Расчет статических электромеханических и механических характеристик в системе гд

Расчет характеристик двигателя в системе ГД без обратных связей можно выполнить используя уравнения: и

Порядок расчета следующий:

1. Определяется номинальная ЭДС генератора, соответствующая номинальной нагрузке

2. Определяется ₀ двигателя, соответствующая основной характеристике: .

3. По уравнению электромеханической или механической характеристики находится скорость двигателя при номинальной нагрузке (при I_H или М_Н). Через 2 точки с координатами ;илии;проводится основная характеристика.

4. Для расчета характеристик, соответствующих другим ₀, определяется ЭДС генератора при заданных скоростях _Х двигателя и соответствующая этой ЭДС скорость _0Х: . Далее расчет ведется в соответствие с п.3.

5. Определяется поток возбуждения генератора, создающий ЭДС E_ГХ: , где.

_Г – скорость вращения генератора.

N, _П, а – число витков обмотки якоря, число пар полюсов и число пар параллельных ветвей обмотки якоря генератора.

6. По кривой намагничивания генератора находятся соответствующий потоку Ф_ГХ ток возбуждения I_ВХ или .

7. Рассчитывается необходимое напряжение возбуждения

, где , если зависимость потока от тока дана в относительных единицах.

Система тиристорный преобразователь – двигатель (тп – д).

В системе ТП – Д двигатель постоянного тока независимого возбуждения питается от тиристороного преобразователя. Принципиальная схема системы изображена на рис.

Среднее значение выпрямленного напряжения ТП.

, где

U2 – действующее значение фазного напряжение вторичной обмотки питающего трансформатора (или сети в бестрансформаторных схемах).

m – число пульсаций выпрямленного напряжения;

 - угол задержки открывания тиристоров;

Ud₀ – максимальное значение среднего выпрямленного напряжения при =0.

Кривые выпрямленного напряжения с учетом явления коммутации вентилей, характеризуемой углам , изображены на рис

Зависимость ЭДС ТП от напряжения управления U_у при линейной характеристике СИФУ представлена на следующем рисунке. При ее замене линеаризованной ТП как динамическое звено системы электропривода в режиме непрерывного тока описывается уравнением , где - коэффициент усиления ТП по напряжению; - малая постоянная времени ТП, учитывающая дискретность, запаздывание и наличие фильтров в СИФУ.

Уравнение электрического равновесия в якорной цепи системы ТП-Д

, где

Здесь R_я – сопротивления якорной цепи двигателя;

- индуктивное сопротивление фазы трансформатора, обусловленное полями рассеяния, а х₂ и х₁ – индуктивные сопротивления рассеяния вторичной и первичной обмоток трансформатора;

R_др – сопротивление сглаживающего дросселя;

R_тр – активное сопротивление обмоток фазы трансформатора, приведенное к вторичной цепи;

R_ср.в – усредненное сопротивление вентилей

Имея в виду, что ; ; , получим уравнение механической характеристики двигателя для любого режима работы

или

Т.к. , где, то

Отсюда следует, что в режиме непрерывного тока механические характеристики двигателя в системе ТП-Д при принятых допущениях аналогичны характеристикам системы ГД.

При , получим уравнение статических характеристик

или

Уравнения статических механических и электромеханических характеристик двигателя для режима непрерывных токов можно представить и в следующем виде:

Семейство статических механических характеристик при различных , изображено на рис. Это прямые, отсекающие на оси ординат отрезки, соответствующие скорости идеального холостого хода

Однако в действительности при раздельном управлении комплектами вентилей (в случае двух комплектного преобразователя) или при питании от однокомплектного ТП в области малых нагрузок ток становится прерывистым, причем при U_y=0 и среднее значениеU_d становится . Появляется зона прерывистых токов, она тем больше, чем больше угол .

Появление зоны прерывистого токов обусловлено тем, что в определенные промежутки времени мгновенное значение выпрямленного напряжения преобразователя становится меньше встречно действующей ЭДС двигателя, что видно из графика выпрямленного напряжения, и, как следует из уравнения равновесия ЭДС, разность U_d-e становится отрицательной. Ток должен изменить направление на противоположное. Но поскольку вентили обладают односторонней проводимостью, ток становится равным нулю. Вентили закрываются ток появляется вновь когда U_d станет больше е. При больших нагрузках несмотря на то, что в определенные промежутки времени мгновенное значение U_d становится меньше ЭДС двигателя, ток не прерывается, является непрерывным. Объясняется это тем, что при больших нагрузках запас электромагнитной энергии в цепи выпрямленного тока значительный. Возникающая при исчезновении тока ЭДС самоиндукции складывается с мгновенным выпрямленным напряжением ТП и в сумме они превышают ЭДС двигателя. Поэтому разность между этой суммой и ЭДС двигателя положительна и ток не прерывается. При малых нагрузках ЭДС самоиндукции оказывается недостаточной для поддержания тока и он прерывается.

Переходу от режима непрерывного тока к прерывистому соответствует режим начально-непрерывного тока, являющегося граничным между двумя указанными. Величина граничного тока зависит от угла  и параметров схемы , где

Граничные токи (моменты) лежат на дуге эллипса, смещенного по оси ординат на величину (см. рис. с механическими характеристиками).

Отметим, что если двигатель питается от нереверсивного ТП, то система электропривода становится неполноуправляемой, ибо ток может протекать только в одном направлении. Соответственно этому механические характеристики во втором и третьем квадранте не существуют.

При наличии зоны прерывистых токов электромеханические и механические характеристики в этой зоне не выражаются аналитически. Они напоминают механические характеристики двигателя последовательного возбуждения, как показано на рис.. При уменьшении нагрузки скорость двигателя возрастает и увеличивается его ЭДС, являющаяся противодействующей, что вызывает уменьшение тока нагрузки преобразователя. Это приводит к уменьшению падения напряжения на внутренних сопротивлениях схемы, а также к уменьшению потерь среднего напряжения, обусловленного явлением коммутации. В связи с этим U_d возрастает. При идеальном холостом ходе двигателя исчезают падения напряжения на вентилях и внутренних сопротивлениях схемы и U_d повышается еще больше. Напряжение на двигателе (за время импульса тока) приближается к амплитуде питающего преобразователь напряжения переменного тока и скорость двигателя растет. Поэтому в зоне малых и нулевых нагрузок механические характеристики двигателя имеют мягкий характер, что и показано на графике. Скорость идеального холостого хода двигателя для этих характеристик могут быть определены из выражений:

прии

при

Здесь Е_2ф.м – амплитуда фазной ЭДС вторичной обмотки питающего трансформатора или амплитуда фазного напряжения питающей сети (в бестрансформаторных схемах ).

U_В – падение напряжения в вентилях.

Используя уравнение динамики ТП, уравнение равновесия ЭДС в якорной цепи, уравнение механической характеристики двигателя в системе ТП-Д и уравнение движения электропривода при жестких механических связях, можно изобразить структурную схему системы ТП – Д, которая имеет вид .

При представлении уравненияв виде

, где

Структурная схема примет вид.

Двигатель в системе ТП – Д может работать во всех режимах. Двигательному режиму соответствует область в 1 и 3 квадратах, режиму динамического торможения соответствует характеристика, проходящая через начало координат при . Режиму противовключения соответствует область, заключенная между осью моментов и характеристикой динамического торможения. Режиму рекуперации соответствует область между осью ординат во 2 и 4 квадратах и характеристикой динамического торможения.