Эквивалентная схема якорной цепи системы электропривода БДПТ. Электромеханические и механические характеристики.

Пренебрегая пульсациями ЭДС якоря вызванными пульсациями напряжения на якоре для установившегося режима работы, когда diя/dt=0:

При прямоугольном распределении магнитной индукции в зазоре машины Е_фя=С_еω_р ,С_е – конструктивная постоянная машины.

=0; - ЭМ характеристика.

Данное выражение справедливо для межкоммутационного участия, когда ток протекает по двум фазам, в зависимости от законов коммутации подставляем

ϒ1

ϒ2

ϒ3

Торможение двигателя БДПТ осуществляется аналогично как и в системе ПШИУ-ДПТ

- эквивалентное сопротивление инвертора, зависящее от тока якоря.

ϒ1

ϒ2

ϒ3

С учетом коммутации фаз

Приведенные характеристики не учитывают действие на них процессом коммутации фаз двигателя: по своей сути явление коммутации фаз двигателя на коммутационном участке аналогично явлению коммутации тиристоров выпрямителя, при наличии индуктивности на стороне сети.

ϒ3

ϒ2

51.Система электропривода «непосредственный преобразователь частоты – АД»

Основы силовой схемы непосредственного преобразователя составляет реверсивный выпрямитель с совместным или раздельным управлением. Для каждой фазы ЭД используется один реверсивный выпрямитель.

Для получения переменного напряжения в нагрузке (фазах двигателя) на входе системы управления вентилями в НПЧ устанавливается задающий генератор, формирующий переменное задающее напряжение, не содержащее постоянно составляющей. Наличие постоянной составляющей в фазе двигателя приведет к протеканию больших токов и двигатель перегреется.

В качестве задающего напряжения используется двухполярное прямоугольное трапециидальное синусоидальное:

ЗГ – задающий генератор. Обеспечивает формирование переменного напряжения изменяющегося как по частоте так и по амплитуде. Изменение частоты задающего напряжения изменяет выходное напряжение, т.е. изменение длительности открытого состояния комплектов. А изменение амплитуды задающего напряжения обеспечивает изменение амплитуды выходного напряжения НПЧ за счет регулирования угла открывания.

В следствие поочередного переключения комплектов вентилей на нагрузке формируется переменное напряжение из отрезков синусоид входного напряжения. Если усреднить кривую выходного напряжения на каждом из пульсиков, то получим усредненное прямоугольное напряжение с амплитудой Выходное напряжение можно разложить в ряд Фурье, содержащий первую гармоническую равной частоте задающего генератора и высшие гармонические.

Первая гармоническая .

Напряжение вызывает протекание 1-ой гармонической тока, которая учавствует в создании момента переменного тока.

Высшие гармонические вызывают пульсации момента и пульсации скорости и дополнительные потери в двигателе и его дополнительный нагрев.Для регулирования скорости трехфазных АД используется трехфазные НПЧ. Силовая часть такого преобразователя содержит 3 реверсивных выпрямителя, каждый на свою фазу.

Фазные выпрямители могут быть собраны по известным схемам выпрямления. Чаще всего используются 3-фазные нулевые и 3-фазные мостовые выпрямители.

Система управления вентилями трехфазного НПЧ должна содержать задающий генератор трехфазного переменного напряжения, формирующий систему 3-фазных напряжений, каждая ииз которых явл-ся задающей для одной фазы. Данная система нашла широкое применение в электроприводе большой мощности, в частности для привода гребных валов морского транспорта. Электропривод малой и средней мощности по системе НПЧ-АД широко применяется для регулирования скорости различных механизмов водного транспорта. В промышленности в кузнечно-прессовом оборудовании и в некоторых металлорежущих станках. Недостатком НПЧ является возможность регулирования АД от половины частоты сети вниз от номинальной при приемлимых технико-экономических показателях.

52. Система электропривода "двухзвенный преобразователь частоты - асинхронный двигатель с управляемым выпрямителем.

VS7-VS12 – трехфазный мостовой управляемый выпрямитель.

VS1-VS6 – мостовой АИ.

VD1-VD6 – мост обратных диодов.

VS13,VS14 – коммут. тиристоры.

В данном ПЧ амплитуда выходного напряжения регулируется выпрямителем.

LC фильтр осущ. фильтрацию выпрямленного напряжения, блок задания БЗ формирует закон частотного управления совместно с функцией преобразователя ФП, т.е. соотношение между частотой и амплитудой выходного напряж. БУВ – блок управления выпрямителем, БУИ – блок управления инвертором.

Преобразование пост. напр. ИП в трехфазного ~ напряж. требуемой частоты на зажимах инвертора, осущ. коммутацией ключей в плечах моста с определенной частотой и в определ. выбранным законом коммутации ключей.

В тирист. инверторах использ 3 закона: 120,150,180 градусов коммутай.

Это означает, что зона разреш. работы каждого из 6 тиристоров сост. 120,150,180 градусов. Алгоритмы коммутации с 180 градусов:

1. Наилучшее использование напр. ист. питания и ключей инвертора по напряжению.

2. Минимально возможная частота переключения ключей инвертора необходимая для формирования перем. напряж требуемой частоты.

Недостатки: необходимость в устройствах искусств. коммутации для запирания тиристоров.

Выходное напряжение не синусоидально и может быть разложено в ряд фурье

ωp- круговая частота ротора (угловая скорость)

53. Система электропривода "двухзвенный преобразователь частоты с ШИМ - асинхронный двигатель".

Rп-предназначен для зарядного тока конденсатора при включении схемы в сеть

Rт-тормозной ток

ШИМ-напряжение осуществляется путем сравнения опорного напряжения двухполярного симметричного с задающим сигналом синусоидальным по форме. Частота опорного напряжения превышает частоту задающего сигнала на порядок. Опорное напряжение называется несущим. Задающее синусоидальное напряжение называется модулирующим. Его частота равна требуемой частоте выходного напряжения инвертора, т.е. требуемой асинхронной скорости двигателя.

Генератор опорного напряжения-формирует двухполярное опорное напряжение.

Для качественного регулирования скорости необходимо с изменением частоты модулирующего напряжения изменять его амплитуду.

Umax оп

Um

Umax1

Umax2

Uн

Среднее напряжение на каждом периоде коммутации:

Чем больше частота несущего напряжения по сравнению с модулирующим, тем больше ступеней у кривой выходного напряжения, т.е. наиболее близкое к синусоидальному напр. Глубина модуляции -хар-ет регулирование амплитуды моделирующего напрпяжения.

1/3 Uп

2/3 Uп

54. Система электропривода "бесконтактный двигатель переменного тока".

Система ЭП содержащая синхронный двигатель с синусоид. ЭДС вращения и датчик положения ротора называется бесконтактным двигателем переменного тока. Для того чтобы получить синусоид. ЭДС вращения у двигателя с прямоуг. индукцией в зазоре, необходимо использовать распред. обмотку статора др. мероприятия, направленные на получение синусоид. ЭДС (укороч.таль, скос.пазов))

В отличии от системы БДПТ в данной системе используется ДПР, который преобразует положение ротора в эл. сигнал и в каждый момент времени мы имеем с выхода датчика информации об истинном положении ротора.

В отличии от БДПТ в данной системе используется векторная САУ, ощущ. упр-ие вектором тока якоря.

В данной системе, как и в системе ПЧ-АД КЗ используется 180⁰ коммутация.

Для обеспечения синусоидального тока использ. синусоид. ШИМ. Кривые тока и напряжения аналогичны ПЧ-АД КЗ при синусоид. ШИМ.

Для получения максимального значения отношения момента двигателя к току, необходимо чтобы ток якоря совпадал по форме с ЭДС вращения, а сдвиг фазы между ними был равен 0, т.к. значение ЭДС вращения определяется положением ротора, то для такого упр-ия необходимо управлять ключами инвертора в зависимости от положения ротора.

γ- угол сдвига между током фазы и ЭДС вращения этой фазы.

При условии

Достоинством данной системы ЭП является практическое отсутствие пульсаций момента двигателя, высокое быстродействие (самое высокое из существующих систем ЭП) и широчайший диапазон регулирования.

55. Торможение в системе электропривода «двухзвенный преобразователь частоты – асинхронный двигатель».

Для перевода АД в генер режим необходимо, чтобы его скорость стала больше синхронной

При идеальном х.х. v=90, отсутствует потребление энергии

В двигательном реж v<90 происходит потребление энергии

Генер реж v>90 – отдача энергии

При работе в двиг реж большую часть периода ток пропускают транзисторы инвертора и меньшую часть диоды. В тормозном режиме большую часть периода ток пропускают диоды и энергия через них поступает в емкость фильтра, а меньшую часть периода ток пропускают транзисторы, осуществляется потребление энергии для возбуждения двиг.

Для обеспечения торможения двиг до нулевой скорости необходимо уменьшить частоту напряжения инвертора, чтобы момент оставался неизменным.

56. Система электропривода "полупроводниковый преобразователь переменного напряжения - асинхронный двигатель".

Пуск АД к.з. прямым включением в сеть сопровождается:

1. Повышенными значениями пускового тока, в 5-7 раз превыш номин.

2. Возникновением моментов двигателя в 2-3 раза превыш пусковой момент.

Большие пусковые токи (при пуске двиг большой мощности особенно) приводят к значительному падению напряжения на внутренних сопротивлениях питающего трансф-ра и понижению питающего напряжения, что отрицательно сказывается на потребителях, питаемых от данного тр-ра.

Для облегчения пуска использ ряд методов:

1. Включение на время пуска дополн активных сопротивлений или индуктивности в цепь статора

2. Использование автотрансформатора

3. Переключением обмотки двиг со звезды на треугольник при пуске

Эти способы (кроме автотр-ра) позволяют ступенчато менять напряжение, что не эффективно для разных мех.

В настоящее время используется система ПППН-АД

Реверсивная схема. В нереверсивной VS7-VS10 отсутствуют.

ПППН позволяет регулировать лишь напряжение АД за счет регулирования угла открывания тиристоров при постоянной частоте, равной частоте сети.

Особенностью ПППН-АД является зависимость угла проводимости тиристоров и величины напряжения АД не только от угла открывания, но и от изменения нагрузки на валу двиг. Обеспечить на двигателе полное напряжение при изменении нагрузки на валу от 0 до любой точки в рабочей характеристике можно 2мя путями:

1. Установить постоянную ширину открыв импульса и следить за углом ϕ, чтобы устанавливать α, выполн рав-во: W1t0> ϕтек- αтек W1t0=const

2. Установить α на уровне α= αмин, которое меньше ϕмин/αмин< ϕмин

А ширину импульсов выбрать W1t0> ϕмакс-ϕмин W1t0=const

СИФУ должна обеспечить регулирование угла α от αмин=20 до αмакс=150 (при соед двиг в звезду без нулевого провода) ширина импульса должна быть не менее 70гр без слежения за углом ϕ.

Система ЭП ПППН-АД облад след недостатками:

При снижении напряжения момент двигателя уменьшается пропорционально квадрату напряжения. Ток двигателя снижается прямо пропорционально 1й степени напряжения.

На практике даже при пуске двигателя с механизмом на хх миним значение тока нельзя получить ниже чем 3Iн, т.е. пусковой токможно снизить примерно в 2 раза. Использование системы ПППН-АД, при пуске с моментом нагрузки близким к ном целесообразно уменьшение для уменьшения ударных моментов, возник при прямом пуске

Для осуществления пуска двигателя необходимо, чтобы момент двигателя во время пуска превышал момент нагрузки

57. Фотоэлектрический преобразователь перемещения. Устройство и принцип действия, назначение.

Фотоэлектрический преобразователь перемещения состоит из механической части и электронной. Механическая часть служит для крепления самого преобразователя, крепления разъёма на преобразователе, а также соединения вала преобразователя с валом двигателя или механизма, перемещение которого измеряется.

Фотоэлектрический преобразователь бывает круговой и линейный.

КРУГОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ: Содержит также оптическую и электронную часть.

Оптическая часть служит для усиления и фокусировки светового потока.

В простейшем случае на валу ФЭП закрепляется диск, который вращается при вращении вала двигателя и вала ФЭП.

Светодиоды и фотодиоды неподвижны во время вращения вала, следовательно, при вращении вала будет проходить модуляция светового потока ( прохождение через отверстие и не прохождение).

В данной модели фотоэлектрического преобразователя на каждом из каналов «А» и «В» свет от светодиода прервётся 4 раза 1 оборот, а на канале «С» -- 1 раз за оборот. Следовательно, фотодиоды на каждом из каналов «А» и «В» пропускает ток 4 раза за 1 оборот, а на канале «С» --1 раз за 1 оборот.

Электрическая часть преобразует фототок фотодиодов в

последовательность прямоугольных импульсов с напряжением

приблизительно равным «Uпит».

У фотоэлектрического преобразователя 3 основных канала: «Ua, Ub, Uc», котрые формируются в результате модуляции светового потока вращающегося диска. Дополнительно инвертированные импульсы формируются в результате преобразования основных импульсов электронной системы (нужно поставить логический инвертор).

Число импульсов на основных каналах: «Ua, Ub, , » соответствует угловому

перемещению.

Число импульсов с канала «Uc» соответствует угловому перемещению за 1 оборот вала. Точность измерения равна N-число импульсом за 1 оборот. Для повышения точности измерения ФЭП нужно осуществить удвоение или учетверение импульсов. При удвоении используются импульсы с 2-ух каналов, при учетверении – с 4-ёх каналов.

С помощью ФЭП можно получить сигнал пропорциональный скорости вала ФЭП.

; ; .

N(1) – число импульсов с выхода ФЭП за эталонное время Tэ. Nэ (2) – эталонное число импульсов (постоянное) за измеренное время «t». При измерении по выражению (1) угловая скорость пропорциональна числу импульсов измеренных за Tэ. При измерении по формуле (2) угловая скорость находится в обратно пропорциональной зависимости от измеряемой величины Tэ.