Управляемое торможение электропривода постоянного тока с импульсным преобразователем повышенной частоты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Управляемое торможение электропривода постоянного тока с импульсным преобразователем повышенной частоты

В.В. Каверин

Использование высокочастотных силовых транзисторов, выполненных по гибридной технологии, в импульсных преобразователях позволяет реализовать регулируемые электроприводы постоянного тока с технико-экономическими характеристиками, превосходящими тиристорный электропривод. Актуальной задачей в регулируемом электроприводе постоянного тока, выполненного с использованием силовой полупроводниковой техники нового поколения, является техническая реализация управляемого генераторного режима [1]. Наиболее полное использование возможностей электропривода в режиме управляемого динамического торможения обеспечивает схемотехническое решение с шунтированием цепи якоря силовым ключом импульсного преобразователя без токоограничивающего резистора.

Схема силовой части регулируемого электропривода постоянного тока с импульсными преобразователями, осуществляющими управление как в двигательном, так и в тормозном режимах, представлена на рисунке 1. Якорная цепь компенсированного электродвигателя содержит индуктивные составляющие компенсационной обмотки и обмотки, действие которой эквивалентно реакции якоря. Обе обмотки имеют магнитную связь с обмотками главных полюсов. Дополнительно якорная цепь учитывает обмотки дополнительных полюсов и суммарное активное сопротивление всех элементов якорной цепи [2].

Посредством преобразователя S5-ШИМЯ2 осуществляется управление процессом торможения. С помощью импульсного преобразователя S4-ШИМЯ1 электропривод управляется в двигательном режиме. В момент времени перехода из двигательного режима в тормозной ключ S4 размыкается и остаётся разомкнутым на протяжении всего времени торможения. Периодически в ходе работы импульсного преобразователя S5-ШИМЯ2 происходит накопление энергии в индуктивных составляющих якорной цепи двигателя, а в момент времени закрытия ключа S5 происходит разряд ЭДС самоиндукции, сопровождающийся значительным повышением напряжения, которое через диод VD4 постоянно дозаряжает конденсатор С, выполняющий функции сглаживающего фильтра в цепи питания. С целью предотвращения его пробоя посредством токоограничивающего резистора R и импульсного преобразователя S2-ШИМ1 осуществляется ограничение напряжения на обкладках конденсатора. Частично энергия с конденсатора расходуется на питание цепи обмотки возбуждения. Стабилизация тока обмотки возбуждения осуществляется импульсным преобразователем S3-ШИМОВ. Ключ S1 моделирует несанкционированное отключение электроэнергии с привода.

Использование схемы замещения, представленной на рисунке 2, значительно упрощает анализ динамических процессов в силовой цепи электродвигателя.

высокочастотный силовой транзистор преобразователь

Рисунок 1 - Схема электропривода постоянного тока в режиме управляемого торможения

Рисунок 2 - Схема замещения якорной цепи электропривода в режиме управляемого динамического торможения

R_ЯУ, L_ЯУ - суммарные активное сопротивление и индуктивность якорной цепи, С - ёмкость сглаживающего фильтра на выходе неуправляемого выпрямителя, R_Э - эквивалентное сопротивление нагрузки

Передаточная функция линейной части якорной цепи имеет вид:

(1)

Подставляя выражения постоянных времени Т₁ и Т₂ и показателя колебательности о:

(2)

(3)

(4)

выражение (1) приводят к общему виду

(5)

Для электродвигателя марки 4ПФ180L определены численные значения параметров Т1, Т2 и о, которые представлены в таблице.

Определение влияния импульсного преобразователя на динамические характеристики линейной части схемы замещения осуществлялось с использованием пакета прикладных программ MATLAB. Структурная схема имитационной модели представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Имитационная модель электропривода в режиме управляемого торможения

С целью оценки влияния работы импульсного преобразователя (S5-VD4) на динамические свойства силовой части электропривода для различных значений скважности (Q = 3; 2; 1,25) получены переходные процессы тока якоря: линейной части схемы замещения (Iя.л.) и с учётом работы импульсного преобразователя (Iя.нл.) (рисунок 3). Дополнительно с использованием графоаналитического метода на базе временных диаграмм Iя.нл. построены диаграммы среднего значения тока якоря (Iя.нл.с.) Результаты имитационного моделирования представлены на рисунке 4.

Уменьшение скважности силового ключа S5 импульсного преобразователя вызывает уменьшение колебательности, увеличение времени переходного процесса и величины установившегося среднего значения тока якоря (Iя.нл.с.) по сравнению с аналогичными параметрами переходного процесса тока якоря линейной части модели (Iя.л.) (рисунок 4).

а)

б)

в)

Рисунок 4 - Результаты имитационного моделирования для различных значений скважности: а) Q = 3; б) Q = 2; в) Q = 1,25

Таблица. Численные значения постоянных времени и показателя колебательности

Корректировка статического коэффициента передачи в числителе, постоянной времени знаменателя и показателя колебательности с помощью коэффициентов К1, К2 и К3, соответственно, в передаточной функции (5) позволяет учитывать работу импульсного преобразователя. Зависимости поправочных коэффициентов в функции скважности представлены на рисунке 5.

С увеличением скважности численные значения поправочных коэффициентов стремятся к единице. В диапазоне изменения скважности от 2,5 до полного закрытия ключа S5 (рисунок 2) при синтезе системы автоматического регулирования тормозным режимом можно использовать передаточную функцию без поправочных коэффициентов. В диапазоне изменения скважности от 2,5 до 1,2 значения поправочных коэффициентов увеличиваются по закону, близкому к гиперболическому. При уменьшении скважности от 1,2 до 1 система ведёт себя неустойчиво. В связи с этим рабочий диапазон изменения скважности целесообразно ограничивать до величины 1,2.

Таким образом, в результате имитационного моделирования определён рабочий диапазон изменения скважности импульсного преобразователя в цепи якоря электродвигателя, а также получены зависимости поправочных коэффициентов для передаточной функции линейной части схемы замещения электропривода в режиме управляемого динамического торможения, позволяющие учитывать нелинейность импульсного преобразователя.

Рисунок 5 - Зависимости поправочных коэффициентов в функции скважности импульсного преобразователя

Список литературы

1. Онищенко Г.Б. Электрический привод. М.: Академия, 2006. 288 с.

2. Каверин В.В. Математическая модель электропривода постоянного тока в режиме динамического торможения // Энергетика, телекоммуникации и высшее образование в современных условиях: Сб. научн. тр. Алматы: АИЭС, 2000. С. 142-143.

Размещено на Allbest.ru