Механические характеристики системы ТП – Д

Механические характеристики нереверсивной системы ТП – Д.
В соответствии с эквивалентной схемой (рис. 3.8) можно записать для установившегося режима работы системы [8] следующее уравнение напряжений в ее силовой цепи:

(3.18)

или

, (3.19)

где – активное сопротивление якорной цепи системы ТП – Д, определяемое по формуле (2.43), Ом; – ЭДС двигателя; - прямым падением напряжения на тиристорах в большинстве случаев можно пренебречь.

Рис. 3.10. Электромеханические характеристики системы ТП – Д
в режимах непрерывного и прерывистого токов

Получим уравнение электромеханической характеристики привода, принимая и учитывая (3.19), (2.4):

. (3.20)

Уравнение механической характеристики:

. (3.21)

Из (3.21) следует, что в режиме непрерывного тока характеристики системы ТП – Д представляют собой (рис. 3.10) прямые, жесткость этих характеристик ниже жесткости естественной характеристики двигателя.

Угловая скорость идеального холостого хода двигателя определяется выражением

. (3.22)

В действительности из-за наличия области прерывистых токов при малых нагрузках вид реальных механических характеристик будет другим. Согласно диаграммы выпрямленного напряжения на якоре двигателя (рис. 3.6) при прерывистом токе электромагнитный момент двигателя имеет импульсный характер. Среднее значение электромагнитного момента двигателя является нелинейной механической характеристикой привода и напоминает характеристику двигателя смешанного возбуждения. Прерывистость тока в якоре определяет переменную крутизну механической характеристики и значительность гармонических составляющих якорного тока. Наличие гармоник ухудшает коэффициент мощности системы и увеличивает нагрев двигателя.

Значение среднего выпрямленного тока I_dгр в момент перехода от режима непрерывных токов к режиму прерывистых токов можно найти по формуле

, (3.23)

где – индуктивность цепи нагрузки, Гн; формула (3.23) справедлива при значениях угла , превышающих минимальное значение угла , при котором мгновенное значение фазного напряжения на вентиле, вступающем в работу, равно ЭДС двигателя . В инверторном режиме формулой (3.23) нельзя пользоваться в пределах .

Механические характеристики системы ТП – Д, работающей в режиме прерывистых токов, не могут быть выражены аналитически, поскольку их координаты зависят от угла проводимости тока λ. Поэтому, задавая ряд значений и , рассчитывают ЭДС двигателя и средний выпрямленный ток по формулам:

; (3.24)

, (3.25)

где ; ; – действующее значение фазной ЭДС вторичной обмотки трансформатора при и линейной ЭДС при .

Только после этого можно построить участки механических характеристик привода, работающего в режиме прерывистых токов (рис. 3.10). Скорость идеального холостого хода в режиме прерывистых токов найдем, подставляя в (3.24) , тогда будет максимальной. Решая неопределенность по правилу Лопиталя, получим

, (3.26)

где – падением напряжения на вентилях можно пренебречь. Следовательно, изменение в пределах не приводит к изменению .

Поэтому для действительной скорости идеального холостого хода в режиме прерывистых токов уравнение будет иметь вид

(3.27)

При – двигатель работает в двигательном режиме (рис. 3.10).

При – получим характеристику динамического торможения двигателя.

При – двигатель работает в генераторном режиме торможения
с отдачей энергии в сеть, а преобразователь работает в инверторном режиме, преобразуя энергию постоянного тока, вырабатываемую двигателем, в энергию переменного тока и отдавая ее в питающую сеть.

Для описания инверторного режима работы преобразователя пользуются не только углом регулирования , но и углом опережения открывания вентилей:

. (3.28)

Для предотвращения «опрокидывания» инвертора будем иметь

, (3.29)

где – максимальный угол коммутации; – угол, необходимый для восстановления запирающих свойств тиристоров (для транзисторов может не учитываться); – для преобразователей с тиристорами; – транзисторных управляемых выпрямителей.

Ограничение величины приводит к ограничению максимального значения ЭДС преобразователя, работающего в инверторном режиме:

. (3.30)

Следовательно, наибольшее значение скорости привода, соответствующее надежному протеканию процесса инвертирования преобразователя, будет определяться уравнением

, (3.31)

где .

Выражение (3.31) позволяет найти граничную прямую – пунктирная линия на рис. 3.10. Область возможных режимов генераторного рекуперативного торможения заштрихована вертикальными линиями.
Косой штриховкой отмечена область существования тормозного режима противовключения, а характеристика режима динамического торможения будет при .

Механические характеристики реверсивной системы ТП – Д. Реверс двигателя может осуществляться изменением направления тока двигателя
с помощью реверсора или двух встречно включенных преобразователей.
В последнем случае вид механических характеристик реверсивного электропривода существенно зависит от способа согласования углов управления обоими комплектами преобразователей.

При совместном согласованном управлении преобразователей должно выполняться условие

, (3.32)

где α₁ и α₂ – углы регулирования первого и второго преобразователя.

Линейное согласование углов управления (рис. 3.11, а) позволяет получить [6, 8] линейные электромеханические характеристики привода без зоны прерывистого тока, изображенные на рис. 3.11, б. Недостатком схемы с линейным согласованием является наличие уравнительных токов.

При совместном нелинейном (неполном) согласовании углов управления с целью уменьшения уравнительных токов выполняют следующее
условие:

. (3.33)

Тогда переход привода из двигательного в генераторный режим сопровождается искажением электромеханических характеристик в областях, близких к идеальному холостому ходу (рис. 3.11, в).

Раздельное управление преобразователями применяется для исключения уравнительных токов. В двигательном режиме привода импульсы управления подаются на один преобразователь при надежно закрытом втором преобразователе. Для перехода в режим генераторного торможения вначале

Рис. 3.11. Характеристики реверсивного электропривода ТП – Д: а – регулировочная характеристика реверсивного ТП при линейном согласовании углов управления; б – электромеханические характеристики при совместном управлении комплектами вентилей и линейном согласовании углов управления; в – электромеханические характеристики электропривода при совместном управлении и нелинейном согласовании углов управления; г – электромеханические характеристики электропривода при линейном согласовании углов управления и раздельном управлении комплектами преобразователей

снимают импульсы управления с первого работающего преобразователя и после паузы 5–10 мс подают управление на второй преобразователь для работы в инверторном режиме. При переходе привода из одного режима в другой появляется неизбежно область прерывистых токов, а при линейном согласовании углов управления – еще и разрыв механических характеристик вблизи точки (рис. 3.11, г). Преимуществами раздельного управления являются: полное исключение уравнительных реакторов, снижение вероятности опрокидывания инвертора.