены в прил. 1, синхронного тахогенератора, электромагнитного тормоза с моментомером.
Приборный блок
Перевод обозначений на лицевых панелях приборного блока
POWER – энергия
SUPPLY VOLTAGE – напряжение питания
ARMATURE CURRENT – ток якоря
ARMATURE VOLTAGE – напряжение якоря
SPEED – скорость
RELATIVE PULSE DURATION – относительная длительность импульса
(скважность)
REFERENCE VOLTAGE – задающее напряжение
CONTROL VOLTAGE – управляющее напряжение
SAW-TOOTH VOLTAGE GENERATOR – генератор пилообразного напряжения
COMPENSATOR – компенсатор
GAIN CONTROL – задатчик коэффициента передачи
LOW-PASS FILTER – фильтр низких частот
RECTIFIER – выпрямитель
DIGITAL TACHOMETER – цифровой тахометр
А.С. TACHOGENERATOR – тахогенератор переменного тока
ELECTROMAGNETIC BRAKE – электромагнитный тормоз
CURRENT SOURCE – источник тока
BRAKE CONTROL – задатчик нагрузки
COMPARATOR – сравнивающее устройство
TGW – обмотка тахогенератора
ЕW – обмотка возбуждения тормоза
СМРТ – внешнее управление (от компьютера)
На левой лицевой панели приборного блока расположены индикаторы и измерительные приборы (табл. 1), а также разъем для подключения электромеханического агрегата.
Tаблица 1
Назначение индикаторов и приборов
| Наименование | Выполняемая, функция |
| Индикатор POWER | Индикация наличия трехфазного питания приборного блока |
| Цифровой тахометр SPEED, rad/s | Измерение скорости вращения ДПТ, рад/с |
| Приборы измерительные стрелочные: | |
| SUPPLY VOLTAGE | Измерение напряжения питания ДПТ |
| ARMATURE CURRENT | Измерение тока якоря ДПТ |
| ARMATURE VOLTAGE | Измерение напряжения якоря ДПТ |
| RELATIVE PULSE DURATION | Измерение скважности управляющих импульсов |
| SPEED, rad/s | Измерение скорости вращения ДПТ, рад/с |
На правой лицевой панели приборного блока приведено изображение электрических функциональных блоков для построения системы ШИП-Д. Здесь же расположены коммутационные гнезда для изменения конфигурации системы (размыкания обратной связи, отключения отдельных блоков) и контрольные гнезда (К1 – К6, К15, К17 – К19, К22 – К24), а также тумблеры и потенциометры для ступенчатого и плавного изменения задающих воздействий и коэффициента передачи корректирующего устройства.
Буквенные обозначения электрических элементов на схеме:
К – коммутационное (контрольное) гнездо
L – катушка индуктивности
М – двигатель
РА – амперметр
PV – вольтметр \
R – потенциометр
S – тумблер
VD – диод
VT – транзистор
3. Описание схемы на лицевой панели приборного блока
Функциональная электрическая схема, представленная на правой лицевой панели приборного блока, приведена на рис. 6. Рассмотрим прохождение сигналов для случая, когда с помощью элементов коммутации собрана разомкнутая система управления, аналогичная схеме на рис. 2, а.