Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


ѕереходные процессы в системе тиристорный преобразователь




напр€жени€ Ц двигатель независимого возбуждени€ (“ѕ-ƒ)


¬ данном случае рассматриваютс€ динамические процессы в разомкнутых системах электропривода с регулируемым напр€жением на €коре двигател€ и посто€нным магнитным потоком.

≈сли при посто€нном напр€жении питани€ произошло изменение нагрузки на валу двигател€, то переходные процессы имеют тот же характер, что и при питании двигател€ от сети. ¬ процессе анализа не учитываетс€ режим прерывистых токов и механические характеристики электродвигател€ считаютс€ пр€молинейными и параллельными друг другу во всем диапазоне регулировани€.

ƒл€ получени€ наиболее универсальных результатов построим структурную схемы системы “ѕ-ƒ. —труктурна€ схема электродвигател€ разработана выше и приведена на рис.4.10.

“иристорный преобразователь состоит из двух частей: системы импульсно-фазового управлени€ (—»‘”) и совокупности тиристоров, собранных по определенной схеме. ¬ насто€щее врем€ —»‘” создаютс€ на основе быстродействующих полупроводниковых элементов по вертикальному принципу и €вл€ютс€ безъинерционными устройствами, то есть в структурном отношении пропорциональными звень€ми.

 аждый тиристор, относительно точки естественного зажигани€, отпираетс€ через заданный промежуток времени, то есть по физике своей работы €вл€етс€ звеном чистого запаздывани€. ¬ этом случае всю систему электропривода, как содержащую нелинейный элемент, следует анализировать как нелинейную, что значительно усложн€ет ее математическое описание. ќднако проведенные исследовани€ [8] показали, что в инженерных расчетах, с достаточной степенью точности, тиристорный преобразователь может быть представлен не звеном чистого запаздывани€, а апериодическим с посто€нной времени, равной максимальному времени запаздывани€ выходного напр€жени€ преобразовател€, которое составл€ет половину периода напр€жени€ питающей сети. —ледовательно, при стандартной промышленной частотеЦ 50 √ц посто€нна€ времени тиристорного преобразовател€ “п = 0,01 с.

— учетом изложенного и рис.4.10 структурна€ схема системы “ѕ-ƒ имеет вид, представленный на рис.4.16, где  п Ц коэффициент усилени€ “ѕ. «десь выходное напр€жение преобразовател€ €вл€етс€ напр€жением питани€ электродвигател€.

¬ данном случае структурна€ схема системы представлена в наиболее полном и универсальном виде. ќднако при проведении конкретных расчетов разомкнутых систем она может быть упрощена. Ќапример, если врем€ изменени€ сигнала Uз задани€ значительно превышает посто€нные времени преобразовател€ и электромагнитную двигател€, то последними можно пренебречь и тогда преобразователь будет представл€ть из себ€ пропорциональное звено, а переходные процессы €вл€тьс€ электромеханическими.

—хема рис.4.16 описываетс€ следующими дифференциальными уравнени€ми:

 

 

 

–ис.4.16. —труктурна€ схема системы “ѕ-ƒ

 

dw R

¾¾ = (i - Iс) ¾¾¾¾; (4.45)

dt  ‘“м

 

di U -  ‘w 1

¾¾ = ¾¾¾¾¾ - ¾ i. (4.46)

dt R“€ “€

 

dU / dt = (Uз  п Ц U)/ “п, (4.47)

 

где Ц задающее напр€жение на входе —»‘” “ѕ;

 п Ц коэффицент усилени€ тиристорного преобразовател€ в совокупности с —»‘”.

ќгромным достоинством “ѕ €вл€етс€ то, что измен€€ форму напр€жени€ задани€ можно измен€ть и форму выходного напр€жени€ преобразовател€. ќбычно в качестве задающего используетс€ напр€жение линейной формы, так как, по указанным выше причинам, скачкообразное приложение управл€ющего воздействи€ здесь неприменимо. ¬ этом случае в (4.47) вместо подставл€етс€ его фукциональна€ зависимость:

 

Uз =  з t,

где  з = Uзн / tп Ц темп изменени€ напр€жени€ преобразовател€;

tп Ц врем€ изменени€ напр€жени€ преобразовател€; определ€етс€ из услови€ получени€ момента электродвигател€, не превышающего допустимого. »з уравнени€ движени€ электропривода

 

Dt = J Dw / (ћ-ћс).

ѕусть разгон двигател€ осуществл€етс€ при допустимом моменте на валу, то есть ћ Ц ћс = ћдоп, тогда

tп = J wуст / ћдоп. (4.48)

 

–ешение уравнений (4.45) Ц (4.47) производитс€ с помощью цифровой вычислительной техники после составлени€ программы дл€ какого-либо численного метода.  ак указывалось выше, чаще всего примен€етс€ метод –унге- утта.

ќднако перед началом программировани€ необходимо тщательно проанализировать исследуемый процесс, так как обычно искомые переходные функции имеют разрывы и требуют изменени€ параметров процесса и начальных условий.

–ассмотрим пуск электродвигател€ под нагрузкой при реактивном статическом моменте и линейно измен€ющемс€ напр€жении задани€. “ак как обычно врем€ пуска значительно превышает посто€нную “п времени преобразовател€, то считаем, что крива€ изменени€ напр€жени€ преобразовател€ практически имеет ту же форму, что и крива€ изменени€ напр€жени€ задани€. (“еоретически перва€ будет отставать от второй примерно на 0,01с, что не имеет решающего значени€ при расчетах разомкнутых систем). Ќа рис.4.17а приведено семейство статических скоростных характеристик и динамическа€ скоростна€ характеристика (крива€ 1) при пуске; на рис.4.17б представлены соответствующие им переходные функции.

 

а) б)

–ис.4.17. —татические и динамические характеристики при пуске двигател€ в системе “ѕ-ƒ

 

“ак как магнитный поток здесь €вл€етс€ посто€нным, то значени€ тока определ€ютс€ как I = ћ /  ‘.

ѕри перечисленных выше услови€х пуск состоит из трех этапов.

ѕервый этап. ѕри наличии на валу электродвигател€ реактивного статического момента скорость его остаетс€ равной нулю до тех пор пока ток двигател€ в точке tо не достигнет значени€ статического. —ледовательно, при

 

t < tо

в (4.45) Ц (4.47): w = 0; dw / dt = 0.

“ок двигател€ измен€етс€ от 0 до Iс (рис.4.17а, б), то есть начальными значени€ми тока и напр€жени€ преобразовател€ будут нулевые.

¬торой этап. Ќачинаетс€ от точки tо и продолжаетс€ до тех пор пока происходит возрастание напр€жений задани€ и преобразовател€, то есть до точки tп. ѕри этом рабоча€ точка двигател€ перемещаетс€ с одной механической характеристики на другую (рис.4.17а), увеличиваетс€ егоскорость и при посто€нном ускорении электропривода ток имеет примерно посто€нное значение. ѕри t = tп напр€жени€ задани€ и преобразовател€ достигают номинальных величин и происходит их отсечка. –абоча€ точка двигател€ доходит до естественной характеристики. ¬ промежуток времени

tо < t < tп

 

процесс описываетс€ уравнени€ми (4.45) Ц (4.47) в предложенном выше виде. ѕри этом начальным значением скорости будет ее нулевое значение, начальным значением напр€жени€ Ц конечное значение предыдущего этапа, а начальным значением тока Ц его конечное значение на первом этапе, то есть ток статический.

“ретий этап. ѕротекает при посто€нном, номинальном напр€жении на €коре. –абоча€ точка двигател€ перемещаетс€ по естественной характеристике к установившемус€ режиму I = Iс. ѕри этом напр€жение преобразовател€, а значит, напр€жение питани€ двигател€, посто€нно,

 

dU / dt = 0

 

и система уравнений (4.45) Ц (4.47) вырождаетс€ в систему (4.45), (4.46), то есть процесс происходит так же, как в двигателе, получающем питание от сети посто€нного напр€жени€.

Ќачальными значени€ми здесь €вл€ютс€ конечные величины скорости, тока и напр€жени€ на втором этапе.

“орможение в системе “ѕ Цƒ осуществл€етс€ различными способами в зависимости от наличи€ реверсивной группы вентилей.

≈сли привод нереверсивный, то примен€етс€ динамическое торможение, которое осуществл€етс€ традиционными медодами и переходные процессы при этом могут считатьс€ электромеханическими (в цепь €кор€ включено сопротивление динамического торможени€).

¬ случае использовани€ реверсивного преобразовател€ в качестве рабочего используетс€ рекуперативное торможение (динамическое здесь служит аварийным). ѕри этом напр€жение преобразовател€ уменьшаетс€ по линейному закону, но коэффициент  з имеет отрицательный знак и процесс торможени€ происходит в два этапа. Ќа рис.4.18 показаны статические и динамическа€ скоростные характеристики при торможении. ѕри активном статическом моменте при w = 0 на двигатель должен быть наложен электромеханический тормоз дл€ того, чтобы он не начал разгон в противоположную сторону. Ќа первом этапе рабоча€ точка электродвигател€ перемещаетс€ по механическим характеристикам до момента времени, пока напр€жение преобразовател€ не станет равным нулю (характеристика 1). Ќа втором этапе происходит снижение скорости до нул€ по указанной характеристике. «десь начальными услови€ми дл€

 

 

–ис.4.18. —татические и динамическа€ скоростные характеристики двигател€ при рекуперативном торможении

 

первого этапа €вл€ютс€ параметры предыдущего устанавившегос€ процесса, а дл€ второго Ц конечные значени€ тока и скорости первого этапа и нулевое значение напр€жени€ преобразовател€.

—татические и динамическа€ скоростные характеристики при реверсе электродвигател€ с реактивным статическим моментом приведены на рис.4.19.

 

 

–ис.4.19. —татические и динамическа€ скоростные характеристики двигател€ в системе “ѕ-ƒ при реверсе с реактивным статическим моментом

 

4.6. ѕереходные процессы в разомкнутой системе преобразователь частоты Ц аснхронный двигатель (ѕ„-јƒ)

 

ƒл€ анализа динамики системы ѕ„-јƒ построим ее структурную схему.

»звестно, что при питании от преобразовател€ частоты асинхронный двигатель работает исключительно на пр€молинейных участках механических характеристик. —ледовательно, в данном случае можно пренебречь электромагнитной посто€нной времени и считать переходные процессы электромеханическими. ¬ этом случае момент двигател€ определ€етс€ выражением (2.41). ќднако это уравнение описывает механическую характеристику электродвигател€ во всем диапазоне скольжений. “ак как в системе ѕ„-јƒ электродвигатель работает только при скольжени€х, меньших критического, то €вл€етс€ целесообразным использовать математическое описание пр€молинейного участка характеристики, которое можно представить следующим образом:

 

w = w он a - Dw, (4.49)

 

 

где w он Ц скорость идеального холостого хода при частоте f, равной

номинальной частоте fн;

a = f / fн Ц относительна€ частота напр€жени€ питани€;

Dw Ц статическое падение скорости.

“ак как на рабочем участке механические характеристики двигател€ в системе ѕ„-јƒ параллельны, то при данном ћс статическое падение скорости €вл€етс€ величиной посто€нной, то есть (4.49) можно представить в виде:

 

w = w он a -   ћ, (4.50)

 

где   Ц коэффициент пропорциональности между ћ и Dw.

Ётот коэффициент можно определить, исход€ из следующих соображений: он €вл€етс€ посто€нным дл€ любой точки характеристики, в том числе и дл€ точки номинального режима на естественной характеристике, то есть из (4.50) можно записать

 

w н = w он a -   ћн. (4.51)

 

»з (4.51) после алгебраических преобразований получаем:

 

  = w он Sн / ћн. (4.52)

 

ѕодставл€ем в (4.50) вместо   его значение из (4.52) и после алгебраических преобразований получаем математическое описание момента двигател€ на линейных участках механических характеристик:

 

ћ = (w он a - w) ћн / Sн w он. (4.53)

 

ƒальнейшее математическое описание целесообразно вести в относительных единицах (здесь относительные величины обозначаютс€ значком *); в качестве базовых используютс€: ћн, w он, fн. “огда (4.53) принимает вид:

 

ћ* = (a - w*)/ Sн. (4.54)

»з уравнени€ движени€ электропривода получаем:

 

ћ = ћс + “м (ћкн / w он)(dw / dt), (4.55)

 

где “м = Jw он / ћкн Ц электромеханическа€ посто€нна€ времени;

ћкн Ц критический момент на характеристике при f = fн.

ѕредставим (4.55) в относительных единицах:

 

ћ* = ћс* + “м (ћкн / ћн) (dw* / dt). (4.56)

 

«десь ћкн / ћн = l - перегрузочна€ способность двигател€. ѕричем закон совместного изменени€ частоты и напр€жени€ преобразовател€ выбираетс€ именно из услови€ получени€ посто€нной перегрузочной способности при любой форме зависимомти от скорости момента статического, то есть дл€ всех реально возможных режимов эта величина остаетс€ неизменной. —ледовательно (4.56) можно записать:

 

ћ* = ћс* + “м l (dw* / dt). (4.57)

 

ќпределим из (4.57) dw* / dt и представим полученное уравнение и (4.54) в операторной форме:

1

w* (р) =(ћ*(р)- ћс* (р)) ¾¾¾. (4.58)

l“мр

 

ћ*(р) = (a (р) - w*(р)) / Sн. (4.59)

 

Ќа основании (4.58), (4.59) построена структурна€ схема асинхронной машины при ее работе на пр€молинейных участках механических характеристик, приведенна€ на рис.4.20.

 ак указывалось выше, преобразователь частоты состоит из выпр€мител€ и инвертора, соединеных последовательно. ≈сли, согласно [8], представить их апериодическими звень€ми с посто€нными времени “в и “и соответственно, то передаточна€ функци€ Wп(p) преобразовател€ имеет вид:

 

 

 
 

 

–ис.4.20. —труктурна€ схема асинхронной машины

 

Wп(p) =  п / [(Tв + 1)(Tи p+1)], (4.60)

 

где  п Ц коэффициент усилени€ ѕ„.

ѕосле алгебраических преобразований (4.60) можно записать

 

Wп(p) =  п / (Tв“и p2+Tв p+Tи p+1). (4.61)

 

 ак указывалось выше, посто€нна€ времени выпр€мител€ “в = 0,01с, а величина посто€нной времени инвертора определ€етс€ его конструкцией. ≈сли инвертор построен на базе тиристорных ключей, то его посто€нна€ времени “и = 0,01, если - на базе транзисторов, то его можно считать безъинерционным звеном с посто€нной времени равной нулю. ≈сли “и = 0,01, то TвTи = 0,0001с. Ётой величиной можно пренебречь и тогда

 

Wп(p) =  п / [(Tв+Tи)p+1)]. (4.62)

—ледовательно,

 

Wп(p) = f (р) / Uз =  п / [(Tв+Tи)p+1)]. (4.63)

 

ѕредставим (4.63) в относительных единицах, где базовым значением Uз €вл€етс€ Uзн, при котором на выходе преобразовател€ имеетс€ напр€жение с частотой fн, равной номинальной. »ме€ в виду, что в установившемс€ режиме Uзн  п = fн, получаем:

 

a(р) = U*(р) / [(Tв+Tи)p+1)]. (4.64)

Ќа основании (4.64) с учетом схемы рис.4.20 строитс€ структурна€ схема разомкнутой системы ѕ„-јƒ, приведенна€ на рис.4.21.

 

 

–ис.4.21. —труктурна€ схема системы ѕ„-јƒ

 

»з (4.54), (4.56) и (4.64) получаем систему дифферециальных уравнений, описывающих эту схему:

 

dw / dt = (ћ* - ћс*) / l “м; (4.65)

ћ* = (a - w*) / Sн; (4.66)

da / dt = (Uз* -a) / (“в + “и). (4.67)

 

ѕри линейном изменении задающего напр€жени€ в (4.67) вместо Uз* подставл€етс€ его функциональна€ зависимость Uз* =  зt, где  з = 1 / tп - коэффициент скорости изменени€ частоты выходного напр€жени€ преобразовател€, который, также как и в системе “ѕ-ƒ, определ€етс€ из услови€ получени€ при пуске момента, не превышающнго допустимый.

“ак как механические характеристики электродвигател€ считаютс€ линейными, то методика поэтапного анализа переходных процессов здесь така€ же, как и в системе “ѕ-ƒ.

 





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-01-29; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 2182 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

—воим успехом € об€зана тому, что никогда не оправдывалась и не принимала оправданий от других. © ‘лоренс Ќайтингейл
==> читать все изречени€...

334 - | 337 -


© 2015-2023 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.044 с.