Характеристика управления СИФУ при косинусоидальном
Классификация выпрямителей в автоматизированном электроприводе. Структурная схема выпрямителя.
Выпрямитель в ЭП предназначен для управления ЭД=тока путем целенапрвленного изменения напряжения и тока якорной цепи или цепи ОВ
Полопроводниковые выпрямители делятся след образом
1) Поназнаению:
-для питания якорных цеей дв,
- для питания ОВ эл машин
2) По возможности реверсирования двигателя:
-не реверсивные,
- реверсивные
3) По способу управления комплектами:
-с совместным
-с раздельным управлением
4) По числу фаз источника пиатния:
- однофазные
-трехфазные
5) По способу подключения к питающей сети:
- коммутационные реакторы,
- сглаживающие реакторы.
Структурная схема выпрямителя.
Структура выпрямителя можно представить состоящим из 2-ух частей
1)СИФУ
2)Вентильный комплект(ВК)
СИФУ преобразует сигнал управления Uу в фазу открывающего импульса α и формирует открывающие импульсы по длительности и требуемой мощности.
Для ВК и ПВ в целом осн. возмущ. воздействием является ток якоря, который оказывает влияние на характеристики выпрямителям и системы ЭП в целом.
Характеристика управления СИФУ при пилообразном опорном напряжении. Напряжение смещения.
По виду обрабатываемого сигнала СИФУ бывают:
А)цифровые
Б)аналоговые
В качестве опорного напряжения в аналоговых СИФУ используется либо пилообразное, либо косинусоидальное опорное напряжение.
Характеристика управления СИФУ при пилообразном напряжении является линейнгой функцией напряжения управления
Коэфициент передачи СИФУ в данном случае постоянен
Характеристика управления СИФУ при косинусоидальном
опорном напряжении. Напряжение смещения.
По виду обрабатываемого сигнала СИФУ бывают:
А)цифровые
Б)аналоговые
В качестве опорного напряжения в аналоговых СИФУ используется либо пилообразное, либо косинусоидальное опорное напряжение.
Очевидно, что при косинусоидальном опорном напряжении характеристика управления является нелинейной функцией Uупр
Коэффициент передачи СИФУ:
НАПРЯЖЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ - постоянное напряжение, подаваемое между базой и эмиттером транзистора и смещающее рабочую точку на входной характеристике транзистора, тем самым регулируя режимы усиления сигнала.
5. Схемы силовых цепей системы электропривода "нереверсивный выпрямитель – ДПТ".
1,2,3–полностью управляемые (т.к. в этих схемах выпрямители обеспечивают два режима работы двигателя: двигательный и тормозной, а выпрямители – в выпрямительном и инверторном).
4,5,6-полууправл.(т.к. работают только в выпрямительном режиме и обеспечивают лишь двигательный режим работы машины).
1,4,5-однофазные, подключаются к питающей сети только через токоограничивающий реактор. При номинальном Uя=110В=>U1ном=220В, при номинальном Uя=220В=>U1ном=380В. Схема 2 подключается к сети с помощью трансформатора TV1. Схема 3-эл.привод с 3хфазным мостовым выпрямителем-подключ. к сети через согласующий трансформатор(или коммутационный реактор). при номинальном Uя=220В или 110В=>через согласующий трансформатор. При номинальном Uя=440В=>через коммутационный реактор.
6. Эквивалентная электрическая схема замещения с-мы электропривода "нереверсивный управляемый выпрямитель - ДПТ".
при
Если напряж.источника питания U1m значительно превышает ∆Uт(в сто раз и более),то им можно пренебречь, иначе – нет.
Эквив.схема любого выпрямителя содержит одни и те же элем.За искл. Того,что вместо токоограничивающих реакторов могут применяться согласующие трансформаторы и того,что для каждого вида выпрямителя число послед.включенных элементов разное.Коммутация тиристоров происходит не мгновенно. В следствие этого на интервале коммутации оказываются включенными в схеме выходящие из работы и вступающие в работу тиристоры.возникает из-за этого падение напряжения,которое учитывается падением напряжения от тока якоря на эквивалентном сопротивлении,называемом сопр.перекрытия анодов
-число пульсов вых.напряжения за период входного.
7. Электромагнитные процессы в якорной цепи двигателя системы электропривода "однофазный управляемый выпрямитель - дпт" в режиме непрерывного тока.
Допустим, что в процессе работы отсутствуют пульсации скорости, а пульсации тока якоря вызываются лишь пульсирующим характером напряжения выпрямителя.
При таком допущении механическая часть электропривода не оказывает влияния на электрическую цепь, т.к. ,
.
В момент подачи открывающих импульсов на тиристоры VS1, VS4. Двигатель подключает к сети через тиристоры VS1, VS4 в течение фазового интервала .
– уравнение Кирхгофа.
Разобьём интервал проводимости тиристоров на три интервала:
1.
При подаются открывающие импульсы на тиристоры VS1 и VS4 и они открываются и двигатель подключается к напряжению сети.
На данном подинтервале энергия сети передается в якорную цепь и преобразуется часть в механическую и часть в тепловую в . Часть электрической энергии запасается в электромагнитном поле
.
На этом подинтервале ЭДС самоиндукции:
Направлена встречно ЭДС источника питания и препятствует нарастанию тока.
при данное уравение будет иметь следующий вид :
Т.к. производная
, то в этой точке функция, т.е.
имеет экстремум, т.е. при:
Этому моменту времени соответствует максимальный запас электромагнитной энергии в поле индуктивности До этого ток нарастал потому что был приток энергии из сети.
2.
С данного момента времени ЭДС выпрямителя e становится меньше суммы:
Должна быть дополнительная ЭДС, которая делает потенциал катода больше чем потенциал анода.
Для того чтобы тиристоры оставались в открытом состоянии необходимо действие в цепи дополнительного источника ЭДС , повышающего потенциал анода по сравнению с потенциалом катода тиристора.
Такой ЭДС в данном случае является ЭДС самоиндукции
, которая является следствием запаса энергии в электромагнитном поле индуктивности.
По закону коммутации ЭДС самоиндукции изменяет свой знак стремясь обеспечить постоянство тока.
Ток протекает под действием 2 источников ЭДС (e и .
Длительность протекания тока на данном интервале зависит от запаса энергии.
Если энергии достаточно, то в момент времени соответствующий , e=0 и ток продолжает протекать лишь под действием ЭДС самоиндукции
.
3.
При
ЭДС сети (е) меняет свой знак
На данном поинтервале ЭДС источника питания имеет отрицательную полярность, потто продолжает протекать и тиристоры VS1,VS4 не закрываются т.к. превышает сумму ЭДС якоря(
) и ЭДС сети (е) и обеспечивает прямое падение напряжения на тиристорах VS1,VS4.
Последний подинтервал продолжается до момента времени соответствующего углу(π+α) при угле
подаются открывающие импульсы на тиристоры VS2,VS3 они открываются, а к тиристорам VS1,VS4 прикладывается обратное напряжение со стороны сети, которое их запирает, таким образом на выходе выпрямителя формируется периодическая последовательность отрезков синусоид. Выходную ЭДС выпрямителя E можно разложить на ряд составляющих: постоянную и высшие гармонические. Постоянная составляющая ЭДС E (среднее значение) определяется как среднее на интервале проводимости
величина, в установившемся режиме работы выпрямителя (
.
Первое выражение представляет собой характеристику управления вентильного комплекта управляемого выпрямителя: 1ф и 3ф нулевого( ).
8. Характеристика управления вентильного комплекта управляемого выпрямителя в режиме непрерывного тока. Минимальный граничный угол открывания.
характеристика управления вентильного комплекта управляемого выпрямителя справедливо, если
В процессе работы ЭП для увеличения выходного напряжения выпрямителя (увел. скорости двигателя) уменьшают угол α, при этом мгновенное значение ЭДС выпрямленное E соответствующее углу α, при его уменьшении, уменьшается, при этом увеличивается среднее значение выпрямленного напряжения, скорость двигателя и ЭДС якоря (Eя).
При некотором значении угла открывания , мгновенное значение ЭДС (e) станет равным Eя.
Дальнейшее уменьшение угла не позволит открыться вступающим в работу тиристорам, т.к. они будут находится в момент подачи открывающих импульсов под обратным напряжением.
Это влечет за собой невозможность открывания вступающих в работу тиристоров и как следствие пропуск пульсов выпрямленного напряжения (аварийный режим работы).
Исходя из условия e=Eя определим угол для однофазной мостовой схемы.
Мгновенное значение ЭДС при :
- при отсутствии тока в цепи.
Максимальное значение выпрямленной ЭДС в системе электропривода «выпрямитель ДПТ»:
9. Режимы работы системы ЭП «ОУВ-ДПТ» при гранично-непрерывном токе.
ГНР хар-тся тем, что ток якоря сниж-тся до 0, но не прерывается, т.е. ток в начале каждого интервала проводимоти=0. Также ГНР хар-тся уменьшенным запасом энергии в эл.магнитном поле индуктивности,которой недостаточно для обеспечения режима непрерывного тока
Для начала интервала при ГНТ когда IЯ=0 можно записать
За начало отсчета t принимаем время, соотв.углуα
Из последнего выражения проинтегрировав его, получим ток якоря
Пренебрегая падением напряжения на активных сопротивлениях якорной цепи в режиме прерывистого тока можно получить среднее значение гранично непрерывного тока якоря:
Макс.знач-е ГН тока соотв. угол α=900=>
Разделив (1) на (2)и возведя в квадрат получим
и
Последнее выражение описывает эллипс с
полуосями Е=Е0 и IЯ.ГР.= IЯ.ГР.МАКС
Каждая точка этой кривой подчиняется з-ну
10. Электромагнитные процессы в ЯЦ двигателя системы «ОУВ-ДПТ» в РПТ. Начальный угол открывания. Максимальный угол открывания.
РПТ возникает, если энергии, накопленной в якорной цепи недостаточно для создания дополнительного ЭДС самоиндукции на участке
То ток в якоре спадает до 0 и прерывается, т.е. наступает РПТ
Как правило режим работы с прерывистым током наступает при углах открытия α близких к 900 и малом токе якоря. Такие условия обуславливают малый запас электромагн. энергии в индуктивности, что не позволяет поддерживать ток в якоре на участках, когда ЭДС якоря ЕЯ>e. На интервалах отсутствия токов в кривой ЭДС появляется ступенька=по величие ЕЯ.Если конечная скорость не равна 0, то протекает ток в ОбмВозб.
Для РПТ хар-ка упр-ния вентил. комплекта будет иметь вид
Т.к. интервал проводимости λ зависит в РПТ от угла α и величины тока якоря, а также индуктивности якорной цепи. Представить аналитическим выражением хар-ки упр-ния ВК для РПТ невозможно, т.к. отриц. участок в кривой ЭДС в РПТ меньше (вообще отсутствует) чем в РНТ, то сред.знач. Е для РПТ больше, чем для РПТ при одном и том же угле α.
Т.к. система ЭП УВ-ДПТ при углах α близких к 900
и больше может работать только в РПТ, то в этом
случае справедлива хар-ка упр-ния ВК для РПТ.
Из хар-ки упр-ния видно, что Е для РПТ будет =0
лишь при α=1800
Однако из-за возможности аварийного режима установить α на уровне 1800 невозможно. Поэтому αНАЧ для НУВ уст-тся на уровне αМАКС =(1600 …1700). Очевидно, что при таком α Е≠0, но из-за малости ЭДС при αМАКС данный угол опр-тся как αНАЧ для РПТ. Необходимо отметить, что αНАЧ=αМАКС должен быть таким, чтобы U на якоре двигателя не вызывала протекания такого тока в якоре, способного создать момент, превышающий момент ХХ машины.
11-12. Электромех и мех хар-ки системы ЭП «НУВ-ДПТ» в РНТ
Электро-механической характеристикой системы ЭП наз. зависимость при пост. значении угла α.
;
; E-nΔUT-Eя=RяцIяц
E0cosα-Eя= RяцIяц ; при nΔUT=0 Ея=Се·ωср ; Се=КФω;
; ωср=ω0-Δω;
;
; Из уравнений видно изменяя угол открывания α регулируем угловую скорость ХХ двигателя. Из электро-механической характеристики получим механическую: М=кФ·Iя.ср=Се·Iя.ср;
; Т.к. в системе ЭП НУВ-ДПТ сущ. РПТ, то для ЭМ и М хар-ки будут представляться выражениями, отличных от рассмотренных.
; М=кФ·Iя.ср=Се·Iя.ср;
RФ(IЯ.СР) – фиктивное R выпрямителя, учитывающая преривистый режим работы в системе. Это R зависит от угла откр. α, пар-ров ЯЦ, интервала проводимости λ
или
- для 1ФазМВ
- 3Фаз МВ
для 3фаз МВ с трансф-ным питанием
для 3фаз НВ
Из ф-л видно, что скорость ХХ не опр-тся углом открывания α как РНТ. Для РПТ отсутствует управляющее воздействие в виде угла α По цепи якоря будет протекать динамическая сост. тока, которая обеспеч-ет разгон дв. (или торм-е). В данном случае полож-ый ток дв.создает М дв., что приводит к увелич-ю скорости и Е якоря. При протекании данного тока и увел-я скорости будет продолжаться, пока Е якоря не станет =ЕМАКС. Ток прекратится, а скорость достигнет макс возможной.
Таким образом при углах α<π/m’ скорость ХХ не зависит от угла откр-я α. При углах α>π/m’ опр-тся углом α и мгнвенным зная-ем ЭДС, соотв. этому углу
! из графиков видно, что ЭМ и М ! хар-ки в зоне РПТ имеют нелин
ω01…ω03 – скорость ! хар-р,что обусловлено нелин-тью RФ ХХ для РНТ
Для упрощенного построения части хар-ки необходимо:
1) Построить требуемые хар-ки для заданных углов α для РНТ
2) Опред-ть значение гранично-непрерывного тока и соотв-щие этому току моменты для заданнных углов α
3). Соединить полученные точки прямой (?) линией с точками ωмакс