Силовые преобразователи, как элемент САР

Развернутая структурная схема для двухзонного АЭП

Развернутая структурная схема для однозонного АЭП

Развернутая структурная схема ДПТ представлена на рисунке 3.6, где принято обозначение – ДТЯ – датчик тока якоря.

Wяц(р) =?

– пропорциональное звено.

Реально силовой преобразователь имеет внутреннее сопротивление не равное нулю (R_n ¹0; L_n ¹0).

Схема замещения электродвигателя с реальным преобразователем представлена на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7 Рисунок 3.8

Для упрощения последующего анализа и расчета передаточной функции двигателя ее находят по отношению ЭДС на преобразователе.

.

В этом случае сопротивления, вносимые преобразователем, включают в якорную цепь двигателя (рисунок 3.8).

В соответствии с рисунком 3.9, развернутая структурная схема ДПТ изменится.

,

где J_ПР – момент инерции привода (J_ПР £ 1.2 J_д);

J_м – момент инерции механизма.

T_{м ПР}» 2.4 Т_м.

Структурная схема двигателя для двухзонного регулирования представлена на рисунке 3.10.

Первая зона регулирования:

U_в = U_вн; U_я = var (изменяется от нуля до U_ян).

Вторая зона регулирования:

U_я = U_ян; U_в = var (изменяется от U_вн до U_{в мин}).

Для двухзонного регулирования найдем передаточную функцию звеньев, осуществляющих регулирование скорости за счет ослабления поля, и дополним ими структурную схему двигателя для однозонного регулирования.

Схема замещения цепи обмотки возбуждения двигателя представлена на рисунке 3.11, где приняты обозначения: L_s – индуктивность рассеивания; L_в – индуктивность основного потокосцепления; R_вт – сопротивление, учитывающее действие вихревых токов; R_в – омическое сопротивление цепи обмотки возбуждения; L_пв, R_пв – индуктивность и сопротивление преобразовательной цепи обмотки

возбуждения.

Найдем связь между E_пв(р) и I_m(p).

Внутреннее сопротивление источника (активное и индуктивное) будут отнесены к обмотке возбуждения.

где – постоянная времени рассеяния;

– постоянная времени основного потокосцепления;

– постоянная времени контура вихревых токов.

T_s ® 0; T_ВТ ® 0 – этими постоянными времени можно пренебречь.

Т_ВS = Т_ВТ + Т_s + T_в;

В результате получаем развернутую структурную схему цепи обмотки возбуждения (см. рисунок 3.12).

Равенство I_m(р) = I_в(р) – только в установившемся режиме, когда р = 0. В соответствии с рисунком 3.13, в динамических режимах ток I_m всегда отстает от тока I_в.

Рисунок 3.13

– коэффициент передачи магнитной цепи (см. рисунок 3.14).

Полная структурная схема двигателя при двухзонном регулировании скорости представлена на рисунке 3.15, где приняты обозначения: ДП – датчик потока; МЦ – магнитная цепь обмотки возбуждения; C_е – множительное устройство; T_м^’ – постоянная времени при ослабленном потоке.

.

Недостатки схемы:

– если поток уменьшить вдвое, то постоянная времени увеличится в четыре раза

.

– проблемы при суммировании:

при М_с = const

,

где I_C(1), I_C(2) – статические токи первой и второй зоны регулирования.

.

Структурная схема двигателя, выраженная через момент двигателя и момент статической награзки более удобна и применяется чаще (см. рисунок 3.16).

Уравнение равновесия моментов

Несмотря на то, что коэффициент в электромеханической части двигателя на данной структурной схеме постоянен коэффициент передачи в контуре регулирования скорости будет уменьшаться при ослаблении потока.

В качестве силовых преобразователей в системах АЭП постоянного тока применяются преобразователи следующих групп:

а) электромашинные преобразователи

1) генератор постоянного тока (ГПТ);

2) электромашинный усилитель (ЭМУ) (Р_ЭМУ £ 11кВт; P_ГПТ» 100МВт).

Эти преобразователи применяются в старых системах АЭП, либо в мощных уникальных системах АЭП (используют ГПТ, Р ³ 10МВт).

б) магнитовентильные преобразователи

- силовой магнитный усилитель (100Вт ¸ 100кВт);

в) ионные преобразователи;

- ртутные вентили, игнитроны (100кВт ¸ 10МВт);

г) полупроводниковые преобразователи

1) транзисторные (до 300кВт);

2) тиристорные (до 25МВт).

Полупроводниковые преобразователи преобразуют:

– нерегулируемое постоянное в регулируемое постоянное напряжение (ШИП, 1Вт ¸ 300кВт);

– нерегулируемое переменное в регулируемое постоянное напряжение (ведомые сетью управляемые выпрямители, 100Вт ¸ 25МВт).