Дипломная работа: Исследование динамических характеристик электроприводов постоянного тока при различных способах возбуждения

Рисунок 1.5. Типовые механическая и регулировочная
характеристики электропривода

В установившемся режиме качество электропривода характеризуется следующими параметрами:

· жесткостью механической характеристики ();

· коэффициентом передачи (усиления) () регулировочной характеристики. Заметим, что жесткость и коэффициент передачи могут быть постоянными в линейных системах и изменяться от точки к точке в нелинейных системах;

· диапазоном регулирования по скорости на выходе электропривода ( при М_Н = const).

Энергетические характеристики электропривода

К энергетическим характеристикам электропривода относятся рабочие характеристики, то есть зависимости тока, активной, реактивной и полной мощности, потребляемой от источника питания, от мощности на выходе электропривода (от мощности нагрузки): I₁ , P₁ , Q, S = f(P₂ ).

Эти характеристики определяют к.п.д. () и коэффициент мощности () электропривода. К энергетическим характеристикам также относятся зависимости средних, действующих и амплитудных токов через полупроводниковые элементы преобразователя от момента, скорости и мощности на выходе электропривода.

Наличие силового полупроводникового преобразователя, включенного между источником питания и двигателем, вносит определенную специфику, которую необходимо учитывать при анализе энергетических характеристик электропривода. Рассмотрим эту специфику.

1.При управлении от силового полупроводникового преобразователя обмотки электродвигателя запитываются импульсным напряжением. При этом токи в обмотках также пульсируют. Импульсный характер напряжения и пульсация тока вызывают дополнительные потери в двигателе, которые необходимо учитывать при анализе энергетических характеристик.

2.Силовые элементы преобразователя (диоды, тиристоры, транзисторы) не являются идеальными ключами. Поэтому в режимах, когда они проводят ток (для транзисторов это режим насыщения), на них рассеивается определенная мощность. Эта мощность, которую называют квазистатической, зависит от среднего и эффективного (действующего) тока и от параметров полупроводникового прибора в режиме протекания прямого тока. На рис. 1.5 в качестве примера приведена характеристика диода для прямого тока и показаны его два основных параметра: U_o – остаточное напряжение на диоде врежиме протекания прямого тока и – динамическое сопротивление диода в режиме прямого тока. Квазистатические потери в диоде определяются из выражения:

,

где I _ср , I – средний и эффективный ток через диод.

Аналогично определяются квазистатические потери в тиристоре и транзисторе.

Квазистатические потери в силовом полупроводниковом преобразователе зависят, прежде всего, от мощности на выходе, но, кроме того, они существенно зависят от алгоритма управления преобразователем, от структуры замкнутого электропривода и от его параметров. Все эти обстоятельства необходимо учитывать при анализе энергетических характеристик. Такой учет возможен только в том случае, когда квазистатические потери рассчитываются после синтеза электропривода.

3. Кроме квазистатических потерь в полупроводниковых элементах преобразователя при переключениях выделяются значительные потери, которые называют динамическими.

При включении транзистора диод закрывается не сразу, и некоторое время ток протекает в практически короткозамкнутой цепи. Качественные кривые тока транзистора и напряжения на транзисторе в процессе коммутации показаны на рис. 1.7. Мощность, выделяемая в транзисторе в период коммутации, являясь произведением напряжения на ток, может оказаться значительной. Аналогичная картина наблюдается и при выключении транзистора.

Динамические потери в полупроводниковых элементах силовых преобразователей зависят от частоты переключения и от параметров самих приборов. В современных электроприводах переменного тока, например, где частота переключений составляет десятки (от пяти до пятидесяти килогерц), динамические потери могут в два-три раза превысить потери квазистатические. Таким образом, при анализе энергетических характеристик необходимо учитывать динамические потери в силовом преобразователе.

4. Включение полупроводникового преобразователя между источником питания и двигателем обуславливает влияние преобразователя на источник. Если источником питания является сеть переменного тока, то это влияние проявляется в искажении формы потребляемого тока, то есть в появлении гармоник в потребляемом токе. Эти гармоники существенно влияют на питающую сеть, приводя ко многим нежелательным последствиям. Поэтому при анализе энергетических характеристик электропривода необходимо исследование гармонического состава потребляемого тока.

Четыре перечисленные особенности, влияющие на энергетические характеристики электропривода, необходимо учитывать при анализе и проектировании.

Динамические характеристики

В качестве динамических характеристик обычно рассматриваются зависимости изменения скорости от времени на выходе ЭП при скачкообразном изменении входного задающего сигнала (характеристики по управлению) и при скачкообразном изменении момента нагрузки (характеристика по возмущению). На рис. 1.8 в качестве примера показана динамическая характеристика ЭП по управлению. В качестве параметра в динамических режимах рассматривается электромеханическая постоянная времени – это время, в течение которого ЭП разгоняется от неподвижного состояния до скорости идеального холостого хода под действием неизменного момента, равного моменту короткого замыкания (пускового момента). В этом случае, интегрируя основное уравнение движения, получим:

В динамическом режиме качество электропривода характеризуется следующими параметрами (см. рис. 1.8):

· временем первого согласования t^- ₁ ;

· перерегулированием ;

· временем переходного процесса t_p .