Технические данные реверсивного тиристорного преобразователя

 

         Примечание: в схемах используются стандартные реверсивные преобразователи, собранные по трехфазной встречно-параллельной схеме. Преобразователь содержит 3 параллельно включенных тиристора типа ВКДУ-150-6. Система управления имеет максимальный входной сигнал В.

1. Расчет и построение  статических характеристик  системы  ЭП

1.1. Построение естественной электромеханической характеристики двигателя

   Уравнение электромеханической характеристики  двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) описывается  известным выражением [2-4]:

    ,                                                             

       где : - напряжение источника питания; 

        - ток в якорной цепи;

        - сопротивление якорной цепи;

        - постоянная двигателя;

           где: - конструктивная постоянная;

            - номинальные значения потока  возбуждения, напряжения и тока  якоря; 

        - номинальная угловая скорость  вращения двигателя.

   Электромеханическая характеристика при неизменных параметрах  двигателя - , является прямой линией. Она проходит через точку идеального  холостого хода и пересекает ось абсцисс при токе короткого замыкания . Значение тока короткого замыкания в несколько раз больше номинального тока двигателя ,  поэтому при анализе рабочего участка электромеханической характеристики удобнее использовать  величину статического перепада скорости .  Для получения этой величины разделим исходное  уравнение на две части

    ,

       где - скорость идеального холостого хода;

          - статический  перепад  скорости или статическая точность  поддержания  скорости на данной  характеристике.

   При  расчете необходимо  помнить, что  величины  сопротивлений  двигателя  приведены  для холодного  состояния  ДПТ  НВ, поэтому при расчете  сопротивлений  двигателя  нужно учитывать температурный коэффициент: 

    ,

       где - сопротивление обмотки якоря;

        - сопротивление добавочных полюсов.

   Номинальная  угловая скорость вращения двигателя  равна:

   

   Постоянная двигателя равна:

   

   Для  построения электромеханической  характеристики при питании ДПТ НВ  от сети бесконечно большой мощности (естественной характеристики) определим скорость идеального холостого хода    и статический перепад скорости   .

   

   

1.2. Построение электромеханической характеристики разомкнутой системы ТП-Д

   При  построении электромеханической  характеристики  разомкнутой системы  ТП-Д, для  удобства сравнения характеристик  разомкнутой и замкнутой системы,  примем скорость холостого хода, равную

   

   Статическая  ошибка  разомкнутой системы ТП-Д  при изменении  тока нагрузки  от 0,5  до 1,5 определяется отношением:

    .

       Где: R_ЯЦ - полное сопротивление якорной цепи при питании двигателя от  реверсивного тиристорного  преобразователя находится по выражению

   

   Сопротивление вторичной  обмотки трансформатора равно:

   

   Сопротивление  открытого  вентиля равно:

    ,

       где - падение напряжения на вентиле; 

   Сопротивление  коммутации  вентилей равно:

    ,

       где - индуктивное сопротивление обмотки трансформатора;

         - число фаз для схемы Ларионова.

   Таким образом, полное сопротивление якорной цепи равно:

   

   Таким образом, статическая  ошибка  разомкнутой  системы ТП-Д при изменении  тока нагрузки  от 0,5  до 1,5 I_н равна:

   

   В разомкнутой системе  вследствие значительной статической  ошибки при  изменении  нагрузки на  валу  не удается  получить большой диапазон  регулирования  угловой скорости  и обеспечить  высокую  точность  регулирования. Для  расширения диапазона  регулирования  и  повышения  точности используются замкнутые  системы  регулирования. Идея замкнутых  систем регулирования сводится  к тому, что в системе автоматически  компенсируется  действие возмущающих  факторов (нагрузки, изменения напряжения  сети и других) и угловая скорость может  поддерживаться с  большой  точностью на требуемом уровне. Для  получения  характеристики с  высокой  жесткостью  и расширения диапазона  регулирования  необходимо автоматически  с ростом нагрузки повышать в системе  ТП-Д  ЭДС  или напряжение на выходе тиристорного преобразователя.

   Для  осуществления автоматического  регулирования необходимо измерить сигнал  обратной связи, затем этот результат в виде  напряжения  сравнить (произвести  алгебраическое суммирование) с заданным  в виде  напряжения  значением регулируемой величины и направить результат  сравнения  регулируемому  объекту. Обычно энергии измерительного органа оказывается недостаточно для воздействия  на  регулирующий орган, поэтому  возникает необходимость в  применении усилительного  устройства. Перечисленные  элементы (измерительный орган,  усилитель  и регулирующий орган) входят в устройство регулятора, осуществляющего  процесс регулирования. Таким образом, система автоматического регулирования (САР) состоит  из регулируемого объекта  и регулятора, реагирующего на  изменение  регулируемой величины.

   Ограничение момента (тока) двигателя  до требуемого значения с  определенной точностью  может  произойти, например, при снижении ЭДС преобразователя,  питающего якорь ДПТ НВ. Автоматически это  выполняется при использовании отрицательной обратной связи по току, которая  вступает в действие  только при достижении  током  (или моментом  при ) заданного значения тока отсечки .

1.3. Определение коэффициента  усиления ТП

   Регулировочная  характеристика ТП  (рис. 3,а) строится по выражению:

    ,  (1)

       где    для схемы Ларионова.

   Величину  ЭДС ТП можно определить также  по выражению

   

   отсюда  входное напряжение СИФУ ТП  можно  найти как

    ,

     где - максимальное значение входного напряжения СИФУ ТП.

   Зная  предельное значение напряжения  на входе  системы управления , можно построить в соответствии  с таблицей регулировочную  характеристику ТП   
 

 

Рис.2. Регулировочные характеристики тиристорного преобразователя

   Далее  определяются  рабочие значения ЭДС ТП для трех характеристик  замкнутой системы:

    ;

    ;

    .

   входное напряжение СИФУ ТП  трех характеристик  замкнутой системы:

   

   

   

   Учитывая, что значение ЭДС ТП равно  , можно определить значения коэффициента усиления ТП для каждой из рассчитываемых характеристик:

    ;

    ;

    .

   В дальнейших  расчетах используется значение  ,  минимальное из полученных по этим формулам:

    .

1.4. Построение статических характеристик  системы ТП-Д с обратными связями по скорости и току с отсечкой.

   Для составления системы уравнений, описывающих поведение системы  ТП-Д (рис.1) в статическом режиме при наличии отрицательных обратных связей по скорости (ОСС) и току, рассмотрим функциональную схему этой системы, представленную на рис.3. Ей соответствует следующая система уравнений:

                                     

       где  - напряжение на выходе регулятора скорости;

        - задающее напряжение системы  ТП-Д; 

        - коэффициент усиления регулятора  скорости; 

        - коэффициент усиления усилителя  обратной связи по току с  отсечкой;

        - коэффициент усиления тахогенератора;  - входное напряжение СИФУ ТП;

        -  эталонное напряжение обратной  связи по току с отсечкой;

        - сопротивление шунта с учетом  температурного коэффициента;

        - ЭДС ТП;

        - коэффициент усиления ТП.

   Сопротивление шунта с учетом температурного коэффициента равно:

   

   Ток отсечки равен:

   

   Эталонное напряжение обратной связи по току с отсечкой равно:

   

   

Рис.3. Функциональная схема системы ТП-Д с обратными связями по скорости и току с отсечкой

   Совместное  решение этих уравнений дает выражение  для статических  характеристик:

         (2)

      (3)

       где   - требуемый коэффициент усиления разомкнутой системы;

        - коэффициент усиления двигателя.

   Коэффициент усиления тахогенератора определяется по выражению