3.3. Определение параметров и коэффициентов передачи элементов электропривода

После выбора основных элементов электропривода и составления блок-схемы необходимо определить их параметры как в статическом, так и в динамическом режимах работы. К этим параметрам относятся: коэффициенты усиления (передачи), постоянные времени всех цепей, передаточные функции элементов. В общем случае часть параметров определяют расчетным путем, часть получают экспериментально, некоторые берут из справочных материалов.

3.3.1. Двигатель постоянного тока независимого возбуждения

Передаточная функция двигателя постоянного тока независимого возбуждения по управляющему воздействию имеет вид:

(3.17)

где - изображение угловой скорости вращения вала двигателя;

Е_П(Р) – изображение ЭДС преобразователя.

Параметры передаточной функции (3.17) определяется следующим образом:

1. - статический коэффициент передачи двигателя.

Значение С_Н=к•Ф_Н, соответствующее номинальному значению тока возбуждения, а следовательно и потока, определяется по паспортным данным двигателя:

где - номинальная угловая скорость двигателя,;

к – конструктивная постоянная машины.

2. - электромагнитная постоянная времени якорной цепи преобразователь-двигатель, С

3. - электромеханическая постоянная времени двигателя, С

Суммарный момент инерции состоит из момента инерции двигателя и приведенного к валу двигателя момента инерции механизма.

Момент инерции двигателя определяется по паспортным данным двигателя, через маховый момент двигателяGD², кг•с•м².

Момент инерции механизма, приведенный к валу двигателя, зависит от махового момента механизма и передаточного отношения редуктора:

Если используется понижающий редуктор с большим передаточным числом, то для ориентировочных расчетов можно принять

3.3.2. Силовые преобразователи.

Как отмечалось выше, в электроприводах постоянного тока в настоящее время в качестве силовых преобразователей используются электромашинные (генератор постоянного тока) и тиристорные преобразователи.

1. Генератор постоянного тока.

Передаточная функция генератора постоянного тока имеет вид

,

где Е_Г(Р) – изображение ЭДС генератора;

U_В(Р) – изображение напряжение возбуждения.

Статический коэффициент передачи генератора определяется отношением приращением ЭДС генератора к соответствующему приращению напряжения на обмотке возбуждения:

Для нахождения коэффициента передачи пользуются характеристикой холостого хода генератора , гдеIw_В – МДС возбуждения генератора.

В этом случае:

,

где w_В и R_В –число витков и сопротивление обмотки возбуждения.

Так как характеристика холостого хода генератора нелинейна, величина статического коэффициента передачи генератора будет зависеть от величины напряжения возбуждения U_В.

Постоянная времени обмотки возбуждения генератора

,

где L_В – индуктивность обмотки возбуждения, Гн.

2. Тиристорный преобразователь

С точки зрения динамики тиристорный преобразователь как импульсное устройство характеризуется ограниченной полосой пропускания частот. Другая особенность тиристорного преобразователя связана с полууправляемостью вентиля, который закрывается не в момент снятия отпирающего импульса, а при снижении тока ниже величины удержания.

В общем случае передаточная функция тиристорного преобразователя выражается формулой

,

где К_П – статический коэффициент усиления преобразователя;

- среднестатистическое запаздывание преобразователя, ;

m – число пульсаций за период;

- частота питающей сети.

Для практических расчетов передаточную функцию тиристорного преобразователя можно с достаточной точностью представить в виде

,

где ;

Т_МФ=6…8 мс – постоянная времени фильтра, обычно включенного на входе системы импульсно-фазового управления.

Тиристорный преобразователь можно представить в виде двух последовательно включенных блоков: системы импульсно-фазового управления (СИФУ), входной величиной которой является напряжение управления U_У, а выходной – угол запаздывания открывания тиристоров, и силового тиристорного блока (ТБ), входной величиной которого является α, а выходной – ЭДС преобразователя Е_П.

Коэффициент передачи тиристорного преобразователя определяется произведением коэффициентов этих блоков:

где - коэффициент передачи СИФУ.

В СИФУ, построенных по вертикальному принципу управления с пилообразным опорным напряжением, зависимость в большинстве случаев линейна (рис.3.7.).

Коэффициент передачи тиристорного блока, ,

Для его определения необходимо иметь зависимость выходного напряжения от угла открывания α. Эта зависимость называется регулировочной характеристикой преобразователя и определяется выражением:

,

где Е_do среднее значение выпрямленного напряжения при α=0.

Рис.3.7. Статическая характеристика СИФУ.

Так как характеристика нелинейна, величина К_ТБ будет зависеть от положения рабочей точки на ней (рис.3.8).

Рис.3.8. Регулировочная характеристика силового блока тиристорного преобразователя.

Если характеристика СИФУ имеет арккосинусный характер, то статический коэффициент передачи тиристорного преобразователя – величина постоянная.