Моделирование электроприводов постоянного тока с П и ПИ – регуляторами скорости и транзисторным широтно-импульсным преобразователем

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Омский Государственный Технический Университет

Кафедра: «ЭсПП»

Дисциплина: «Электропривод»

Отчёт по лабораторной работе №3

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

С (П и ПИ)-РЕГУЛЯТОРАМИ СКОРОСТИ

И ТРАНЗИСТОРНЫМ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

Вариант  №6

                                            Выполнил: студент группы Э – 414

                                                                                          Хапилин Д.В.

                                                         Проверил: к.т.н., старший преподаватель

                                                                                  Катрич П.А.

                                                           Омск 2008

Цель работы: изучение принципа действия, статических и динамических свойств тиристорного электропривода с широтно-импульсным преобразователем.

ОПИСАНИЕ ИССЛЕДУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ.

Структурная схема электропривода приведена на рис. 1.

Рис. 1

Здесь  – сопротивление и ток якорной цепи;

– угловая скорость вала двигателя;

 – момент нагрузки;

 – электромагнитная постоянная времени;

 – конструктивный коэффициент;

– заданная скорость двигателя;

 – передаточная функция регулятора скорости.

В случае П – регулятора

,

В случае ПИ – регулятора

 .

В электроприводах постоянного тока в качестве силовых преобразователей широко используются широтно-импульсные преобразователи (ШИП) неизменного напряжения постоянного тока в регулируемое напряжение постоянного тока. Функционально ШИП состоит из двух частей: широтно-импульсного модулятора (ШИМ) и вентильного (транзисторного) коммутатора ВК – рис.2.

Рис. 2

В зависимости от полярности выходного напряжения ШИП делятся на однополярные и двуполярные (рис. 3).

Рис. 3

Выбор однополярного или разнополярного выходного напряжения определяется необходимостью изменения направления вращения вала двигателя.

Рассмотрим работу однополярного ШИМ – модулятора, который можно представить как некоторый безынерционный усилитель среднего значения выходного импульсного напряжения – рис. 4.

Рис. 4

Для него справедливо:

,                                                   (1)

где:  – напряжение управления (входное напряжение ШИМ – модулятора).

 среднее значение выходного напряжения ШИМ,  (2)

 – амплитуда выходных импульсов ШИМ.

 – коэффициент передачи по среднему значению.

Величина  зависит от конкретной реализации широтно-импульсного модулятора.

Рассмотрим работу ШИМ – модулятора, выполненного по структурной схеме – рис.5.

Рис. 5

Временные диаграммы, иллюстрирующие работу ШИМ, приведены на рис.6.

Рис. 6

Из рис. 6.:

,                                                    (3)

где  – максимальное выходное напряжение генератора линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН).

Отсюда:

    .                                                     (4)

Тогда:

.                                            (5)

Окончательно

  .                                                      (6)

Выходное импульсное напряжение ШИП подается на обмотку якоря двигателя. Импульсное регулирование напряжения сопровождается пульсациями тока якоря – рис. 7.

Рис. 7

Размах пульсаций тока

зависит от соотношения  и величины среднего тока

.

Как правило, требуется,  чтобы

 > 10,

то есть размах колебаний составлял не более 10 % от среднего значения.

Обозначим

  .                                                      (7)

При каком соотношении  обеспечивается заданная величина ?

Точное аналитическое решение данной задачи затруднено. Решим ее приближенно, для чего заменим на интервале  экспоненциальную форму тока прямолинейной.

Тогда

,                                              (8)

Дифференциальное уравнение, описывающее цепь якоря двигателя:

,                                            (9)

откуда:

     .                                               (10)

 Очевидно, что при  величина

,                                                   (11)

тогда: