4.6 Контрольні запитання

1.Накресліть принципову схему системи Г-Д та поясніть принцип її роботи.

2.Запищіть рівняння механічної характеристики двигуна в системі Г-Д. Чому жорсткість механічної характеристики двигуна нижче, ніж природна?

3.Чому паралельні між собою механічні характеристики двигуна, залежать від зміни напруги генератора в системі Г-Д?

4.Який вигляд мають механічні характеристики двигуна в системі Г-Д при роботі його з ослабленим магнітним потоком?

5.Як в системі Г-Д виконуються рекуперативне та динамічне гальмування?

6.Переваги та недоліки системи Г-Д.

Лабораторна робота №5

ДОСЛІДЖЕННЯ МЕХАНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМИ ТИРИСТОРНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ – ДВИГУН

Мета роботи - вивчити дію тиристорного перетворювача, дослідити механічні характеристики двигуна постійного струму незалежного збудження в системі тиристорний перетворювач - двигун (ТП-Д).

5.1. Основні теоретичні відомості

Більшість сучасних електроприводів постійного струму виконано по системі ТП-Д. Широке поширення системи ТП-Д обумовлено наступними перевагами тиристорного перетворювача: високим ККД і малою інерційністю. Система ТП-Д застосовується для керування двигунами потужністю 1... 10⁴ кВт при необхідності отримання плавного керування частоти обертання в широкому діапазоні. Перетворювачем енергії в системі ТП-Д є тиристорний перетворювач, що перетворить енергію змінного струму в енергію постійного й навпаки.

Принцип дії тиристорного перетворювача полягає в тому, що тиристори виконують роль електричних ключів, що пропускають струм при малому спаданні напруги в провідну частину періоду й замикаючих ланцюгів у непровідну частину періоду. Напруга регулюється зміною тривалості роботи тиристора в провідну частину періоду.

Схема силової частини керованого однофазного тиристорного, перетворювача показана на рис. 5.1,а. До складу тиристорного перетворювача входять силовий трансформатор Т, мостовий випрямляч на тиристорах VS1 - VS4, система імпульсно-фазового керування СІФК. Навантаженням тиристорного перетворювача є двигун постійного струму М.

Трансформатор перетворює напругу мережі Е₁ у необхідне значення напруги Е₂. Діаграма зміни вторинної напруги Е₂ зображена на рис. 5.1,б. Тиристори VS1- VS4 випрямляють змінну напругу Е₂ і регулюють середнє значення випрямленої напруги. Випрямлена напруга Е_випр на виході мосту за умови, що всі тиристори відкриті весь період електропровідності, показане на рис. 5.1,в. Протягом кожного на півперіоду відкриті два тиристори. Точки 1, 2, 3,... на діаграмі, у яких два тиристори, що працюють у попередню частину періоду, закриваються й відкриваються два наступні, називаються точками природної комутації.

Напруга тиристорного перетворювача регулюється затримкою моменту відкриття тиристорів у провідну частину періоду. Скорочення тривалості відкритого стану вентилів у провідну частину періоду приводить до зменшення середнього значення випрямленої напруги U_cp і характеризується кутом регулювання α ,відлічуваним від крапки природної комутації (рис. 5.1,в). При α=0 значення випрямленої напруги максимальне, при α=180° - дорівнює нулю.

Рис.5.1

Тиристори включаються за допомогою імпульсів, створених системою імпульсно-фазового керування і скерованих на керуючі електроди тиристорів. Тимчасова діаграма вихідних імпульсів СІФК зображена на рис.5.1,д. Таким чином, зміною кута регулювання α регулюється середнє значення випрямленої напруги. Для зменшення пульсацій випрямленої напруги, в силовий ланцюг тиристорного перетворювача включений дросель, що згладжує, З_др, що має певну індуктивність.

Робота СІФК побудована таким чином, що при керуючій напрузі U_у=0 кут α=180°, при U_к=U_кmax кут α=0. СІФК забезпечує лінійне перетворення керуючої напруги U_к в кут регулювання α керуючих імпульсів. Найчастіше СІФК будуються за принципом "вертикального" керування, що полягає в співвідношенні напруги керування з напругою пилкоподібної форми, синхронізованим з напругою мережі. На рис.5.2 зображені діаграми напруг, що характеризують робот СІФК С

Рис.5.2.

У момент, коли пилкоподібна й керуюча напруги рівні, виробляється керуючий імпульс, що надходить на керуючі електроди відповідних тиристорів.

Середнє значення випрямленої ЕРС при безперервному струмі

(5.1)

де E₀ - максимальне значення випрямленої ЕРС при α=0;

E_2Ф- діюче значення вторинної напруги трансформатора.

Вираз для механічної характеристики двигуна постійного струму незалежного збудження в системі ТП-Д відповідно до (5.1) має вигляд

(5.2)

Цей вираз справедливо для неперервного струму в силовому ланцюзі, і йому відповідає сімейство механічних характеристик, зображених на рис.5.3.

Рис.5.3

Режим переривчастого струму виникає при малих навантаженнях і приводить до зміни виду характеристик в області частоти обертання холостого ходу.

Електроприводи з тиристорними перетворювачами, як правило, застосовуються в замкнутих системах автоматичного керування з негативними зворотними зв'язками. У даній роботі досліджується замкнута система електропривода з негативним зворотним зв'язком по частоті обертання двигуна. Принцип роботи автоматичних систем зі зворотним зв'язком полягає в порівнянні сигналу, що задає, і сигналу, що характеризує поточне значення регульованої координати (у даному випадку частоти обертання двигуна). Для цього на вході регулятора швидкості PC (рис. 5.4) із сигналу завдання U_З віднімається сигнал зворотного зв'язку U_з.з., що характеризує частоту обертання двигуна. Сигнал зворотного зв'язку надходить із тахогенератора BR , механічно пов'язаного із двигуном.

Тиристорний перетворювач управляється у функції вихідної напруги регулятора швидкості, що є різницею зазначених сигналів. Застосування негативного зворотного зв'язку дозволяє збільшити жорсткість механічних характеристик двигуна. Розглянемо роботу системи електропривода з негативним зворотним зв'язком по частоті обертання. Допустимо, що досліджуваний, двигун M1 (див. рис. 5.4) працює із частотою обертання навантаження. Різниця сигналів завдання U₃ і зворотного зв'язку U_З.З. така, що на виході ТП напруга дорівнює E_випр1.

З появою навантаження (моменту опору, створюваного навантажувальною машиною М2)на валу досліджуваного двигуна M1 його частота обертання буде зменшуватися, що приведе до зменшення напруги на виході тахогенератора BR. Різниця сигналів (U₃- U_З.З) стане більшою, тому збільшиться напруга на виході ТП і, отже, у відповідності з (5.2) збільшиться частота обертання двигуна. Таким чином, застосування негативного зворотного зв'язку по частоті обертання дозволяє зменшити вплив навантаження на роботу привода.