Функциональная схема вентильного двигателя

Раздел 5. Вентильные двигатели (стр. 1 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6

Раздел 5. Вентильные двигатели

Вентильные двигатели (ВД) считаются в настоящее время наиболее перспективными электромеханическими преобразователями.

В иностранной литературе двигатели такого типа называются «brushlessDC-Motor» – BLDC.

5.1. Определение и функциональная схема ВД

Определение ВД тесно связано с базовой функциональной схемой ВД (рис.1).

Рис.1. Базовая функциональная схема ВД

Можно выделить четыре основных элемента ВД

1) Электромеханический преобразователь (электрическая машина ЭМ).

2) Инвертор, выполняющий функции коммутатора, подключающий и отключающий фазы электродвигателя от источника питания по определенному алгоритму. Отдельно выделена в виде блока силовая часть — К.

3) Датчик положения ротора ДПР (может отсутствовать как отдельный элемент ВД в том случае, если положение ротора определяется по кривой ЭДС).

4) Система управления ключами инвертора СУ, обрабатывающая сигналы, поступающие с датчика положения ротора и других датчиков.

Вентильный двигатель представляет собой электромеханическую систему, состоящую из электрической машины ЭМ и полупроводникового коммутатора фазных обмоток К, управление ключами которого производится системой управления СУ в зависимости от положения ротора.

Информация о положении ротора может быть получена с помощью явновыраженного датчика положения ротора ДПР или программным способом после обработки сигналов ЭДС рабочей обмотки.

5.2. Особенности ВД

5.2.1. Общие особенности

1) Наличие инвертора

2) Наличие позиционной (то есть по положению) обратной связи.

3) Говоря «АД», «ДПТ» мы подразумеваем, как правило, электрическую машину, определенного типа, работающую в двигательном режиме. В понятие «ВД» входит совокупность ЭМ, инвертора и, в большинстве случаев, явновыраженный ДПР. По существу ВД является электроприводом (см. определение в п.1.3).

5.2.2 Сходство и отличие между ВД и синхронными двигателями.

1) Пропорциональность между частотой вращения ротора ВД и частотой вращения магнитного поля статора.

2) В обоих типах двигателей могут использоваться синхронные машины с возбуждением от постоянных магнитов или индукторные машины с ОВ (называются при этом не синхронные двигатели, а вентильные двигатели на базе синхронной машины).

1) У синхронного двигателя частота коммутации ключей задается исходя из желаемой частоты вращения.

2) У синхронного двигателя частота вращения ротора n определяется частотой питающего напряжения f1 (n=60f1/p), а у вентильного двигателя, напротив, частота вращения поля статора определяется частотой вращения ротора (f1=pn/60), которая, в свою очередь, зависит:

— от напряжения питания и других величин, определяющих положение механической характеристики;

— от момента сопротивления.

Другими словами особенностью ВД является самосинхронизация с помощью ДПР [6].

5.2.3. Сходство и отличие между ВД и коллекторными двигателями постоянного тока (КДПТ).

Оба двигателя имеют близкие по виду характеристики.

1) Функции отсутствующего механического коллектора в ВД выполняет полупроводниковый коммутатор (инвертор), а функцию щеток – датчик положения ротора.

2) Рабочая обмотка у КДПТ находится на роторе, а у ВД на статоре.

3) Число фаз у ВД мало — обычно равно трем, реже четырем, шести или большему числу. Число секций у КДПТ намного больше.

Если бы ВД имел столько же фаз, чувствительных элементов ДПР и стоек транзисторов, сколько КДПТ имеет коллекторных пластин, то по своим свойствам и характеристикам они ничем бы не отличались друг от друга. Однако увеличение числа элементов сильно усложняет конструкцию машины [6]. Поэтому электромагнитный момент ВД имеет пульсации

5.3. Достоинства и недостатки ВД

5.3.1. Достоинства ВД.

ВД обладают основными достоинствами КДПТ и АД и не имеют их недостатков. Часть достоинств ВД зависит от типа электрической машины, применяемой в ВД.

Перечислим достоинства ВД на базе синхронных машин с возбуждением от высококоэрцитивных постоянных магнитов Nd-Fe-B [5]:

1) Бесконтактность и отсутствие узлов, требующих обслуживания (нет щеточно-коллекторного узла и контактных колец).

Это достоинство присуще также АД с короткозамкнутым ротором и отсутствует у КДПТ и АД с фазным ротором.

1.1) Существенно повышается ресурс и надежность электропривода. Наработка на отказ составляет 10000 ч и более.

1.2) Упрощается эксплуатация двигателя.

У КДПТ изнашиваемость щеток при эксплуатации требует проверки их состояния и замены через определенное время.

1.3) Появляется возможность использования ВД во взрывоопасной и агрессивной среде [13]. Также отсутствуют все те недостатки, о которых было сказано в разделе КДПТ.

2) Вентильная коммутация тока в обмотках допускает значительное напряжение между выводами — до нескольких тысяч вольт. Обычный механический коллектор удовлетворительно работает при напряжении между коллекторными пластинами не более 30—32 В (максимальное допустимое 37—42 В) [24].

3) Широкие возможности по регулированию выходных показателей электропривода при относительной простоте реализации системы управления.

Другими словами: Простота реализации различных видов механических характеристик, требуемых исполнительными механизмами.

Превосходит по этому качеству АД (у ВД возможно эффективное управление по напряжению), частотно-управляемый АД (у ВД более простая схема преобразователя) и ДПТ (возможность векторного управления).

3.1) Обеспечивается широкий диапазон регулирования частоты вращения (до 1:10000 и более).

3.2) Имеется возможность оптимизации режимов работы при изменении скорости и нагрузки. Это также способствует повышению ресурса электродвигателя и всего агрегата.

4) Большая перегрузочная способность по моменту (кратковременно кратность максимального момента равна 5 и более).

Отсутствует у АД.

5) Высокие энергетические показатели (КПД и соsφ).

5.1) КПД вентильных двигателей могут превышать 90%, Соsφ ВД – более 0,95 [13].

У АД максимальный КПД составляет не более 86%.

Высокий КПД обусловлен тем, что основные электрические и магнитные потери в роторе ВД с возбуждением от постоянных магнитов отсутствуют. Также мал ток холостого хода.

Высокий соsφ обеспечивается рациональным выбором угла включения фазы. А это может быть достигнуто путем соответствующей настройки датчика положения ротора или при векторном управлении.

5.2) КПД вентильного двигателя мало меняется при изменении нагрузки и при колебаниях напряжения питающей сети.

Читать еще:  Бесконтактная система запуска двигателя

У АД КПД более существенно зависит от изменения нагрузки и напряжения питания (момент пропорционален напряжению в квадрате).

6) Два следствия п.5.

6.1) Более низкий перегрев ВД по сравнению с АД при одинаковой мощности и одинаковых размерах.

Перегрев в этом случае зависит от потерь, величина которых тем меньше, чем выше КПД и соsφ.

6.1.1) Это увеличивает ресурс изоляционных материалов, а значит и срок службы электропривода в целом.

6.1.2) Это позволяет электроприводу работать в нестандартных режимах с возможными перегрузками.

6.2) Меньшие масса и габаритные размеры.

Более высокий КПД и соsφ, то есть меньшие потери, позволяют для фиксированной мощности спроектировать двигатель меньших размеров по сравнению с АД. Это обеспечивается возможностью реализации более высоких значений линейной нагрузки и тех же значений индукций в воздушном зазоре (порядка 0,6-0,8 Тл) (при использовании высококоэрцитивных магнитов).

7) Следствие п.4 и п.6.2.

Высокое быстродействие; точность позиционирования [13].

Обусловлено малой массой, а значит малым моментом инерции ротора и большим пусковым моментом.

8) Минимальное значение токов холостого хода.

Отсутствует у АД, у которых он расходуется на проведение магнитного потока.

Позволяет достаточно точно измерять нагрузку на привод (пропорциональную току) и оптимизировать режим работы.

9) Линейность характеристик.

Присуще КДПТ и отсутствует у АД.

5.3.2. Недостатки ВД

1) В отличие от коллекторного ДПТ вентильный двигатель имеет мало секций в обмотке якоря, что приводит к наличию пульсаций в картине электромагнитного момента [6] (см. п.5.6).

Способы снижения пульсаций электромагнитного момента:

— использование многофазных ВД;

— подбор формы фазных токов [7];

— выбор рациональной геометрии зубцовой зоны;

— введение скоса пазов статора или дискретного скоса на роторе.

2) Наличие позиционной обратной связи и необходимость наличия специального датчика положения ротора.

До недавнего времени этот недостаток препятствовал широкому распространению вентильных электроприводов в оборудовании, где электродвигатель и станция управления им находятся на значительном расстоянии или в оборудовании, которое подвергается значительным механическим воздействиям вибрационного и ударного характера. В настоящее время эта проблема решается при бездатчиковом способе управления вентильными электроприводами, когда информацию о положении ротора получают из сигнала по напряжению в фазных обмотках.

3) Относительно более сложная система управления двигателем [13].

4) Высокая стоимость двигателя при использовании дорогостоящих постоянных магнитов в конструкции ротора [13].

5) Электронный блок имеет большие размеры и стоимость, по сравнению с механическим скользящим контактом [9].

Эти недостатки, а также инерционность, присущая при внедрении новой техники обусловили то, что электропривод с ВД в течение трех десятилетий пока так и не смог полностью вытеснить привод с коллекторным ДПТ во многих областях применения.

5.4. Принцип действия ВД

Чтобы двигатель устойчиво вращался, необходимо, чтобы он развивал однонаправленный вращающий момент с минимумом пульсаций. Минимум пульсаций момента будет способствовать плавности хода двигателя.

Рабочая программа учебной дисциплины системы управления электроприводов (стр. 2 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4

Лекционные занятия (34 час)

Блок, модуль, раздел, тема

Введение. Задачи и структура курса. Назначение, классификация систем управления ЭП; релейно-контакторные системы; защиты электропривода. Обзор типов ЭП постоянного и переменного тока: тиристорные и транзисторные ЭП постоянного тока, асинхронные (АД с кзр – параметрическое и частотное регулирование, векторное управление; фазный ротор – параметрическое регулирование, АВК, МДП с частотным или векторным управлением) и синхронные (с электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением – параметрическое при запуске, частотное регулирование, векторное управление; бесконтактный двигатель постоянного тока; синхронные реактивные машины, ДЭРы; шаговые и вентильно-индукторный двигатели – SRM); шаговые и гистерезисные двигатели и электроприводы. Непрерывные системы управления, системы управления скоростью и положением электроприводов постоянного и переменного тока, режимы позиционирования и слежения; точностные показатели в следящем электроприводе; особенности оптимизации следящих электроприводов с детерминированными и стохастическими воздействиями (со ссылками на соответствующие базовые дисциплины учебного плана).

Параметрическое регулирование АД с короткозамкнутым ротором.

— О возможностях использования схемы замещения.

— Скоростные характеристики, механические характеристики (с асимптотами и критическими параметрами), формула Клосса, влияние параметров.

— Реостатный и реакторный пуск.

— Фазовое регулирование, регулировочная характеристика ТРН (для «длинного» управляющего импульса). Система ТРН-АД – разомкнутая и замкнутая по скорости.

— СПР с КРТ – схема. Механические характеристики АД при питании от источника тока (с асимптотами и критическими параметрами), характеристики разомкнутой системы ИТ-АД и замкнутой СПР.

— Допустимые нагрузки в области малых скольжений.

— Область применения систем ТРН-АД. Системы софт-старта.

Частотное регулирование АД с кзр.

— Определение. Законы типа .

— Характеристики и структуры простейших ЭП без конкретизации вида ПЧ, скалярная и векторная I*R и I*x – компенсация, регулирование с постоянством потокосцеплений – их интерпретация по схеме замещения (характеристики).

Электроприводы с тиристорными преобразователями частоты.

— НПЧ с ЕК (пример частотного пускателя ЭРАТОН), функциональная схема ЧРЭП с пояснениями по регулировочным характеристикам УВП.

— АИТ, АИН при АИМ (с жесткой коммутацией) – их схемы, диаграммы и возможности.

— Запираемые тиристоры Gate Turn Off и их модификации (IGCT).

— Преимущества тиристорных ПЧ по перегрузочной способности и потерям.

— Частотно-регулируемый ЭП на базе АИТ – функциональная схема, синтез регуляторов.

Электроприводы с транзисторными преобразователями частоты (на базе IGBT) – ЭП с АИН, двухзвенные НПЧ с АВН (Boost converters) и АВТ, матричные преобразователи, ключи переменного тока. ШИМ в АИН. Способы ШИМ – пофазная синусоидальная и SVM, SVPWM, компенсация “неидеальностей” ПЧ – “мертвого времени”, падений напряжения, пульсаций звена. Релейное регулирование токов, способы регуляризации СР – гистерезис, фильтр в ОС (“Размер”).

Каскадные электроприводы на базе АД с фазным ротором: электромашинный каскад, АВК и МДП (асинхронизированная синхронная машина) – схемы, характеристики, области применения, мощность преобразователя в цепи ротора.

Общие сведения о векторном управлении АД. Векторно-матричные модели машин переменного тока. Преобразования координат Кларка (Clarke) (разные случаи) (3->2) и Парка (Park) (1,2). Зависимость формул момента (мощностей) от выбора коэффициента согласования (условия инвариантности мощности). Уравнения АД в “стандартном” пространстве состояний. Принцип векторного управления АД (FOC). Асинхронный двигатель как динамический объект управления – двух — или трехканальность. Векторная диаграмма АД во вращающейся с. к. Классификация алгоритмов и систем ВУ.

Читать еще:  Дачик температуры двигателя ваз

Способы полеориентирования: непосредственное (Blaschke) и косвенное (Hasse) ориентирование по полю. Вычисление потокосцеплений при непосредственном ориентировании по полю и измеряемой частоте вращения – МЦС, МЦР, наблюдатель полного порядка типа Люенбергера (преимущества, проблемы и недостатки).

Структурно-функциональная схема ЭП с векторным управлением. Структура САУ в полеориентированной с. к. Синтез регуляторов на основе методики СПР, компенсация ЭДС – автономизация каналов. Обратные модели в СВУ, комбинированное управление (ВВП). Двухзонное регулирование с независимым и зависимым ослаблением потока, линеаризация КРС (канала управления моментом), модальное управление; наблюдающие устройства; адаптивно-модальное управление.

Частотно-токовое управление АД как частный случай ВУ. Определение. Вывод на основе уравнений и схемы замещения (ссылка на авторов и Москаленко). Реализация в «Размере» (с релейными КРТ и П-РТ, компенсация влияния ЭДС).

Способы торможения транзисторных ЭП: самовыбег, динамическое торможение, частотное торможение на балластное сопротивление. ПЧ с двунаправленным потоком энергии в ЗПТ: с АИТ, с реверсивным ВП-АИН, активными выпрямителями тока и напряжения, матричными конверторами, многокоординатный ЭП с рекуператором.

Динамическое торможение АД, механические характеристики.

Энергооптимальное векторное управление АД на примере СВУ с минимальным током статора.

Адаптивное наблюдение потока. Вычисление частоты вращения в “бездатчиковых” ЭП – алгебраический способ; следящая система, совмещенная с ТА – пси q стремится к нулю. Способы, основанные на принципе настраиваемой модели: MRAS (Shauder & Peng); настраиваемый наблюдатель полного порядка; расширенный фильтр Калмана. Последние – с учетом адаптации.

Прямое управление моментом (потоком и моментом) (DTС, DFTC) – двухзонное с независимым ослаблением потока, релейный и непрерывный варианты. Идентификатор потока и скорости на основе Gopinath & MRAS.

Специальные функции интеллектуальных общепромышленных ПЧ – подхват вращающегося двигателя “на лету”, безударное переключение двигателя на сеть и обратно на ПЧ, динамическое торможение, автозапуск, автонастройка – предварительная активная идентификация параметров, адаптивность с текущей параметрической идентификацией.

Структуры ПЧ высоковольтных ЭП. Двухтрансформаторные схемы. Многоуровневые инверторы (на примере трехуровневого). ПЧ с Н-мостами.

Разработки и изделия новосибирских производителей современных ЧРЭП. Алгоритм частотного управления СМ-400 (СЧ-400) на Analog Devices ADSP2181+ADMC201 – уравнения, структура, реализация. Векторное управление в ЭРАТОН-М4, ИРБИ. Модификации частотника ЭРАТОН-М5 на Analog Devices ADMC401 и Motorola DSP56F803, высоковольтный синхронный ЭП – ЭРАТОН В. Цифровые системы управления; особенности учета дискретности по уровню и времени; обобщенная структурная схема и дискретная передаточная функция; синтез цифровых регуляторов; аппаратные и программные реализации цифровых систем.

Регулируемый синхронный электропривод. Конструкция двигателя, оси ротора. Математическая модель СД с электромагнитным возбуждением в одной оси. Угловая и механическая характеристики. СДЭМВ как объект управления. Обобщенная функциональная схема СУЭП. Понятие о рациональных режимах регулирования, векторные диаграммы и годографы векторов токов и потокосцеплений в функции момента, характеристики задатчиков токов якоря и возбуждения в первой зоне регулирования.

Регулируемый ЭП на базе СДПМ. Конструкция двигателя. Математическая модель СДПМ, ее особенности, механические характеристики СДПМ. Векторное управление с поперечным током якоря (частотно-токовое – в фазной и вращающейся с. к.). Двухзонное регулирование (с псевдоослаблением потока). Структурная схема ЭП, синтез регуляторов.

Бесконтактный двигатель постоянного тока на базе СДПМ (вентильный двигатель), принцип действия (на основе угловых характеристик), опережение угла включения тиристоров в функции частоты (производной угла). Вентильно-индукторный привод – преимущества (простота однополярного питания обмоток), принципы построения. Особенности систем управления с высокомоментными и вентильными двигателями. Дискретный шаговый электропривод, методы анализа с использованием циклограмм и структурных формул булевой алгебры; дискретные схемы программного управления в многопозиционных электроприводах; синтез дискретных систем; построение дискретных систем на основе интегральных микросхем.

Функциональная схема вентильного двигателя

  • Абитуриенту
  • Студенту
  • Выпускнику
  • Аспиранту
  • Сотруднику
  • Гостю
  • Контакты
  • Версия для слабовидящих
  • English
  • Контакты приемной комиссии
  • Опорный университет
  • Структура
  • Преподаватели
  • Доступная среда
  • Контакты и реквизиты
  • Телефонный справочник
  • Антитеррор
  • План университетского городка
  • Профилактика коронавирусной инфекции
  • История развития

  • Руководство
  • Ученый совет
  • Нормативные документы
  • Сведения об образовательной организации
  • Управления и отделы
  • Государственные закупки

  • Институты
  • Филиалы
  • Колледжи
  • Центры
  • Образовательные программы
  • Магистратура
  • Аспирантура, докторантура
  • Военная подготовка
  • Дополнительное образование
  • Научно-техническая библиотека

  • Научные направления
  • Конференции
  • Конкурсы и гранты
  • Фестиваль науки
  • Организация НИР
  • Диссертационные советы
  • Центры коллективного пользования
  • Научные издания

  • Управление международных коммуникаций
  • Программа «Tempus» и «ERASMUS+»
  • Проект «NanoBRIDGE»
  • Проект «Bridge»
  • Проект «HP»
  • Академия «Cisco»
  • Инновационные предприятия
  • Центр трансфера технологий

  • Воспитательная работа
  • Кураторы
  • Профсоюзы
  • Студенческий клуб
  • Центр карьеры
  • Газета «За инженерные кадры»
  • Спорт и отдых
  • Медицинская помощь

  • НОВОСТИ
  • АНОНСЫ

Год науки и технологий — год новых свершений

В течение всего 2021 года при поддержке государства будут проходить просветительские мероприятия с участием ведущих деятелей науки, запускаться образовательные платформы и конкурсы для всех желающих.

Соглашение о сотрудничестве

В рамках соглашения будет идти подготовка кадров для газовой отрасли региона, организация совместных научно-исследовательских мероприятий, повышением квалификации сотрудников «Газпром трансгаз Саратов».

Kонкурсы от компании IPR MEDIA

Компания IPR MEDIA приглашает преподавателей, магистров и аспирантов, специалистов в области информационных и сквозных цифровых технологий СГТУ к участию в конкурсах авторских работ и творческих инициатив

Функциональная схема вентильного двигателя

Исследование вентильного электропривода шахтного аккумуляторного электровоза

Научный руководитель – Ставицкий В. Н.

Донецкий национальный технический университет

Источник: Материалы XI Международной молодежной конференции «Севергеоэкотех-2010»/ Ухтинский Государственый Технический Университет. 17-19 марта 2010 г.

В настоящее время для перемещения полезных ископаемых на шахтах и рудниках кроме конвейеров широко применяется электровозная откатка, которая осуществляется контактными или аккумуляторными электровозами, обеспечивая около 70% перевозки угля по горизонтальным выработкам.

Читать еще:  Двигатель z22yh не заводится

Двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением, применяемые в рудничных локомотивах, имеют ряд недостатков: низкий ресурс и надежность коллекторного узла, якорных и полюсных обмоток двигателей, повышенная трудоемкость их обслуживания. В свою очередь, простои оборудования, вызванные ремонтными работами, снижают эффективность технологического процесса транспортирования горной массы. Вышеизложенные недостатки обуславливают необходимость поиска альтернативных решений при создании регулируемого электропривода аккумуляторных электровозов, применяемых в горном производстве. Одной из альтернатив является применение вентильных двигателей (ВД) на базе синхронных машин.

Классической формой тяговой характеристики, является характеристика с тремя участками: жестким, мягким и участком постоянной мощности (сама характеристика 2) (рис. 1) [1]. Характеристика представляет собой так называемую «тяговою область», ограничивающую возможные рабочие режимы привода. На максимальное значение развиваемой скорости (соответствующее линии 1) накладывается ограничение по требованиям безопасности и, в ряде случаев, состоянием пути, линии 3 соответствует ограничение тягового усилия по сцеплению.

Рисунок 1 – Классическая тяговая характеристика электропривода электровоза

Исходя из вышесказанного, основным требованием к электроприводу является его устойчивая работа во всем диапазоне варьирования тяговых (тормозных) усилий при условии ограниченности энергоемкости аккумуляторной батареи (АБ).

Исследуемый ВД рассматриваем во вращающейся системе координат d – q, сориентированной по вектору потока ротора Фf (рис. 2). ВД будет развивать максимальный движущий момент, если между вектором iq и Фf будет неизменным угол Θ = 90. Для обеспечения этого условия система управления, с помощью датчика положения ротора, должна соответствующим образом формировать тока и напряжения в обмотках статора.

Рисунок 2 – Пространственное размещение вращающейся системы координат ориентированной по вектору Фf

В операторном виде динамическая модель ВД описывается системой уравнений [2]:

(1)

где n – количество пар полюсов;
Фf – поток ротора от постоянных магнитов;
ω – угловая частота вращения поля ротора;
L1 – приведенная индуктивность фазы ротора (для неявнополюсного ВД);
Ts=L1/R1 – постоянная времени двигателя;
Mc – момент сопротивления;
J – момент инерции ротора.

Из этих выражений следует, что при Фf = const электромагнитный момент двигателя однозначно определяется составляющей тока i1q. Следовательно, наиболее экономичным режимом работы вентильного двигателя является такой, при котором обеспечивается равенство нулю тока i1d, что соответствует наименьшему значению тока, потребляемого при данной нагрузке.

Наиболее приемлемым для наших условий является такой режим ВД, когда угол между напряжением статора и ЭДС ротора составляет ψ = 0. При этом проявляется только поперечная реакция якоря (ротора), и машина потребляет реактивную энергию, развивая максимальный момент, пропорциональный току статора.

При условии ограничения потребления электрической энергии со стороны АБ этот режим можно осуществить при питании ВД от автономного инвертора напряжения (АИН) по закону коммутации 120°.

Как видно из системы уравнений (1) составляющие напряжений u1d и u1q одновременно зависят от составляющих токов по осям d – q. Для устранения этой связи в модели ВД введем дополнительные искусственные ЭДС:

(2)

При разделении каналов управления уравнения напряжений будут иметь вид:

(3)

Синтез регуляторов в системе подчиненного регулирования ВД осуществляется аналогично, как и для двигателя постоянного тока. Структурная схема приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Расчетная структурная схема системы управления ВД

На схеме обозначено: Wп(p) – передаточная функция силового преобразователя; W1(p), W2(p) – передаточная функция вентильного двигателя, соответственно его электрическая и механическая части; Кп, Тп – коэффициент усиления и наименьшая постоянная времени силового преобразователя; Тм – электромеханическая постоянная времени двигателя; Wрс, Wрт – передаточная функция регулятора скорости и тока; Кт, Кс – коэффициенты обратных связей по току и скорости; ωз, Iз – задающий сигнал по скорости и току.

Настраивая систему управления ВД на модульный оптимум, передаточные функции регуляторов имеют вид:

(4)

Зададимся электродвигателем мощностью 20 кВт, эквивалентный к двигателю постоянного тока, применяемого на рудничных локомотивах.

В соответствии с тяговой диаграммой (рис. 1) мощность, потребляемая двигателем, должна оставаться независимой при разной нагрузке на электродвигатель. Исходя из ограниченности энергоемкости аккумуляторной батареи, необходима оптимизация потребляемой мощности, что решается применением блока ограничителя тока (БОТ), ток ограничения определяется из выражения:

(5)

Алгоритм работы БОТ приведен на рисунке 4.

БОТ размещается после регулятора скорости РС и ограничивает величину тока задания на регуляторе тока РТ. Исследуемая структурная схема модели ВД с системой управления приведена на рисунке 5.

Рисунок 4 – Алгоритм работы блока ограничения тока

Рисунок 5 – Структурная схема исследуемой модели ВД

Семейство естественных и искусственных механических характеристик ВД с разными Ропт представлены на рисунке 6 а.

Рисунок 6 – Результаты моделирования: а) тяговые характеристики ВД; б) зависимость потребляемой мощности ВД от момента сопротивления на валу.

Естественные механические характеристики ВД при использовании системы управления с подчиненным регулированием (рис. 3) достаточно жесткие (рис. 6 а), применяя оптимизацию по току задания на регуляторе тока РТ с помощью блока ограничения тока БОТ, получаем искусственные механические характеристики, аналогичные механическим характеристикам двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением. Также в результате моделирования была получена графическая зависимость между потребляемой мощностью привода и моментом сопротивления на валу (рис. 6 б), из которой видно, что при изменении нагрузки, потребляемая мощность ВД остается постоянной.

Таким образом, полученные характеристики вентильного привода, отвечают необходимым условиям управления тяговым приводом (рис. 1), при изменении нагрузки на двигатель потребление энергии остается практически постоянной, что подтверждает возможность использования ВД в системе привода шахтного электровоза в условиях ограниченности электроемкости аккумуляторной батареи.

Библиографические ссылки
1. Малиновский А. К. Автоматизированный электропривод машин и установок шахт и рудников: Учебник для вузов. / А. К. Малиновский. – М: Недра, 1987. С. 225-243.
2. Герман-Галкин С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учебное пособие. / С. Г. Герман-Галкин. – Спб.: КОРОНА принт, 2001. – 320 с., ил.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector