49-96 / 71 сифу

Рассмотрим принцип действия ПХ. Будем считать, что при Uупр > 0 импульсы управления с выхода СИФУ подаются на комплект вентилей «В», при этом напряжение на выходе ПХ также положительное Uпх > 0 (см. рис. 9.14), тогда согласно регулировочным характеристикам СИФУ (см. рис. 9.13 в, г) преобразователь работает в режиме выпрямления (α < 90 эл.град, непрерывный режим). При изменении знака управляющего сигнала Uупр < 0 и снижении тока через проводящий комплект вентилей «В» до нуля ЛПУ дает команду на включение группы «Н». В случае отсутствия ПХ, на вход СИФУ будет подано отрицательное напряжение, что соответствует работе преобразователя в режиме инвертирования (α > 90 эл.град, см. рис. 9.13 в,

г). В результате возникает несо-

U пх

гласованность по знаку входа

СИФУ с напряжением управле-

Uоп.max

ния Uупр. Поэтому в случае из-

менения знака сигнала управле-

ния одновременно должна из-

мениться полярность сигнала на

U упр

входе СИФУ, т.е. статическая

характеристика ПХ по команде

Uоп.max

ЛПУ должна перейти из перво-

го во второй квадрант (рис.

9.15). Аналогичный переход из

третьего в четвертый квадрант

статической характеристики ПХ

Рис. 9.15. Статическая характеристика

осуществляется при работе пре-

«вход – выход» переключателя

образователя в режиме инвер-

характеристик прямого канала

тирования электрической энер-

регулирования реверсивного ТП

гии.

Регулировочные характеристики РХСУ и РХПСУ реверсивного преобразователя в непрерывном режиме приведены на рис. 9.16. Они построены по аналогии с характеристиками при косинусоидальном опорном напряжении для однокомплектного преобразователя (см. рис. 9.13 г, е). Особое зна-

чение имеет согласование РХСУ и РХПСУ комплектов преобразователя. Характеристики, приведенные на рис. 9.16 а, в, соответствуют линейному согласованию, когда сумма углов управления комплектов при одном на-

пряжении Uупр равна 180 эл.град. При этом начальный угол управления α0 при Uупр = 0 равен 90 эл.град, так как

α0	= αв + αн .	(9.10)
	2

Выпрямленное напряжение Ud равно нулю при Uупр = 0 и при угле управления равном 90 эл.град только у идеального выпрямителя в непре-

182

рывном режиме. Чтобы обеспечить остановку двигателя при Uупр = 0 с учетом возможности перехода в прерывистый режим, необходимо выбрать начальный угол управления α0 и, соответственно, напряжение смещения Uсм, подаваемого через сумматор Σ на вход СИФУ (см. рис. 9.14), таким образом, чтобы при Uупр = 0 напряжение Ud на якоре двигателя было мало и, протекающий под его влиянием ток Id не вызывал вращения (трогания) якоря. Ток трогания Iтр составляет 1…5% от номинального тока якоря двигателя. При таких токах преобразователь переходит в режим прерывистого тока и РХП изменяется (см. п. 5.4.3).

Рис. 9.16. Регулировочные характеристики СИФУ (а, б) и регулировочные характеристики всего реверсивного преобразователя вместе с СИФУ (в, г) при различном согласовании и косинусоидальном опорном напряжении

На рис. 9.17 а штриховой линией показано как изменяется при этом РХПСУ. Чтобы остановить якорь двигателя при Uупр = 0, нужно, чтобы этому напряжению соответствовал начальный угол управления α0 > 90 эл.град.

Такое согласование, при котором сумма углов управления комплектов при одном и том же напряжении Uупр больше 180 эл.град, называется нелиней-

183

ным (αв + αн > π). Для его осуществления нужно сдвинуть РХСУ с помощью напряжения смещения Uсм.

РХСУ при наличии напряжения смещения Uсм могут быть рассчитаны с учетом (9.4), (9.8). Для косинусоидального опорного напряжения

α = arccos	U упр − U см	,	(9.11)
	U оп.max

а для пилообразного опорного напряжения с длительностью рабочего участка равной π

α =	π	−	U упр	− U см
	(1				) .	(9.12)
	2		U оп.max

По формулам (9.11), (9.12) можно найти напряжение смещения для выбранного угла α0.

аа

Рис. 9.17. Регулировочные характеристики двухкомплектного реверсивного преобразователя (вместе с системой управления) при различных начальных углах согласования: а) α0 = 90 эл.град; б) α0 = 120 эл.град;

в) α0 = 105 эл.град

184

При выборе угла α0 необходимо также учитывать, что если α0 = 90 эл.град, то в режиме непрерывного тока характеристики комплектов практически совпадают, что обеспечивает высокое качество регулирования (см. рис. 9.17 а). Смена комплекта возможна только при переходе в режим прерывистого тока. Однако, в режиме прерывистого тока РХПСУ неоднозначны (см. рис. 9.17). Если, например, ток нагрузки комплекта «В» был равен 0 (точка a на рис. 9.17 а), и произошло переключение комплектов, то при неизменном напряжении управления комплект «Н» откроется с углом α = 60 эл.град и произойдет скачек тока под действием напряжения, равного половине напряжения холостого хода. При α0 = 120 эл.град бросок тока будет отсутствовать, а при α0 = 105 эл.град бросок тока будет очень мал (см. рис. 9.17 б, в).

Неоднозначность характеристик (расширение зоны нечувствительности) затягивает время переключения, ухудшает динамику электропривода. Поэтому угол начального согласования α0 нужно выбирать из компромиссных соображений. Если бы преобразователь был идеален, индуктивности в цепи отсутствовали, то при m = 6 нужно было бы выбрать α0 = 120 эл.град. Но с учетом неидеальности преобразователя и наличия индуктивности выбирается меньшее значение α0. В системах с повышенными требованиями к качеству регулирования при применении трехфазной мостовой схемы устанавливают α0 = 95...100 эл.град, а в массовом электроприводе – α0 = 105...115 эл.град. Для других схем выпрямления и характера нагрузки выбор начального угла управления следует выбирать в соответствии с табл. 9.2.

			Таблица 9.2
			Начальный угол
	Характер нагрузки	Схема выпрямления	управления α0,
			эл.град
		Однофазная мостовая (m = 2)	180
	Активная	Трехфазная нулевая (m = 3)	150
		Трехфазная мостовая (m = 6)	120
	Активно-индуктивная	Для любых схем	≤ 90
	(обмотка возбуждения
		выпрямления
	двигателя)
	Активно-индуктивная	Однофазная мостовая (m = 2)	160 – 175
	с противо-ЭДС (якорь	Трехфазная нулевая (m = 3)	130 – 145
	двигателя)	Трехфазная мостовая (m = 6)	105 – 115

На рис. 9.16 б, г приведены РХСУ и РХПСУ реверсивного преобразователя при нелинейном согласовании с α0 = 105 эл.град для трехфазной мостовой схемы выпрямления. Характеристики, приведенные на рис. 9.16 г, яв185

ляются аппроксимированными. Участки выпрямительного режима показаны сплошной линией, а инверторного – штриховой. Если преобразователь все время работает в режиме непрерывного тока, то на РХПСУ наблюдается гистерезис, если он переходит в прерывистый режим, то возникает люфт. То есть, в зависимости от режимов преобразователь может быть представлен нелинейностью типа люфт или гистерезис.

Контрольные вопросы

1.Какие дополнительные блоки вводятся в СУ реверсивным преобразователем с раздельным управлением, их назначение.

2.Объясните принцип действия переключателя характеристик на входе СИФУ реверсивным преобразователем с раздельным управлением.

3.Как влияет на вид регулировочных характеристик введение напряжения смещения Uсм?

4.Каков вид регулировочных характеристик реверсивного преобразователя при различных формах опорных напряжениях СУ и различных способах согласования?

5.Почему применяют нелинейное согласование характеристик?

6.Почему при раздельном управлении при Uупр = 0 угол управления α0 должен быть больше 90 эл.град?

7.Для чего вводятся ограничения в регулировочной характеристике системы управления и в регулировочной характеристике всего преобразователя вместе с системой управления?

8.Как выбирается начальный угол управления α0 для различных схем выпрямления и характера нагрузки?

9.6. Переходные процессы в реверсивных преобразователях

Рассмотрим качественно переходные процессы при реверсе в преобразователях с совместным и раздельным управлением при различных видах нагрузки. Процессы рассмотрим во времени и на плоскости внешних характе-

ристик Id, Ud.

Реверс при активно-индуктивной нагрузке (совместное управление).

Примем допущение, что индуктивность нагрузки велика (например, происходит реверс тока в обмотке возбуждения). На рис. 9.18 а, б приведены внешние характеристики реверсивного преобразователя при линейном согласовании в непрерывном режиме и временные диаграммы, иллюстрирующие переходный процесс. До момента 1 на вход СУ преобразователя подается заданное напряжение управления Uупр. Через нагрузку под действием установившегося значения выпрямленного напряжения Udу протекает установившийся ток Idу. Комплект «Вперед» работает в выпрямительном

186

режиме с углом управления αв1, а комплект «Назад» – в инверторном режиме с углом управления αн5.

Рис. 9.18. Переходные процессы при реверсе тока в активноиндуктивной нагрузке при совместном (а, б) и раздельном (в, г) управлении. Процессы показаны на плоскости внешних характеристик (а, в) и во времени (б, г) (индуктивность нагрузки Ld – велика)

187

Для реверса тока в момент 1 изменяется знак Uупр и происходит переход в точку 2. При этом на плоскости внешних характеристик видно, что угол управления изменяется от αв1 до αв5. Комплект «Вперед» переходит в инверторный режим, напряжение меняет знак. За это время ток остался неизменным, т.к. индуктивность нагрузки велика, а процесс занимает доли периода. Начинается процесс рекуперации энергии и снижение тока. В точке 3 ток равен нулю. Начиная с момента 3 и до момента 4, нарастает ток в комплекте «Назад», работающем в выпрямительном режиме. С момента 4 устанавливается новое значение выпрямленного тока. При этом комплект «Вперед» остается в инверторном режиме и через него протекает уравнительный ток.

Реверс при активно-индуктивной нагрузке (раздельное управление).

Примем те же допущения, что и при совместном управлении. На рис. 9.18 в, г приведены внешние характеристики реверсивного преобразователя при линейном согласовании в непрерывном режиме и временные диаграммы, иллюстрирующие переходный процесс. До момента 3 все процессы происходят так же, как при совместном управлении (только комплект «Назад» не пропускает ток). В момент 3 ток спадает до нуля. Начинается бестоковая пауза. Оба комплекта выключены, ток и напряжение на нагрузке равны нулю. В момент 3’ id = 0 и в соответствии со знаком Uупр датчик проводимости разрешает включить комплект «Назад». После бестоковой паузы начинается нарастание тока в комплекте «Назад», работающем в выпрямительном режиме. Процессы происходят так же, как при совместном управлении

(только комплект «Вперед» не пропускает ток).

Реверс при активно-индуктивной нагрузке с ПЭДС (совместное управление). Этот случай соответствует работе на якорь двигателя. Индук-

тивность якоря мала. Поэтому для упрощения примем допущение, что индуктивность в цепи нагрузки равна нулю.

На рис. 9.19 а, б приведены внешние характеристики реверсивного преобразователя при линейном согласовании в непрерывном режиме и временные диаграммы, иллюстрирующие переходный процесс. Как будет показано ниже, при работе на ПЭДС нельзя мгновенно изменять напряжение управления. Поэтому мгновенно будем изменять входное напряжение uвх на входе СУ электропривода (СУЭП), а соответствующее ему напряжение управления uупр на входе СУ преобразователя (СУП) будет изменяться с допустимой скоростью. До момента 1 на вход СУЭП подается заданное входное напряжение Uвх, а на вход СУП – соответствующее ему напряжение управления Uупр. Через нагрузку под действием установившегося значения выпрямленного напряжения Udу протекает установившийся ток Idу. Комплект «Вперед» работает в выпрямительном режиме с углом управления αв1, а комплект «Назад» – в инверторном режиме с углом управления αн5.

188

1

Рис. 9.19. Переходные процессы при реверсе тока в цепи якоря двигателя (активно-индуктивная нагрузка с ПЭДС при Ld близком к нулю) при совместном (а, б) и раздельном управлении (в, г). Штриховой линией показаны участки переходных процессов при отсутствии задатчика интенсивности

189

Для реверса двигателя в момент 1 изменяется знак uвх, при этом уменьшается uупр, а, следовательно, и угол управления, и ПЭДС комплекта «Назад», работающего в инверторном режиме. Но скорость вращения двигателя и его ЭДС не могут мгновенно измениться, поэтому при изменении углов управления изменяет направление и резко возрастает ток, который может достичь очень большой величины, начинается отдача энергии в сеть. Для ограничения тока необходима токоограничивающая обратная связь (ОС), входящая в состав СУЭП. Токоограничивающая обратная связь запрещает дальнейшее быстрое изменение uупр. В точке 2 ток ограничивается на уровне Id.огр, чтобы не пересечь ограничительной характеристики ОХ. В дальнейшем напряжение управления изменяется, угол αн падает, уменьшается ПЭДС инвертора, но ток Id.огр поддерживается на постоянном уровне. В точке 2’ якорь останавливается, комплект «Назад» переходит из инверторного режима в выпрямительный. С момента 2 до момента 2’ происходит процесс рекуперации энергии, запасенной в маховых массах электродвигателя и рабочей машины. С момента 2’ начинается разгон с этим же током

Id.огр.

В момент 3 устанавливается заданное значение Uупр, соответствующее Uвх, прекращается действие токоограничивающей обратной связи, и к моменту 4 ток спадает до установившегося значения. С момента 4 устанавливается новое значение выпрямленного тока. При этом комплект «Вперед» остается в инверторном режиме и через него протекает уравнительный ток.

Малая индуктивность цепи практически не повлияет на характер процессов, лишь несколько медленнее будет происходить изменение тока, и

облегчится работа токоограничивающей ОС.

Реверс при активно-индуктивной нагрузке с ПЭДС (раздельное управление). Как и в предыдущем случае примем допущение, что индук-

тивность в цепи нагрузки равна нулю. На рис. 9.19 в, г приведены внешние характеристики реверсивного преобразователя при линейном согласовании в непрерывном режиме и временные диаграммы, иллюстрирующие переходный процесс.

До момента 1 на вход СУЭП подается заданное входное напряжение Uвх, а на вход СУП – соответствующее ему напряжение управления Uупр. Через нагрузку под действием установившегося значения выпрямленного напряжения Udу протекает установившийся ток Idу. Комплект «Вперед» работает в выпрямительном режиме с углом управления αв1, а комплект «Назад» выключен.

Если мгновенно изменить входное напряжение Uвх, то ток через комплект «Вперед» практически мгновенно спадет до нуля (индуктивность в цепи мала). Рабочая точка на плоскости внешних характеристик переместится из точки 1 через точку 1’ в точку 1’’ . Комплект «Вперед» выключится, а комплект «Назад» включится с углом αн1, если напряжение управления

190

Uупр изменится соответственно Uвх. Пойдет очень большой ток, т.к. токоо-

граничивающая ОС не успеет ограничить ток. Поэтому в СУЭП вводится задатчик интенсивности (ЗИ), замедляющий изменение сигнала на входе

СУП и облегчающий работу токоограничивающей ОС. Напряжение управления Uупр на входе СУП будет изменяться с допустимой скоростью.

Для реверса двигателя в момент 1 изменяется знак uвх, при этом начинает изменяться напряжение на выходе ЗИ uзи, поэтому несколько уменьшается uупр, а, следовательно, немного увеличивается угол управления αв, уменьшается ЭДС выпрямителя. Но скорость вращения двигателя и его ЭДС не могут мгновенно измениться, поэтому ток спадает до нуля. После бестоковой паузы начинается отдача энергии в сеть. Для ограничения тока необходима токоограничивающая обратная связь, входящая в состав СУЭП. Токоограничивающая ОС запрещает дальнейшее быстрое изменение Uупр. В точке 2 ток ограничивается на уровне Id.огр, чтобы не пересечь ОХ. В дальнейшем напряжение управления изменяется, угол αн падает, уменьшается ПЭДС инвертора, но ток Id.огр поддерживается на постоянном уровне. Процессы происходят так же, как и при совместном управлении, но работает один комплект вентилей. Малая индуктивность цепи практически не повлияет на характер процессов, лишь несколько медленнее будет происходить изменение тока.

Контрольные вопросы

1.В чем отличие переходных процессов при работе на активноиндуктивную нагрузку и на активно-индуктивную нагрузку с ПЭДС?

2.В чем отличие переходных процессов при работе на активноиндуктивную нагрузку при раздельном и совместном управлении?

3.В чем отличие переходных процессов при работе на активноиндуктивную нагрузку с ПЭДС при раздельном и совместном управлении?

9.7. Функциональная схема системы управления электроприводом постоянного тока

На рис. 9.20 приведена упрощенная функциональная схема системы управления реверсивного электропривода постоянного тока, реализующая требования, обоснованные при рассмотрении переходных процессов. Схема позволяет регулировать скорость вращения электродвигателя и осуществлять реверс без нарушения нормальной работы преобразователя.

Система управления электропривода СУЭП выполнена по подчиненному принципу и содержит два контура регулирования: внутренний контур регулирования тока якоря (КРТ) и внешний контур регулирования скорости двигателя КРС.

191