Системы управления электромеханическими объектами. Система управления «магнитный усилитель – двигатель», страница 4

Функциональная схема системы частотного управления приведена на рис. 3.1, а. Она содержит управляемый выпрямитель УВ, который формирует постоянное напряжение питания U_n, изменяемое в зависимости от сигналов управления (кода), подаваемых с устройства управления УУ. Напряжение U_n подается на автономный инвертор (АИ), который преобразует это напряжение в переменное трехфазное изменяемой частоты, подаваемое на асинхронный двигатель АД. Напряжение U_n и частота регулируются так, чтобы отношение w₁/U₁ оставалось постоянным. В этом случае механические характеристики системы частотного управления АД имеют вид, показанный на рис. 3.1, б, причем рабочая честь характеристики 0 ‑ а описывается приближенно формулой (3.1).

Основным функциональным узлом системы управления является автономный инвертор напряжения, идеализированная схема которого приведена на рис. 3.2, а. Инвертор состоит из шести транзисторных ключей, которые коммутируются в определенной последовательности. Цикл работы инвертора содержит шесть фаз, показанных на рис. 3.2, б. В каждую фазу включены три ключа, причем каждый ключ замкнут половину периода, а сдвиг момента включения ключей составляет 1/3 периода. В каждую из шести фаз включены две параллельных и один последовательный ключ. В этом случае существует однозначная зависимость между напряжением преобразователя на входе U_n и напряжениями не выходе вентильного преобразователя U_A;U_B;U_C.

Рис. 3.1. Функциональная схема (а) и механические характеристики (б)

частотного управления АД

Допустим, замкнуты ключи К1, К5, К6 (фаза 2). Ключ К1 (последовательный) подключает нагрузку к положительному полюсу источника питания, ключи К5 и К6 (параллельные) – к отрицательному. Тогда U_AB = Uп; U_ВС = 0; U_СА = – Uп.

На рис. 3.2, б показаны диаграммы работы ключей коммутатора и коммутационные функции Ф(t), принимающие значения – 1, 0, 1, на которые следует умножить напряжение U_n, чтобы в каждый момент времени определить линейные и фазные напряжения:

                                        (3.2)

Описание лабораторной установки

Функциональная схема лабораторного стенда приведена на рис. 3.3. Стенд представляет собой электромеханическую систему, состоящую из трех электромашинных устройств ‑ ведущего асинхронного трехфазного двигателя, тахогенератора ТГ и тормозящего двигателя постоянного тока ТД. Стенд позволяет реализовать частотное управление ведущим АД по схеме: управляемый выпрямитель ‑ автономный инвертор напряжения. В установке реализовано цифровое управление напряжением U_n и частотой инвертора w₁. Управляющий код подается на устройство управления АД с пульта управления. В качестве тормозящего двигателя используется двигатель постоянного тока с импульсным управлением. Ток якоря I_я ДПТ изменяется с пульта изменением кода скважности. Измерение I_я  осуществляется прибором pV₂ в виде напряжения, снимаемого с измерительного сопротивления в цепи якоря

R_u = 10 Ом. В статическом режиме момент, развиваемый ведущим двигателем, равен моменту сопротивления, создаваемому тормозящим двигателем, который, в свою очередь, пропорционален току якоря I_я:

, где K_эм – электромагнитный коэффициент тормозящего двигателя. Тахогенератор ТГ служит для измерения частоты вращения ведущего двигателя. Напряжение тахогенератора пропорционально частоте вращения

, где K_ТГ – коэффициент передачи тахогенератора. В лабораторном стенде используются тахогенератор типа ТД-102 и тормозящий двигатель СЛ 369.

Рис. 3.3. Функциональная схема лабораторного стенда

Программа работы

1. Снять экспериментально семейство механических характеристик w = f(M) при различных частотах вращения, задаваемых кодом с пульта.

2. Снять зависимость напряжения питания U_n и частоты вращения w от частоты питания f.

3. Исследовать работу автономного инвертора.