Материал: КП. Драчев Г.И.Теория электропривода.2002_КП
51
Рис
. 17.2.
Структурная
схема
электромеханического
преобразования
энергии
в
двигателе
независимого
возбуждения
Для
двигателя
последовательного
возбуждения
ДПВ
в
дифференциальных
уравнениях
(17.8)
отсутствует
уравнение
для
независимой
обмотки
возбуждения
,
так
как
поток
в
машине
определяется
током
якоря
,
а
в
якорную
цепь
включается
ещё
индуктивность
обмотки
возбуждения
.
L
L
L
ов
я
яц
+
=
В
структурной
схеме
на
рис
. 17.2,
б
блок
нелинейности
кривой
намагничива
-
ния
двигателя
подключается
к
точкам
1-2,
звенья
А
и
В
отсутствуют
.
Электромаг
-
нитная
постоянная
времени
обмотки
якоря
и
обмотки
возбуждения
Т
яц
может
быть
приближенно
,
без
учёта
L
я
и
вихревых
токов
в
статике
,
рассчитана
по
фор
-
муле
(17.11).
Структурная
схема
для
двигателя
последовательного
возбуждения
[10]
получается
достаточно
сложной
,
с
нелинейностями
в
виде
блоков
произведе
-
ния
и
кривой
намагничивания
,
и
задачи
исследования
динамики
электроприводов
с
ДПВ
решают
с
помощью
ЭВМ
(
см
.
приложение
И
).
Математическое
описание
асинхронного
двигателя
при
наличии
шести
обмоток
на
статоре
и
роторе
с
учётом
их
взаимного
расположения
,
множества
связей
меж
-
ду
ними
,
блоков
произведения
и
нелинейностей
достаточно
сложно
.
В
практике
электропривода
находят
применение
методы
,
в
которых
математическое
описание
упрощается
за
счёт
различных
допущений
.
Представление
двигателя
в
виде
экви
-
52
валентной
двухфазной
машины
[1]
позволяет
несколько
упростить
математиче
-
ское
описание
и
структурную
схему
асинхронного
двигателя
.
Переход
к
упрощенной
структурной
схеме
на
основании
записи
уравнения
момента
двигателя
М
(s)
в
частных
производных
по
напряжению
питания
,
частоте
и
скорости
оставляет
нелинейные
коэффициенты
усиления
.
Для
рассмотрения
переходных
процессов
на
рабочем
участке
механической
характеристики
возможно
применение
более
простого
соотношения
между
мо
-
ментом
и
скоростью
двигателя
[1]–
формулы
Пинчука
И
.
С
.
,
ω
)
(
ω
β
M
1)
p
(T
0
э
−
⋅
=
⋅
+
⋅
(17.13)
где
β
= 2*
М
к
/ (
ω
0
н
*S
к
) –
модуль
жесткости
линеаризованной
механической
характеристики
,
k
S
элн
0
1
э
T
⋅
ω
=
–
электромагнитная
постоянная
времени
;
к
S
–
критическое
скольжение
.
Значение
β
для
линеаризованной
характеристики
,
проходящей
через
номи
-
нальную
точку
(
М
н
,
ω
н
)
определяется
по
формуле
.
ω
ω
М
β
н
0
н
н
−
=
(17.14)
Тогда
в
относительных
единицах
1/S
β
.
н
=
(17.15)
Выражение
(17.13)
справедливо
и
в
относительных
единицах
(17.16)
Передаточная
функция
электромеханического
преобразования
энергии
в
асинхронном
двигателе
1
р
Т
S
/
1
)
p
(
)
p
(
)
p
(
M
)
p
(
эм
W
э
н
0
+
⋅
=
ω
−
ω
=
.
После
преобразований
структурная
схема
асинхронного
двигателя
для
рабо
-
чего
участка
механической
характеристики
полностью
повторяет
структурную
схему
двигателя
постоянного
тока
независимого
возбуждения
(
см
.
рис
. 17.2,
б
).
Для
асинхронного
двигателя
.
f
ω
,
1/S
K
1
0
а
н
яц
=
=
Пределы
целесообразного
использования
полученных
соотношений
ограничива
-
ются
значениями
момента
– 0,8
*
М
к
≤
М
< 0,8
*
М
к
[1].
Если
необходимо
рассматривать
работу
асинхронного
двигателя
при
боль
-
ших
скольжениях
,
при
частотном
регулировании
скорости
и
момента
в
широких
пределах
следует
обращаться
к
более
сложному
математическому
описанию
пре
-
образования
[10].
).
ω
ω
(
S
1
M
р
)
T
(1
0
н
э
−
=
⋅
⋅
+
53
17.3.
Структурные
схемы
электрических
преобразователей
энергии
Электрическое
преобразование
энергии
выполняют
различные
устройства
:
тиристорные
и
транзисторные
преобразователи
переменного
тока
в
постоянный
,
преобразователи
частоты
,
широтно
-
импульсные
преобразователи
и
пр
.,
а
также
обычные
резисторы
,
устанавливаемые
в
силовую
цепь
двигателя
.
Преобразовате
-
ли
электрической
энергии
используются
в
качестве
регуляторов
мощности
,
обес
-
печивая
подачу
на
зажимы
двигателя
заданного
напряжения
или
тока
в
зависимо
-
сти
от
требований
к
электроприводу
как
в
установившихся
,
так
и
в
переходных
режимах
.
При
питании
силовой
цепи
двигателя
от
сети
неизменного
напряжения
(
це
-
ховой
сети
)
в
качестве
регулятора
мощности
применяют
добавочные
сопротивле
-
ния
в
силовой
цепи
и
релейно
-
контакторные
станции
управления
для
включения
или
выключения
ступеней
этих
сопротивлений
.
Соответствующий
подбор
этих
резисторов
обеспечивает
правильную
пусковую
диаграмму
(
реостатное
регулиро
-
вание
момента
)
и
требуемую
скорость
движения
рабочего
органа
(
реостатное
ре
-
гулирование
скорости
).
Электрическое
преобразование
путём
реостатного
регулирования
находит
полное
отражение
в
структурных
схемах
электромеханического
преобразования
(
см
.
рис
. 17.2),
параметры
которых
;
I
R
U
K
н
яц
н
яц
⋅
=
(17.12)
;
r
R
S
S
2
2
не
ни
′
′
⋅
=
(17.17)
;
R
L
T
яц
яц
я
=
(17.10)
;
S
ω
1
T
к
оэлн
э
⋅
=
(17.18)
x
r
r
S
2
k
2
1
2
к
+
′
=
(17.19)
зависят
от
величины
сопротивления
силовой
цепи
двигателя
.
В
переходных
процессах
пуска
и
торможения
,
когда
двигатель
при
переклю
-
чении
сопротивлений
переходит
с
одной
характеристики
на
другую
,
работа
на
этих
характеристиках
описывается
параметрами
структурной
схемы
(
К
яц
и
Т
я
или
S
н
и
Т
э
),
отличающимися
друг
от
друга
на
различных
характеристиках
.
При
питании
двигателя
постоянного
тока
от
тиристорного
преобразователя
в
силовую
цепь
дополнительно
включаются
активные
и
индуктивные
сопротивле
-
ния
обмоток
трансформатора
(
или
токоограничивающего
реактора
)
и
сглаживаю
-
щего
реактора
,
в
результате
возрастают
R
яц
и
L
яц
(
см
.
п
. 15.2.1)
и
изменяются
па
-
раметры
структурной
схемы
К
яц
и
Т
я
.
На
рис
. 17.2
на
вход
структурной
схемы
вместо
U
подаётся
выходная
ЭДС
преобразователя
Е
d
.
54
Силовая
часть
тиристорного
преобразователя
относительно
мгновенных
зна
-
чений
входной
и
выходной
координат
представляет
собой
нелинейную
импульс
-
ную
систему
[20],
которая
в
полосе
пропускания
частот
,
ограниченной
практиче
-
ски
частотой
сети
,
может
рассматриваться
как
безынерционное
звено
с
косину
-
соидальной
зависимостью
средней
ЭДС
Е
d
от
угла
открывания
α
.
Фазовые
сдвиги
угла
α
относительно
напряжения
управления
U
у
вносит
система
импульсно
-
фазового
управления
.
Передаточная
функция
тиристорного
преобразователя
для
линейного
участ
-
ка
регулировочной
характеристики
Е
d
= f(U
у
)
имеет
вид
,
1
p
T
e
K
(p)
U
(p)
E
(p)
W
п
p
τ
тп
у
d
тп
+
⋅
⋅
=
=
⋅
−
(17.20)
где
Т
п
≈
0.01 … 0.015
с
–
постоянная
времени
СИФУ
;
m
50
1
⋅
=
τ
–
постоянная
времени
звена
с
чистым
запаздыванием
;
К
тп
=
Е
d
/ U
у
–
коэффициент
усиления
преобразователя
.
Поскольку
инерционность
ТП
мала
,
то
её
учёт
необходим
для
малоинерци
-
онных
систем
,
когда
Т
п
и
τ
соизмеримы
с
другими
параметрами
контура
регули
-
рования
и
требуется
высокое
быстродействие
выходной
координаты
.
С
целью
упрощения
расчётов
на
стадии
выбора
и
расчёта
элементов
силовой
части
электропривода
появляется
возможность
не
учитывать
инерционность
ТП
и
представлять
ТП
безынерционным
звеном
с
коэффициентом
усиления
К
тп
.
Учёт
падения
напряжения
в
элементах
преобразователя
при
изменении
нагрузки
учи
-
тывается
изменением
параметров
структурной
схемы
К
яц
и
Т
я
.
Всё
приведенное
выше
относится
к
преобразователям
частоты
.
Более
того
,
в
связи
с
тем
,
что
в
схеме
ПЧ
в
контуре
протекания
токов
включено
большее
число
элементов
(
тиристоров
,
дросселей
и
т
.
п
.),
электрические
данные
которых
на
ста
-
дии
проектирования
неизвестны
,
а
также
учитывая
наличие
внутренних
обратных
связей
в
преобразователе
,
обеспечивающих
поддержание
заданного
напряжения
на
выходе
при
изменении
нагрузки
,
появляется
возможность
не
учитывать
паде
-
ние
напряжения
внутри
преобразователя
(
считать
его
внутреннее
сопротивление
равным
нулю
).
Таким
образом
,
тиристорный
преобразователь
электрической
энергии
яв
-
ляется
безынерционным
звеном
с
коэффициентом
усиления
К
тп
(
в
о
.
е
.
К
тп
= 1).
Выходное
напряжение
и
частота
преобразователей
формируется
на
их
входе
с
по
-
мощью
входных
устройств
.
В
настоящее
время
практически
все
преобразователи
укомплектованы
задатчиками
интенсивности
ЗИ
с
различными
законами
измене
-
ния
управляющего
напряжения
[20].
Наиболее
часто
применяют
интегральные
ЗИ
,
обеспечивающие
плавное
ли
-
нейное
нарастание
управляющего
напряжения
,
и
пропорционально
-
интегральные
ЗИ
,
в
котором
совместно
с
интегральным
каналом
работает
пропорциональный
канал
.
Структурная
схема
ЗИ
для
участка
линейного
изменения
напряжения
пред
-
ставлена
на
рис
. 17.3.
Определение
параметров
ЗИ
приведено
в
п
.16.3.
55
Рис
. 17.3
зад
у
0
0
н
0
U
K
U
∆
;
ω
∆
ω
∆ω
K
⋅
=
=
=
17.4.
Структурные
схемы
электроприводов
Полная
структурная
схема
электропривода
включает
в
себя
структурные
схемы
составных
частей
:
механической
части
,
электромеханического
преобразо
-
вателя
энергии
,
электрического
преобразователя
и
задающего
устройства
.
Структурная
схема
электропривода
при
питании
двигателя
независимого
возбуждения
от
цеховой
сети
представлена
на
рис
.
И
.2 (
приложение
И
)
и
вклю
-
чает
в
себя
структурную
схему
механической
части
электропривода
и
структур
-
ную
схему
электромеханического
преобразования
,
в
которой
изменяются
пара
-
метры
Т
я
,
К
я
структурной
схемы
при
реостатном
регулировании
.
В
структурной
схеме
используется
режим
ослабления
поля
при
работе
двига
-
теля
независимого
возбуждения
)
u
f(
Ф
в
=
Если
режим
ослабления
поля
отсутствует
,
то
в
схеме
отсутствует
контур
возбуждения
,
поток
Ф
=
Ф
н
и
исчезают
блоки
произведения
,
в
результате
.
ω
E
,
M
I
1
=
=
На
входе
структурной
схемы
.
ω
U
0
=
Структурная
схема
двигателя
последовательного
возбуждения
приведена
на
рис
.
И
.3 (
приложение
И
).
В
зависимости
от
сопротивления
в
цепи
якоря
из
-
меняются
К
я
и
Т
я
.
Структурная
схема
для
рабочего
участка
механической
характеристики
асин
-
хронного
двигателя
при
работе
от
цеховой
сети
(
см
.
рис
.
И
.4
приложения
И
)
также
включает
в
себя
структурные
схемы
механической
части
и
электромехани
-
ческого
преобразования
энергии
.
Параметры
β
и
Т
э
рассчитываются
для
каждой
характеристики
.
Структурная
схема
системы
ТП
–
Д
с
ослаблением
поля
приведена
на
рис
.
И
.1
приложения
И
.
Использование
относительных
единиц
позволило
принять
К
тп
=1
и
управляющие
воздействия
выразить
через
у
d
0
U
E
ω
=
=
.