Анализ способов управления электромеханической системой с двигателем постоянного тока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Орловский государственный университет им. И.С. Тургенева

Анализ способов управления электромеханической системой с двигателем постоянного тока

УДК 62-53

Мезенцева А.В., Никулин А.А.

Россия, Орел

Аннотация

Проведен анализ работы двигателя постоянного тока на основе широтно-импульсного управления, рассмотрено влияние различных способов управления на работу электромеханических систем в различных режимах, выявлены наиболее оптимальные условия функционирования систем электроприводов постоянного тока с широтно-импульсными преобразователями.

Ключевые слова: широтно-импульсный преобразователь, электромеханическая система, двигатель постоянного тока, режим работы, способ управления.

Управление работой двигателя постоянного тока можно осуществлять разными способами, в т.ч. изменением напряжения, который достаточно просто реализуется в системе управления ШИП-ДПТ (широтно-импульсный преобразователь - двигатель постоянного тока). Для того чтобы определить насколько эффективным будет управление электромеханической системы необходимо провести анализ работы двигателя постоянного тока с заданным законом управления и оценить факторы, влияющие на его работу при различных режимах с целью выявления наиболее оптимальных условий его функционирования.

Процессы, протекающие в двигателе постоянного тока с независимым (параллельным) возбуждением в полной мере описываются уравнениями, которые определяют электромеханические и электромагнитные процессы и учитывают состояние двигателя в переходном и установившемся режимах [1,2].

В рассматриваемой электромеханической системе, обобщенная модель которой представлена на рис. 1, входными переменными (задающие воздействия) в работе двигателя являются напряжение якоря u и момент сопротивления движению M_c при определенном токе возбуждения, выходными - переменные, определяющие состояние двигателя: скорость вращения вала двигателя щ и ток якоря I, определяемый величиной электромагнитного момента М. Остальные переменные при проведении исследования являются заданными.

Рисунок 1 - Обобщенная модель системы ШИП-ДПТ

В рассматриваемой системе управления двигателем постоянного тока на параметры состояния работы двигателя при изменении входного напряжения влияет также и ряд варьируемых в процессе работы факторов [3]: величина значения тока возбуждения (потока) и нагрузка на валу. Напряжение в системе ШИП-ДПТ подается на якорь двигателя импульсным способом. Принцип широтно-импульсного регулирования заключается в том, двигатель периодически подключается к источнику питания и отключается от него, период коммутации при этом T остается постоянным, а изменяется только время замкнутого состояния ключа t_з, т.е. изменяется скважность г. Скважность сигнала на выходе ШИП изменяется от 0 до 1 во всем диапазоне входного напряжения (на практике, как правило, г устанавливается на уровне 0,85-0,9) [4,5].

Опорное напряжение на якоре при широтно-импульсной модуляции зависит от сигнала управления с учетом коэффициента заполнения: k_з = г - для нереверсивного ШИП (несимметричное управление) и k_з = (2г-1) - для реверсивного ШИП (симметричное управление). Выбор способа управления зависит от требований к энергетическим и регулировочным характеристикам электропривода [6]. ток импульсный электропривод

Меняя величину опорного напряжения на якоре двигателя посредством изменения коэффициента заполнения можно получить семейство характеристик, определяющих параметры состояния системы. При этом исследование переменных, характеризующих состояние двигателя удобно проводить в относительных единицах, когда Тогда уравнения, отражающие работу двигателя в установившемся режиме будут иметь вид:

и , (1)

где - относительное сопротивление якоря.

При номинальном моменте нагрузки на валу, когда скорость соответственно равна:

(2)

Объектом исследования в работе является система реверсивного широтно-импульсного преобразователя (ШИП) постоянного напряжения с двигателем постоянного тока (рис. 2). [7] Предмет исследования - выходные параметры системы (скорость двигателя и ток якоря) ДПТ (независимого) параллельного возбуждения с несимметричным законом управления ШИП и различными режимами работы (разное напряжение питания, ток возбуждения, отличный от 100 %).

Рисунок 2 - Схема исследования системы ШИП-ДПТ

Семейство характеристик, отражающих работу электромеханической системы ШИП-ДПТ представлено на рис. 3.

Как видно, для реверсивного ШИП при симметричном способе управления при одном и том же диапазоне изменения напряжения посредством регулирования сигнала управления, например, в пределах 1?г?0,6 изменение скорости происходит в 2 раза быстрее по сравнению с нереверсивным ШИП при несимметричном способе управления (рис. 4).

Рисунок 3 - Характеристики ЭМС ШИП-ДПТ

Рисунок 4 - Влияние величины сигнала управления напряжением на скорость ДПТ

Изменение тока возбуждения в сторону уменьшения ведет к увеличению скорости идеального холостого хода и возрастанию перепада скорости, т.е. жесткость характеристик снижается, что приводит к повышению нестабильности управления при изменении нагрузки. Также, для поддержания необходимого скоростного режима необходимо понижать напряжение питания, т.е. диапазон возможного регулирования при изменении тока возбуждения снижается.

Таким образом, в ходе выполнения работы проведен анализ использования широтно-импульсных преобразователей в электромеханических системах с различными способами управления. На основании характеристик системы можно делать выводы относительно возможности применения ШИП для различных режимов работы. Потери мощности, возникающие при регулировании скорости, определяют КПД электромеханической системы, поэтому при оценке экономичности регулируемого электропривода также следует принимать во внимание и потери энергии в процессе регулирования.

Список литературы

1. Ковчин С. А. Теория электропривода [Текст] / С. А. Ковчин, Ю. А. Сабинин. - СПб.: Энергоатомиздат, 2000. - 496 с.

2. Москаленко В.В. Электрический привод [Текст] / В.В. Москаленко. - М.: Мастерство, 2000. - 368 с.

3. Панкратов В.В. Автоматическое управление электроприводами: Ч. 1. Регулирование координат электропривода постоянного тока [Текст] / В.В. Панкратов - Новосибирск: Издво НГТУ, 2013. - 200 с.

4. Широтно-импульсные преобразователи (ШИП) [Электронный ресурс].-URL: http://gg0715.narod.ru/esa/8.html (дата обращения: 17.04.17)

5. Принципы построения и управления ШИП [Электронный ресурс].- URL: http://lektsii.org/7-75946.html (дата обращения: 17.04.17)

6. Энергетические свойства электроприводов [Электронный ресурс]. - URL: http://electroprivod.kpi.ua/index.php (дата обращения: 20.04.17)

7. Чикота В.В. Многофункциональный транзисторный преобразователь. Руководство по выполнению базовых экспериментов [Текст] / В.В. Чикота. - Челябинск: ИПЦ «Учебная техника», 2008. - 127 с.

Размещено на Allbest.ru