Федеральное агентство  по образованию ГОУ ВПО

«Уфимский государственный  авиационный технический университет»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методические указания по выполнению

лабораторной работы

 

 

 

 

«Исследование систем бесступенчатого

регулирования скорости вращения двигателя

постоянного тока»

 

 

 

 

 

 

 

Приложение к стенду ИТП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уфа


 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

1.   Цель работы

 

3

2.   Приборы и оборудование

 

4

3.   Основные технические данные

 

5

4. Теоретическая часть

 

6

5. Описание лабораторного

стенда

 

 

25

6. Указания по выполнению

работы

 

 

34

7. Указания по оформлению

отчета

 

 

55

8. Контрольные вопросы

 

56

9. Список литературы

 

57

 

 

 

 

 

 

 

 

                   

 

 

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

Исследование схемотехники и рабочих статических и динамических характеристик двигателя постоянного тока при управлении скоростью его вращения путем регулирования питающего напряжения посредством а) управляемого выпрямителя, б) широтно-импульсного регулятора, практическое ознакомление с методами их экспериментального получения, а также изучение принципа работы и схемотехники СИФУ в системе управления выпрямителем.


 

2. ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

    

Лабораторный стенд ИТП в составе электромеханического агрегата, состоящего из двух двигателей постоянного тока (ДПТ) независимого возбуждения (с постоянными магнитами) ПИ12.11. и приборного блока.


 

3.   ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ 

 
Двигатель ПИ12.11.

Напряжения питания, В  

60

Номинальный ток, А  

12

Номинальный момент, нМ

4,7

Номинальная угловая скорость,  об/мин

1000

Режим работы

S1 (длительный)

 

 

Тахогенератор

Крутизна характеристики, В/1000 об/мин

20

 


ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В промышленности наиболее широко распространены системы управления скоростью двигателей постоянного тока двух типов:

а) управляемые выпрямители, основанные на преобразовании напряжения переменного тока в напряже­ние постоянного тока, регулируемое по величине за счет соот­ветствующего изменения угла включения вентилей в проводящей части периода переменного напряжения;

б) импульсные преобразователи, основанные на импульсном управлении силовым полупроводниковым ключом, периодически подключающим обмотку якоря двигателя к источнику постоянного тока.

Системы обоих типов выпускаются в промышленном исполнении в виде комплектные электроприводов, состоящих из управляемого силового электронного преобразователя и двигателя по­стоянного тока (ДПТ), оснащенного необходимыми датчика­ми.

 

Управляемые выпрямители (ТИРИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ)

Управляемые выпрямители, часто называемые тиристорными преобразователями (далее ТП) предназначены для преобразования напряжения переменного тока в напряже­ние постоянного тока, регулируемое по величине за счет соот­ветствующего изменения угла включения вентилей в проводящей части периода переменного напряжения.

ТП обладают рядом достоинств к которым можно отнести:

    высокий КПД, за счет низкого падения напряжения в тиристорах;

    высокое быстродействие;

    высокая    надежность    при    выполнении    ТП    в модульно-блочном исполнении.

К недостаткам ТП можно отнести:

    низкий    коэффициент    мощности    при    глубоком регулировании напряжения;

    искажение напряжения сети, вносимое работой ТП;

    повышенный уровень излучаемых радиопомех.

ТП бывают однофазными и многофазными, реверсивными и нереверсивными.

 

РАБОТА ОДНОФАЗНОГО ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Одна из простейших машинно-вентильных систем на базе однофазного тиристорного преобразователя и двигателя по­стоянного тока с независимым возбуждением приведена на рис.1.а.

 

 

 

 

 

 

 

Рис.   1.  Регулирование  скорости  двигателя постоянного   тока   независимого   возбуждения с  помощью  однофазного  полностью  управляемого преобразователя!

а      схема   силовой   цепи;

б     диаграммы  токов  и  напряжений   для режима   непрерывного   тока   в   двигательном

режиме;

в      диаграммы  для  инверторного   режима.

 

 

 

Рассмотрим работу схемы в режиме непрерывных токов [1]. Тиристоры V1 и V3 находятся в открытом состоянии и сое­диняют ДПТ с независимым возбуждением (НВ) с сетью в течение периода а < w t < p+а. В момент времени p+a тиристоры V2 и V4 переходят в открытое состояние, при этом к тиристорам VI и V3 через открытые V2 и V4 прикладывается напряжение об­ратной полярности и закрывает их. Такая коммутация называ­ется естественной. Ток якоря ДПТ, протекавший ранее через VI и V3, далее будет протекать через тиристоры V2 и V4.B течении фазового интервала, заключенного от а до p, энергия из сети передается ДПТ и, наоборот, в течение интервала, за­ключенного между p и p+a, часть энергии из якорной цепи возвращается в сеть т. к. напряжение сети U и ток якоря I имеют разные знаки, определяющие направление потока энергии от двигателя к сети.

Диаграммы напряжений и токов системы в двигательном и инверторном режимах представлены на рис. 1.б и рис. 1.в.

При синусоидальной форме напряжения сети, когда и = 2×U× sin(w t), среднее значение напряжения якорной цепи может быть определено по выражению:

Зависимость напряжения на выходе ТП Ud от величины угла задержки открывания тиристоров a представлена на рис. 2, из которого видно, что инверторному (генераторному) режиму работы ТП соответствуют углы 90°<a< 180°.

 

 

 

Рис.   2.        Зависимость  выходного   напряжения   ТП от  угла  запаздывания открывания тиристоров a.

 

Уравнение механической характеристики ДПТ в системе с однофазным ТП имеет вид:

где  - коэффициент э.д.с. ДПТ ( - конструктивный коэффициент ДПТ,  -  номинальный поток возбуждения ДПТ.

Из последнего уравнения видно, что при различных углах a можно получить семейство механических характеристик, параллельных друг другу. Следует учесть, что это имеет место только для режима непрерывных токов в якорной цепи, кото­рый, однако, маловероятен при малых токах якоря, когда за­пасенной в якорной цепи электромагнитной энергии будет недостаточно для поддержания непрерывного тока якоря.

В случае прерывистых токов скорость вращения двигателя будет резко возрастать, что искажает линейность механиче­ских характеристик.

 

ТРЕХФАЗНЫЕ ТИРИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения в промышленности чаще применяются многофазные тиристорные преобразователи, подразделяющиеся на схемы с нуле­вым выводом и мостовые. Рассмотрим работу простейшего трехфазного ТП, работающего на ДПТ с НВ [2, 3], электриче­ская силовая схема которой представлена на  рис.3.

Рис.3. Электрическая схема силовой части трехфазного нереверсивного мостового ТП.

 

В мостовых схемах якорь ДПТ подключается с одного конца к анодному узлу, а с другого конца к катодному узлу тиристоров. В таких схемах в каждой фазе используется обе полуволны напряжения, поэтому их часто называют шестипульсными. ЭДС в фазах вторичной обмотки трансформатора сдви­нуты друг относительно друга на угол 2p/m, где m-число полуволн выпрямленного напряжения (в мостовой схеме m=6).

В трехфазной мостовой схеме одновременно работают два тиристора: один из катодной (нечетной) группы, другой из анодной (четной) группы. Нагрузка в любой момент времени присоединена к двум фазам вторичной обмотки трансформато­ра. Номера тиристоров на рис. За соответствуют последова­тельности включения их в работу. Отпирающие импульсы на тиристоры нечетной группы подаются с опережением на 180° по отношению к тиристорам четной группы, присоединенным к тем же выводам вторичной обмотки, так как первые работают при положительных значениях фазных напряжений на анодах, вторые - при отрицательных на катодах. Общий вывод катод­ной группы является положительным полюсом для внешней цепи, а общий вывод анодной группы - отрицательным полю­сом.

В катодной группе вентилей при a=0 в течение каждой трети периода работает вентиль с наиболее высоким потенциалом анода. В анодной группе в данную часть периода работает тот вентиль, у которого катод имеет наиболее отрицательный по­тенциал по отношению к общей точке анодов.

Как видно из рис. 4а, в фазовый промежуток времени от wt1 до wt2 ток могут пропускать только тиристоры VI и V6, так как при их открытии положительное напряжение фазы А, приложенное к аноду тири­стора VI, превышает напряжение двух других фаз и запирает тиристоры V3 и V5, а отрицательное напряжение фазы В, приложенное к катоду тиристора V6, превышает по абсолютной величине напряжение двух других фаз (становится «наиболее отрицательным»), т.е. запирает тиристоры V2 и V4. В момент wt2 напряжение фазы В становится равным напряжению фазы С, а затем и превышает его, т.е. с момента wt2 может открыться только тиристор V2, запирая тиристоры V4, V6. При этом напряжение фазы А продолжает превышать напряжения фаз В и С. Поэтому тиристор VI остается открытым.

Точки пересечения синусоид, соответствующие фазовым уг­лам wt1, wt2 и wt3, называются точками естественного откры­вания тиристоров.

Как видно из рис. 4а, через вступающий в работу тиристор ток может проходить только при условии, если одновременно открывается или уже открыт соответствующий (смежный по порядковому номеру) тиристор другой группы. В противном случае цепь тока не будет замкнута и очередной вступающий в работу тиристор не откроется, если даже на его управляющий электрод будет подан импульс напряжения.

При переходе в режим прерывистых токов (рис. 46) возможно нарушение указанного выше условия: за время прерывания тока проводивший ранее тиристор может успеть закрыться.

 

 

Рис.   4.  Диаграмма  напряжении   и  токов   в:

а)   трехфазном   мостовом   нереверсивном ТП  при a=0;

б) трехфазном мостовом реверсивном двухкомплектном ТП.

 

Поэтому на управляющие электроды тиристоров в трехфазной мостовой схеме выпрямления необходимо подавать импульсы Uу шириной больше 60° или два узких импульса с интервалом между ними в 60°. Схема импульсно-фазового управления выпрямителем (СИФУ) должна быть построена так, чтобы при подаче отпирающего импульса на вступающий в работу тиристор одного плеча моста одновременно осуществлялась бы подача импульса на управ­ляющий электрод тиристора отстающей фазы противополож­ного плеча моста. Например, для того, чтобы открыть тиристор VI, в момент времени wt1 необходимо одновременно подать отпирающий импульс и на тиристор V6, после чего оба вентиля будут проводить ток до момента wt2. В момент времени wt2 ток в цепи якоря двигателя прекращается и тиристоры VI и V6 закроются. В момент времени wt3 должен вступить в работу тиристор V2, который откроется только при условии наличия повторного отпирающего импульса на тиристор VI или при условии, что на управляющий электрод тиристора VI в момент wt1 был подан импульс длительностью больше 60°. ТиристорыVI и V2 будут проводить ток до момента wt4, далее вступит в работу следующая пара тиристоров V2 и V3 и т. д..

Задержка открывания тиристоров в многофазных системах может осуществляться только начиная с точек естественного открывания. Смещение управляющих импульсов на угол a задерживает вступление в работу очередного тиристора и про­длевает работу предыдущего. Среднее значение выпрямленной ЭДС Ed будет также пропорционально cosa:

Здесь Е2 -действующее значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора, Edo - среднее значение выпрямленной ЭДС при полностью открытых тиристорах.

При работе ТП выходное напряжение на его зажимах меньше, чем среднее значение выпрямленной ЭДС. Это объясняется падением напряжения на самом ТП, падением напряжения на активном сопротивлении схемы и падением напряжения, свя­занным с процессом коммутации вентилей.

В реальных ТП процесс коммутации протекает не мгновенно, а в течение некоторого временного промежутка вследствие влияния индуктивности рассеяния вторичных обмоток транс­форматора, которая поддерживает ток в вентиле, выходящем из работы, и уменьшает ток в вентиле, входящем в работу. В результате в работе ТП существует период, когда ток пропу­скают два вентиля.

Среднее значение выпрямленного напряжения, пренебрегая небольшим падением напряжения в тиристорах, можно опре­делить по следующему выражению:

где RТ и ХТ - приведенные к вторичной обмотке трансформатора активное и индуктивное сопротивление рассеяния фазных обмоток трансформатора; R1 - активное сопротивление добавочного дросселя L5 на рис. 3; Rя - сопротивление якоря двигателя с учетом сопротивлений щеточного контакта; I - средневыпрямленный ток якоря.

Уравнение электромеханической характеристики:

Уравнение механической характеристики:

Необходимо отметить, что приведенные уравнения получены в предположении непрерывности тока якоря ДПТ. Однако при уменьшении нагрузки имеет место режим прерывистых токов, который искажает линейность механических ха­рактеристик. Режим прерывистых токов обуславливается в этом случае тем, что энергии, запасенной в индуктивностях якорной цени ДПТ оказывается недостаточно для поддержа­ния тока при отрицательных напряжениях на аноде тиристоров, что приводит к увеличению выпрямленного напряжения Ud, a, следовательно, к возрастанию угловой скорости вращения ДПТ в разомкнутых системах регулирования скорости враще­ния электроприводов.

Графические изображение механических характеристик трехфазного тиристорного нереверсивного мостового элек­тропривода представлено на рис.5. Пунктирной линией выделен режим гранично - непрерывного тока, слева от которого имеет место режим прерывистых токов, а справа режим непре­рывных токов.

 

Рис.  5.  Механические характеристики электропривода   в  системе   управляемый тиристорный   преобразователь—двигатель

 

Видно, что, регулируя угол a запаздывания откры­вания тиристоров,  можно получить семейство параллельных в режиме непрерывных токов линейных характеристик. Данный привод допускает работу в 1 и 4 квадрантах. Двигатель может работать как в двигательном режиме (зона, ограниченная на рис. 5 осями координат и характеристикой при a=0, так и в тормозных режимах: противовключения (зона, отмеченная на рис. 5 наклонной штриховкой), рекуперации (зона, отмечен­ная вертикальной штриховкой), и динамического торможения (характеристика, соответствующая a=p/2).

 

ДВУХКОМПЛЕКТНЫЕ ТРЕХФАЗНЫЕ ТИРИСТОРНЫЕ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Рассмотренные выше тиристорные преобразователи относят­ся к нереверсивным. Для изменения направления вращения ДПТ с НВ, питающегося от нереверсивного ТП, необходимо либо при помощи контакторов изменить полярность подводи­мого к якорю ДПТ напряжения, либо изменить направление тока в его обмотке возбуждения. Оба этих способа заметно снижают быстродействие электропривода, поэтому значитель­но чаще применяются реверсивные схемы ТП, которые факти­чески состоят из двух нереверсивных ТП, поэтому их часто называют двухкомплектными ТП. Необходимо учитывать, что схемотехнических вариантов двухкомплектных ТП достаточно много. Тиристорный преобразователь, используемый в стенде ИТП, является именно двухкомплектным реверсивным мо­стовым ТП. Электрическая принципиальная схема этого пре­образователя представлена на рис.6. Как видно, в данном ТП два однокомплектных преобразователя включены встречно по отношению к нагрузке. При этом появляется возможность из­менения направления тока в якоре двигателя и, тем самым, осуществления работы ДПТ во всех четырех квадрантах меха­нической характеристики.

 

 

Рис.   6.   Электрическая   схема   силовой   части  реверсивного мостового двухкомплектного трехфазного  ТП

 

СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХКОМПЛЕКТНЫМИ ТИРИСТОРНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

Существуют два способа управления двухкомплектными ре­версивными ТП [4]:

    раздельное управление;

    совместное управление.

При совместном управлении управляющие сигналы подаются на оба комплекта вентилей. В этом случае возникает задача ограничения уравнительных токов, протекающих между двумя комплектами вентилей за счет разности мгновенных значений их э. д. с. С этой целью в цепи преобразователей включают уравнительные реакторы L1... L4, как это показано на схеме на рис. 6. Вид механических характеристик электропривода суще­ственно зависит от способа согласования углов управления обоими комплектами вентилей. При линейном согласовании исходят из равенства нулю среднего значения уравнительного напряжения. В этом случае должно соблюдаться соотношение

               a1 +a2=л                    (7)

(Соответствующие регулировочные и механические характе­ристики показаны на рис. 7а. Жесткость механических характеристик в этом случае определяется как и для однокомплектного преобразователя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.7   Механическая характеристика реверсивного электропривода при совместном управлении комплектами вентилей и линейном согласовании (а); нелинейном согласовании (б); при раздельном управлении комплектами вентилей и линейном согласовании (в)

 

Недостатком линейного согласования является наличие урав­нительных токов, дополнительно нагружающих вентили и трансформатор, необходимость введения в связи с этим урав­нительных реакторов, что несколько снижает быстродействие системы электропривода, а также неполное использование трансформатора.

С целью уменьшения уравнительных токов иногда использу­ется нелинейное или неполное согласование, когда

При этом нарушается линейность регулировочных и механи­ческих характеристик (рис. 7б). В этом случае переходу от двигательного к тормозному режиму соответствует заметное увеличение скорости. Кроме того, в этом случае значительно ухудшается использование трансформатора и ограничивается изменение углов управления. Поэтому этот способ управления в таком простейшем виде не находит широкого применения. На практике используются системы, в которых значение a изме­няется автоматически в функции какого-либо параметра. В частности, возможно поддержание заданного уровня уравни­тельного тока, что позволяет снизить индуктивность уравни­тельных реакторов при удовлетворительных характеристиках электропривода.

Совместное же управление при линейном согласовании по­зволяет получить наилучшие динамические показатели и однозначные статические характеристики. В этом случае обес­печивается простой переход из одного режима в другой.

Для полного исключения уравнительных токов используется раздельное управление комплектами вентильных преобра­зователей. Раздельное управление заключается в том, что уп­равляющие сигналы (импульсы) подаются только на один комплект вентилей. На второй комплект вентилей управляю­щие импульсы в это время не подаются и он "закрыт". Для изменения режима работы преобразователя используется спе­циальное переключающее устройство, которое при равенстве нулю тока преобразователя сначала снимает управляющие им­пульсы с ранее работавшего комплекта вентилей, а затем после небольшой паузы (5..10 мс) подает управляющие импульсы на другой комплект. При указанной последовательности перехо­ду электропривода от двигательного режима к тормозному и обратно соответствует режим прерывистых токов преобразова­теля.

Механические характеристики реверсивного вентильного электропривода с раздельном управлением комплектами существенно зависят от способа согласования углов управле­ния. В частности, при линейном согласовании они будут иметь вид, показанный на рис. 7в.

При раздельном управлении нет необходимости включения уравнительных реакторов в цепи отдельных комплектов, возможно полное использование трансформатора, снижается вероятность опрокидывания инвертора вследствие уменьше­ния времени работы преобразователя в инверторном режиме, уменьшаются потери энергии и соответственно увеличивается к. п. д. электропривода из-за отсутствия уравнительных токов. Вместе с тем следует иметь в виду, что при раздельном управ­лении предъявляются высокие требования в отношении надеж­ности устройства, переключающего управляющие импульсы с одного комплекта на другой. Кроме того, переход вентильного преобразователя из режима выпрямления в режим инвертиро­вания сопровождается паузой, что увеличивает длительность переходных процессов. Следует также отметить, что раздель­ное управление не может использоваться для приводов, кото­рые могут работать в режиме идеального холостого хода или близком к нему, например, приводы лифтов, так как малым нагрузкам двигателя соответствует режим прерывистого тока вентильного преобразователя.

 

СИСТЕМА ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

При рассмотрении работы ТП предполагалось, что тиристоры должны открываться в требуемые моменты времени, опре­деляемые управляющим сигналом на входе ТП.

Наибольшее распространение нашли преобразователи с сис­темами импульсно-фазового управления (СИФУ), в кото­рых тиристоры включаются в моменты, соответствующие углу a, отсчитываемому от точки естественного открывания. От ве­личины угла запаздывания открывания тиристоров a, который часто называют углом управления или включения, зависит выходное напряжение ТП, определяющее, в свою очередь, скорость вращения ДПТ. В СИФУ ТП распространены два способа управления углом a: линейный и косинусный. Оба они чаще построены по вертикальному принципу управления.

 

СИФУ С ЛИНЕЙНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ УГЛОМ a

На рис. 8 представлена функциональная схема, реализующая СИФУ с линейным принципом управления [1] для одно­фазного ТП. В этом случае синхронизирующий трансформатор со средней точкой преобразует напряжение сети в два низко­вольтных сигнала UТ1 и UТ2, сдвинутых по фазе друг относи­тельно друга на 180°.

 

 

 

Рис.   8.   Функциональная   схема   СИФУ  с   линейным принципом  управления  углом.

 

 

Рис.  9.  Временные   диаграммы  напряжении  СИФУ с  линейным  принципом  управления

 

 

Сигнал UTl поступает (рис.9) на генератор прямоугольных импульсов, предназначенный для преобразования синусои­дального напряжения в прямоугольные импульсы U1 точно такой же длительности, что и UTl. Далее прямоугольный сигнал U1 поступает на генератор пилообразного напряжения, в кото­ром U1 преобразуется в линейно нарастающий сигнал Uпl той же длительности. В свою очередь сигнал Uпl сравнивается на компараторе с напряжением управления Uу. В момент, когда Uпl>Uу, на выходе компаратора появляется сигнал Ua, фаза нарастания которого прямо пропорциональна напряже­нию управления Uy и определяет величину угла запаздывания открывания тиристоров a.

Сигнал Ua применительно к схеме, представленной на рис.8, через формирователь импульсов поступает на управляющие электроды тиристоров VI и V2, регулируя момент их открыва­ния при положительной полуволне питающего напряжения. По аналогии с предыдущим при помощи сигнала UT2 организуется включение тиристоров V3 и V4 при отрицательной полуволне питающего напряжения. Для угла a можно записать

т.е. видно, что угол управления линейно пропорционален напряжению управления. Выходное напряжение ТП Ud можно представить в виде

Из этого выражения следует, что выходное напряжение ТП зависит от величины управляющего напряжения по косинусоидальному закону, т.е. эта зависимость нелинейна, что, без­условно, является недостатком этого способа управления тиристорами. Тем не менее, в таких СИФУ обеспечивается установка угла управления с точностью 1 %.

В отличие от рассмотренного однофазного для трехфазного ТП с нулевым проводом, который и используется в лабора­торном стенде ИТП, угол a отсчитывается от точки естественного открывания тиристоров, которая сдвинута от точки прохождения синусои­ды напряжения через нуль на угол равный p/6=30°. Поэтому в СИФУ трехфазного ТП необходимо производить предвари­тельный сдвиг фазного напряжения на этот угол с одновремен­ным согласованием сигнала по амплитуде. На электрической принципиальной схеме ТП исследуемого тиристорного элект­ропривода, изображенной на лицевой панели стенда, показаны блоки обработки сигналов СИФУ. Для исключения погрешно­стей открывания тиристоров при колебаниях напряжения и частоты сети, реальное фазосдвигающее устройство осуществ­ляет сдвиг с некоторым запасом по фазе, а именно на угол 33° (~1,8мс).

 

ЗАМКНУТЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМИ

ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ

Разомкнутые системы регулирования скорости вращения на­шли применение лишь в относительно дешевых электропри­водах, не требующих высокой точности регулирования. Учитывая высокую стоимость комплектных тиристорных элек­троприводов с высокомоментными двигателями в них целесо­образно производить регулирование скорости исключительно в замкнутых системах автоматического регулирования для со­здания высокоточных электроприводов. Наибольшее приме­нение в комплектных электроприводах нашел принцип подчиненного управления. Тиристорные электроприводы с си­стемой управления, построенной по подчиненному принципу, имеют, как правило, два контура регулирования: контур тока и контур скорости.

Структурная схема [2] такого электропривода представлена на рис. 11. Подчиненное регулирование основано на том, что внешний контур вырабатывает сигнал задания для внутреннего контура. Внутренний контур является звеном внешнего конту­ра и его параметры учитываются при оптимизации последнего.

 

 

Рис.  11.  Структурная  схема  тиристорного электропривода   с   двухконтурным   подчиненным регулированием  скорости.

PC    регулятор  скорости;  РТ    регулятор  тока; ТП      тиристорный   преобразователь;  М      ДПТ; Кi    коэффициент передачи датчика тока; Кω  -   коэффициент  передачи ТГ.

 

Оба контура регулирования постоянного тока находятся во взаимодействии и переключения отсутствуют. Применение простых регуляторов возможно только в случае, если регули­руемый объект может быть разделен на отдельные блоки и каждый контур может содержать лишь одну постоянную вре­мени, которая должна быть скомпенсирована при коррекции контуров. На рис. 12 приведена электрическая схема пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора, который используется в исследуе­мом электроприводе в качестве регулятора тока РТ и регуля­тора скорости PC.

 

Рис.   12.   Схема   ПИ—регулятора и его переходная характеристика.

 

 Сигнал на выходе ПИ-регулятора UВЫХ пропорционален входному сигналу UBx и интегралу от входного сигнала по времени. Передаточная функция ПИ-регулятора имеет следу­ющий вид:

Необходимо отметить, что выходное напряжение ПИ-регуля­тора перестанет изменяться и будет сохранять постоянное значение лишь в случае, когда входной сигнал регулятора становится рав­ным нулю, т.е. при помощи ПИ-регулятора достигается прин­цип астатизма, при котором сигнал управления изменяется до тех пор, пока в системе имеется рассогласование. Устойчивой работы привода можно достичь и при пропорциональном регуляторе скорости. Однако при этом в контуре появляется статическая ошибка, то есть в установившемся состоянии скорость двигателя будет отличаться от заданного значения. Особенно это отличие будет проявляться при нагруженном двигателе.

В системе подчиненного регулирования появляется возможность раз­дельного регулирования переменных - тока и скорости - и их последовательной настройки, начиная с первого внутреннего контура.

Это в значительной степени упрощает расчет таких систем и техническую настройку электроприводов после установки их на рабочих механизмах.

Задающим сигналом для второго внешнего контура является сигнал задания угловой скорости UЗС, а для первого - сигнал с выхода регулятора скорости PC - UЗТ.

Настройку каждого контура производят так, чтобы получить технически оптимальный переходной процесс.

На рис.13 приведен пример технически оптимального переходного про­цесса. Настройка на технический оптимум осуществляется так, чтобы время выхода на установившийся режим t1 было мини­мальным при условии, что перерегулирование не будет превы­шать 4...10%.

 

Рис.   13.   Технически   оптимальный   переходной процесс   при  DХВЫХ <   4…10%, где ХВЫХ -  выходной сигнал контура управления.

 

В результате [5] реализации системы подчиненного регулирования ДПТ утрачивает свои естествен­ные свойства. Процесс пуска протекает в системе следующим образом. Контур регулирования тока первоначально вынужда­ет ток ДПТ следовать задающему сигналу, угловая скорость же вращения ДПТ w устанавливается в соответствии с нагрузкой. Внешний контур осуществляет регулирование w  согласно за­данному значению и, исходя из ошибки регулирования Δw,  выра­батывает сигнал задания тока UЗТ, в соответствии с которым устанавливается ток ДПТ.

Ограничение заданного тока приводит к ограничению тока двигателя. Если заданная w  изменяется скачком на значи­тельную величину, то возникает такая ошибка регулирования, что вступает в действие ограничение задания тока. ДПТ разго­няется при одновременном ограничении тока, пока ошибка регулирования w  не уменьшится настолько, что значение тока станет меньше предельно допустимого значения. В связи с этим становится возможным прямой пуск ДПТ без проявлений не­допустимых перегрузок привода. Однако при работе токоограничения фактически размыкает­ся контур регулирования скорости и разгон (торможение) идет с постоянным ускорением, что затягивает переходные процессы.

 

Импульсное регулирование угловой скорости

вращения

Угловая скорость вращения двигателя постоянного тока может эффективно регулироваться изменением напряжения питания. Один из методов изменения напряжения питания заключается в импульсном управлении силовым полупроводниковым ключом, периодически подключающим двигатель к источнику постоянного тока.

Упрощенная схема системы ИРН-ДПТ представлена на рис. 14, где ИВК - идеальный вентильный ключ, VD0 демпфирующий диод, La - добавочная индуктивность.

 

Рис. 14 - Упрощенная схема системы ИРН-ДПТ

 

При периодическом включении ИВК якорь двигателя циклически подключается к сети с напряжением U. Для некоторого квазиустановившегося режима может быть справедлива диаграмма напряжений и токов, представленная на рис. 15.

Рис. 15 - Диаграмма напряжений и токов в упрощенной схеме системы ИРН-ДПТ

 

Нa интервале замкнутого состояния ИВК tB к якорю двигателя прикладывается напряжение U. Ток якоря  IB при этом экспоненциально возрастает. На интервале to ИВК отключается и ток якоря io спадает через цепь демпфирующего диода VD0. Затем процесс повторяется через каждый период цикла Т.

В результате на якоре двигателя создается импульсное напряжение, среднее значение которого 11я может быть определено по формуле

 

Способы регулирования скважности

Нетрудно видеть, что напряжение на якоре двигателя, а, следовательно, и его угловая скорость вращения может регулироваться изменением скважности импульсов g. Это изменение g может быть получено одним из трех способов:

   В широтно-импульсном преобразователе (ШИП) с постоянной частотой импульсов f=l/T соответствующим регулированием tВ - продолжительности включенного состояния ИВК, т.е. при T=const, a tВ=var. Такой способ называется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ);

   В частотно-импульсных преобразователях (ЧИП) с постоянным временем включения ИВК  tВ при регулировании частоты импульсов f=l/T, т.е. при tВ =const и T=var;

    В широтно-частотных импульсных преобразователях (ШЧИП) при изменении как частоты импульсов, так и продолжительности замкнутого состояния ИВК, т.е. при T=var и tВ =var.

Наибольшее распространение в технике электропривода получило широтно-импульсное регулирование скорости вращения.

 

Анализ процессов при импульсном регулировании

Как видно из рис. 15, одновременно с напряжением и ток якоря двигателя характеризуется колебаниями вокруг какого-то среднего значения Iср. Соответственно вращающий момент и угловая скорость вращения ротора также будут иметь пульсации.

Для непрерывного во времени тока можно записать следующие уравнения,          характеризующие электромагнитные процессы в двигателе при импульсном регулировании:

при 0 < t < tВ

где R - сопротивление якорной цепи, Ом; L - индуктивность якорной цепи, Гн;

с = кФн - коэффициент пропорциональности, Bс; i - ток якорной цепи, А.

В квазиустановившемся режиме ток минимален в момент, когда    ИВК включается, и максимален, когда ИВК отключается. Решением   уравнений (2) и (3) являются следующие выражения:

при 0 < t < tB

где t'=t-tB, Тэ =L/R - электромагнитная постоянная обмотки якоря. Из уравнений (4) и (5) можно определить максимальное значение тока в конце первого интервала:

В установившемся режиме i(0) = i(T) = i(to=T-tB). Поэтому из (6) следует, что

Совместное решение (6) и (7) позволяет получить

Выражения (8) и (9) дают представление о пульсациях тока в якоре двигателя вокруг среднего значения Icp.

 

Уравнение электромеханической характеристики

Для электромеханической характеристики при импульсном регулировании справедливо уравнение

где Icp - среднее значение тока якоря, А; wср - среднее значение угловой скорости вращения, рад/с.

Как видно это обычное уравнение электромеханической характеристики классического двигателя постоянного тока, в котором постоянные ток, напряжение и угловая скорость заменены средними значениями.

 

Уравнение механической характеристики

С учетом того,  что в двигателе постоянного  тока электромагнитный момент связан с током якоря выражением

то для среднего значения момента можно записать следующее выражение:

С учетом  (11)  уравнение для электромеханической характеристики можно преобразовать в зависимость

где w0 - угловая скорость идеального холостого хода при скважности g=l, рад/с.

 

Графическое изображение электромеханической и механической

характеристик в режиме непрерывных токов

Уравнения (10) и (12) справедливы в предположении, что ток якоря i не имеет нулевых интервалов, т.е. непрерывен. В этом случае электромеханические (механические) характеристики для различных значений скважности g изображаются прямыми линиями рис. 16 параллельными друг другу.

 

Рис. 16 - Электромеханические (механические) характеристики ДПТ с ШИМ для различных значений скважности g

 

Режим прерывистых токов в системе ИРН-ДПТ

При уменьшении момента сопротивления на валу двигателя и малых значениях индуктивности якорной цепи мгновенные значения тока якоря i могут достигать нулевого значения. Форма тока может иметь вид представленный на рис. 17.

 

Рис. 17 – Графики тока якоря в системе ИРН-ДПТ

 

В этом случае уравнения характеристик  (10)  и (11) справедливы только в той части характеристик, в которой токи имеют непрерывный характер.

В случае прерывистых токов наблюдаются нелинейности электромеханических и механических характеристик, которые особенно проявляются при малых нагрузках и скважностях.

Скорость холостого хода в этом случае для всех значений скважности будет одинаковой и определяется как

Это явление можно пояснить следующим примером: пусть момент сопротивления Мс на валу двигателя равен нулю. При периодическом подключении двигателя к сети его ротор будет разгоняться с появлением каждого импульса напряжения. Так как Мс = 0, то разгон будет производиться до значения w0, определяемого из (13) вне зависимости от скважности g. Диаграмма напряжения и скорости для этого случая представлена на рис. 18.

Рис. 18 - Диаграмма напряжения на якоре и скорости двигателя при Мс = 0

 

Графическое изображение характеристик в зоне прерывистых токов

Электромеханические и механические характеристики двигателя постоянного тока, работающего в системе ИРН-ДПТ представлены на рис. 19. Здесь пунктирная линия соответствует режиму гранично-непрерывных токов, область слева от нее - режиму прерывистых токов, а область справа от нее режиму непрерывных токов.

Как   видно   из  рис. 19 в режиме непрерывных токов механические характеристики ничем не отличаются от характеристик двигателя постоянного тока при регулировании его угловой скорости вращения изменением питающего напряжения, а в режиме прерывистых токов жесткость характеристик резко падает.

Для сужения области прерывистых токов можно увеличивать частоту коммутации (в современных электроприводах частота коммутации может достигать 18 кГц), или вводить добавочную индуктивность в якорную цепь (для увеличения запаса электромагнитной энергии в якоре двигателя).


 

5. Описание лабораторного стенда

 

Лабораторный стенд состоит из приборного блока и  электромеханического агрегата, соединенного кабелями с приборным блоком и располагаемого на столе или на полу рядом с приборным блоком. (Стол в комплект поставки не входит).  Предусмотрен вариант поставки лабораторного стенда в  комплекте с  ПЭВМ. Настоящая редакция методических указаний ориентирована на комплект поставки без ПЭВМ. Для выполнения работы стенд должен быть укомплектован осциллографом (желательно двухлучевым), например, С1-83 или близким ему по характеристикам.

 

5.1. Приборный блок 

и электромеханический агрегат

 

Внешний вид приборного блока 1 и электромеханического агрегата 2 представлен на рис. 5.1.

Выноска 3 (с границей): 3Выноска 3 (с границей): 1Выноска 3 (с границей): 2

 

Рис. 5.1. Внешний вид приборного блока и электромеханического агрегата

 

Электромеханический агрегат 2 состоит из объединенных в одном конструктиве двух ДПТ, валы которых жестко соединены.

На правой боковой стенке приборного блока расположены автомат защиты 3 и разъемы для подключения  к приборному блоку электромеханического агрегата и ПЭВМ. Автомат защиты 3  служит для подключения стенда к источнику сетевого питания и автоматического выключения при превышении потребляемым из сети током допустимого значения из-за коротких замыканий и других причин. Расположение разъемов на приборном блоке приведено на рис.5.2.

 

Выноска 3 (с границей): 5Выноска 3 (с границей): 6Выноска 3 (с границей): 4Выноска 3 (с границей): 7Выноска 3 (с границей): 9Выноска 3 (с границей): 8

 

Рис. 5.2. Расположение разъемов на приборном блоке

 

Назначение разъемов: разъемы для подключения тахогенераторов двигателей 4 (тахогенератор BR1 двигателя М1) и  5  (тахогенератор BR2 двигателя М2);  разъемы для подключения  двигателей 6 (двигатель М1) и 7 (двигатель М2), разъем 8 для соединения с  компьютером, а также  сетевой разъем 9. К сетевому разъему 9 подключатся кабель, подводящий к стенду сетевое напряжение 380 В.

Лицевая панель приборного блока размещена на передней дверце.  Функционально лицевая панель приборного блока  разделена на две части: верхнюю (рис. 5.3.) и нижнюю (рис. 5.4.).

Выноска 3 (с границей): 20Выноска 3 (с границей): 19Выноска 3 (с границей): 18Выноска 3 (с границей): 17Выноска 3 (с границей): 11Выноска 3 (с границей): 10Выноска 3 (с границей): 12Выноска 3 (с границей): 16Выноска 3 (с границей): 21Выноска 3 (с границей): 22Выноска 3 (с границей): 15Выноска 3 (с границей): 14Выноска 3 (с границей): 13

 

Рис. 5.3. Верхняя часть лицевой панели приборного блока

 

 

 

Выноска 3 (с границей): 37
 


Выноска 3 (с границей): 30Выноска 3 (с границей): 29Выноска 3 (с границей): 27Выноска 3 (с границей): 42Выноска 3 (с границей): 45Выноска 3 (с границей): 44Выноска 3 (с границей): 43Выноска 3 (с границей): 41Выноска 3 (с границей): 40Выноска 3 (с границей): 39Выноска 3 (с границей): 38Выноска 3 (с границей): 36Выноска 3 (с границей): 35Выноска 3 (с границей): 34Выноска 3 (с границей): 33Выноска 3 (с границей): 32Выноска 3 (с границей): 31Выноска 3 (с границей): 28Выноска 3 (с границей): 26Выноска 3 (с границей): 25Выноска 3 (с границей): 24Выноска 3 (с границей): 23

 

Рис. 5.4. Нижняя часть лицевой панели приборного блока

 

На лицевой панели расположены органы управления стендом и  индикаторы. Кроме того, в  верхней части лицевой панели расположены измерительные приборы, на нижней – приведено изображение электрической схемы установки и  расположены  гнезда, соединенные с контрольными точками схемы. 

Перевод основных надписей на передней панели приведен в табл. 5.1.

 

Таблица 5.1

Надпись

Русский перевод

ARMATURE CURRENT

Ток якоря 

ARMATURE VOLTAGE

Напряжение якоря

BRAKING

Торможение

CMPT

Компьютер (сокр.)

Computer

Компьютер

Control Voltage

Управляющее напряжение

CURRENT BRAKING Overload

Перегрузка по току торможения

CURRENT Overload

перегрузка по току

Direct-current reversing electric drive study

Изучение электрического реверсивного привода постоянного тока

Direction

Направление

Drivers

здесь - усилители

Enable

Разрешение (здесь – Р. работы привода)

Error

Ошибка

Generator PWM

Широтно-импульсный генератор

HAND

Ручное (управление)

Logic Unit

Логическое устройство

ON

Включено

OFF

Выключено

POWER

Сеть

Pulse-Width-Modulation Drive

Широтно-импульсный привод

PWM controller

Система широтно-импульсного управления

Ready

Готовность

reference Voltage

Опорное напряжение

Reset

Сброс

SensIng

Определение (здесьО. направления)

Sensor Voltage

Датчик напряжения

SPEED rad/s

Скорость рад/с

STOP

Стоп

Thyristor-motor drive

Тиристорный привод

 

 

Назначение элементов, расположенных  на передней панели приборного  блока, а также исходное (перед включением стенда) положение органов управления приведено в табл. 5.2.

 

 

 

Таблица 5.2

Наименование

элемента

Обозначение на электрической схеме (обозначение на рис. 5.2…5.4)

Исходное положение

Назначение

Разъемы

Разъем BR1

- (4)

Присоединен

Подключение тахогенератора BR1 к приборному блоку

Разъем М1

- (6)

Присоединен

Подключение двигателя М1 к приборному блоку

Разъем BR2

- (5)

Присоединен

Подключение тахогенератора BR2 к приборному блоку

Разъем М2

- (7)

Присоединен

Подключение двигателя М2 к приборному блоку

Разъем «CMPT»

- (8)

Присоединен (в варианте поставки с компьютером)

Подключение контрольных точек схемы к АЦП для ввода в ПЭВМ

Разъем сетевой

- (9)

Присоединен

Подключение приборного блока к сети 380 В

Элементы защиты

Автомат защиты QF1

- (3)

Нижнее

Защита стенда от превышения потребляемым  от сети током допустимого значения

Автомат защиты QF2

QF2 (19)

Нижнее

Защита цепи якоря ДПТ М2 от превышения током якоря допустимого значения

Индикаторы

Лампа индикаторная «POWER»

- (11, 13)

-

Индикация наличия на стенде сетевого напряжения

Светодиод «ERROR»

- (37)

-

Индикация блокировки работы широтно-импульсного привода

Светодиод «CURRENT BRAKING Overload»

- (40)

-

Индикация перегрузки цепи якоря ДПТ М2 по току торможения

Светодиод «SensIng»

- (41)

-

Индикация направления вращения двигателей

Стрелочные измерительные приборы

Амперметр «ARMATURE CURRENT»

PA1 (16)

-

Измерение тока в цепи якоря ДПТ М1

Амперметр «ARMATURE CURRENT»

PA3 (15)

-

Измерение тока в цепи якоря ДПТ М2

Вольтметр «ARMATURE VOLTAGE»

PV1 (12)

-

Измерение напряжения (э.д.с.) на обмотке якоря ДПТ М1

Вольтметр «ARMATURE VOLTAGE»

PV2 (14)

-

Измерение напряжения (э.д.с.) на обмотке якоря ДПТ М2

Вольтметр «SPEED r/min»

PV3 (20)

-

Измерение значения скорости вращения валов двигателей

 

Переключатели

 

 

Переключатель S1

S1 (23)

Нейтральное

Изменение полярности опорного напряжения, задающего скорость вращения ДПТ М1

Переключатель S2

S2 (27)

Верхнее

Шунтирование задатчика интенсивности нарастания напряжения, задающего скорость вращения ДПТ М1

Переключатель  S3 СМPT – HAND

S3 (26)

Положение «HAND» при работе стенда в режиме ручного управления.

Положение «CMPT» при работе стенда в режиме управления от компьютера.

Переключение режимов работы стенда: управление от компьютера – ручное управление

Переключатель S4

S4 (25)

Off

Разрешение работы тиристорного привода

Переключатель S5

S5 (32)

 

Левое

Замыкание/размыкание обратной связи по э.д.с. двигателя М1

Переключатель S6

S6 (38)

Нижнее

Включение динамического торможения (верхнее положение – включено)

Переключатель S7

S7 (39)

Нижнее

Разрешение работы широтно-импульсного привода (верхнее положение – разрешено)

Переключатель  S8 СМPT – HAND

S8 (43)

Положение «HAND» при работе стенда в режиме ручного управления.

Положение «CMPT» при работе стенда в режиме управления от компьютера.

Переключение режимов работы стенда: управление от компьютера – ручное управление

Переключатель S9

S9 (42)

Верхнее

Изменение частоты модуляции в широтно-импульсном приводе

Переключатель S10

S10 (44)

Нейтральное

Изменение полярности опорного напряжения, задающего скорость вращения ДПТ М2

Кнопки

Кнопка  START

SB1 (17)

-

Сброс блокировки включения тиристорного привода

Кнопка  STOP

SB2 (18)

-

Останов тиристорного привода

Потенциометры

Потенциометр R1

R1 (24)

До упора против часовой стрелки

Задание скорости вращения  ДПТ М1

Магазин сопротивлений R2

R2 (22)

Положение «10»

Регулирование сопротивления в цепи обмотки якоря ДПТ М2

Потенциометр R3

R1 (45)

До упора против часовой стрелки

Задание скорости вращения  ДПТ М2

Перемычки

Перемычка XT1

XT1 (28)

Установлена

Замыкание/ размыкание контура скорости в тиристорном приводе

Перемычка XT2

XT2 (29)

Установлена

Изменение типа регулятора скорости в тиристорном приводе

Перемычка XT3

XT3 (31)

Установлена

Замыкание/ размыкание контура тока в тиристорном приводе

Перемычка XT4

XT4 (30)

Установлена

Изменение типа регулятора тока в тиристорном приводе

Перемычка XT5

XT5 (33)

Установлена

Изменение типа регулятора тока в широтно-импульсном приводе

Перемычка XT6

XT6 (35)

Установлена

Замыкание/ размыкание контура тока в широтно-импульсном приводе

Перемычка XT7

XT7 (34)

Установлена

Изменение типа регулятора скорости в широтно-импульсном приводе

Перемычка XT8

XT8 (36)

Установлена

Замыкание/ размыкание контура скорости в широтно-импульсном приводе

Гнезда

Гнезда X1…X50

X1…X50

-

Контрольные точки электрической схемы

 

Сквозь закрытое прозрачным щитком окно 10 в  верхней части лицевой панели видна плата управления тиристорного привода, приведенная на рис. 5.5. На щитке нанесены обозначения световых индикаторов, установленных на плате управления. Назначение индикаторов приведено в табл. 5.3.

Таблица 5.3.

Обозначение индикатора на щитке

Назначение индикатора

BRo

Сигнализация обрыва цепи тахогенератора

nмакс

Сигнализация превышения максимальной скорости

F

Сигнализация отсутствие напряжения питания управляемого выпрямителя

Iя макс

Сигнализация превышения током якоря допустимого значения

ABC

Сигнализация обрыва фазы или неправильного чередования фаз

Т1

Сигнализация длительной перегрузки двигателя по току якоря

Т2

не используется

ВКЛ

Сигнализация наличия напряжения питания блока управления привода

Готовность

Сигнализация готовности привода к работе. Гаснет при срабатывании защит привода

Внешний вид приборного блока с открытой передней дверцей, представлен на рис.5.6. Внутри блока установлена плата 46 управления тиристорным преобразователем (управляемым выпрямителем) ЭПУ 1, плата 47 управления широтно-импульсным преобразователем БУКД 1520.М, блок 48 силовых тиристоров управляемого выпрямителя, силовой трансформатор 49.

 

 

Рис. 5.5.  Внешний вид платы управления тиристорного привода

 

 

 

Выноска 3 (с границей): 46Выноска 3 (с границей): 47Выноска 3 (с границей): 48Выноска 3 (с границей): 49

Рис. 5.6.  Внешний вид приборного блока с открытой передней дверцей


 

           6. УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

           РАБОТЫ

 

            6.1. Указания мер безопасности

 

!Корпус приборного блока стенда должен быть заземлен.

Не допускается работа обучающихся со стендом при открытом состоянии дверцы приборного блока.

 

 

6.2. Проверка работоспособности стенда

 

6.2.1. Проверка наличия напряжений питания на стенде:

·       установить органы управления, расположенные на лицевой панели приборного блока в соответствии с указаниями, приведенными в табл. 5.2;

·       включить автомат QF1 на правой боковине приборного блока, при этом должны загореться индикаторы «POWER» на верхней части лицевой панели, светодиоды «ERROR» и  «CURRENT BRAKING Overload» на нижней части лицевой панели, а также светодиод  «ВКЛ» на плате управления тиристорного привода.

·       В случае исполнения стенда с внешним трансформатором автомат QF1 установлен на корпусе трансформатора;

·       При включении из-за срабатывания защит при включении стенда может  загореться индикатор кнопки SB1 «RESET», что сопровождается включением каких-либо светодиодов кроме светодиода  «ВКЛ» на плате управления тиристорного привода. В этом случае следует нажать кнопку SB1 «RESET», сбросив защитные блокировки. Индикатор кнопки погаснет, и останутся гореть светодиоды «ВКЛ» и «ГОТОВНОСТЬ» на плате управления тиристорного привода.

·       При включении может  гореть светодиод  «SensInG».

·       При включении автомата QF1 он может сразу же отключиться из-за превышения пусковым током допустимого значения, что может быть вызвано предварительной намагниченностью железа трансформатора. В этом случае необходимо повторить попытку включения.

·        

6.2.2. Проверка системы управления ДПТ М1

·       переключатель  S1 установить в левое положение «+15V»;

·       переключатель  S4 установить в верхнее положение «ON»;

·       рукоятку потенциометра  R1 повернуть по часовой стрелке. Двигатель М1 должен включиться. При этом стрелка вольтметра PV3 отклонится вправо. При крайнем положении рукоятки потенциометра  R1  скорость двигателя составит 100…150 рад/с;

·       остановить двигатель, повернув рукоятку потенциометра  R1 против часовой стрелки до упора;

·       переключатель  S1 установить в правое положение «-15V»;

·       рукоятку потенциометра  R1 повернуть по часовой стрелке. Двигатель М1 должен включиться. При этом стрелка вольтметра PV3 отклонится влево. При крайнем положении рукоятки потенциометра  R1  скорость двигателя составит 100…150 рад/с;

·       остановить двигатель, повернув рукоятку потенциометра  R1 против часовой стрелки до упора;

·       установить переключатели  S1 и S4  в нейтральное положение.

6.2.3. Проверка системы управления ДПТ М2

·       включить автомат защиты QF2;

·       установить переключатель S7 в верхнее положение. При этом светодиоды «ERROR» и «CURRENT BRAKING Overload» на нижней части лицевой панели приборного блока должны погаснуть;

·       установить переключатель S10 в левое положение «+12V»;

·       рукоятку потенциометра  R3 повернуть по часовой стрелке. Двигатель М2 должен включиться. При этом стрелка вольтметра PV3 отклонится влево. Светодиод «SensIng» должен продолжать гореть. Установить потенциометр R2 в положение «0». При крайнем положении рукоятки потенциометра  R1  скорость двигателя составит 100…150 рад/с;

·       остановить двигатель, повернув рукоятку потенциометра  R1 против часовой стрелки до упора, установить потенциометр R2 в положение «10»;

·       переключатель  S1 установить в правое положение «+12V»;

·       рукоятку потенциометра  R3 повернуть по часовой стрелке. Двигатель М2 должен включиться. При этом стрелка вольтметра PV3 отклонится вправо. Светодиод «SensIng» должен погаснуть. При крайнем положении рукоятки потенциометра  R1  скорость двигателя составит 100…150 рад/с;

·       остановить двигатель, повернув рукоятку потенциометра  R1 против часовой стрелки до упора;

·       установить переключатели  S7, S10, автомат QF2, потенциометр R2  в исходное положение.

 

             6.3. Исследование ДПТ, управляемого тиристорным преобразователем

 

6.3.1. Изучение принципа работы СИФУ 

·       разомкнуть обратную связь по скорости, удалив перемычку XT 1;

·       переключатель  S4 установить в верхнее положение «ON»;

·       переключить осциллограф в режим внешней синхронизации;

·       подключить вход синхронизации осциллографа к гнезду X1 нижней лицевой панели приборного блока;

·       последовательно подключая входы осциллографа к гнездам X1, X4, X5, X11, X17, X22, x26, X31, X39 зарисовать осциллограммы, расположив их друг над другом в одном временном масштабе;

·       переключатель  S1 установить в левое положение «+15V»;

·       запустить двигатель М1, повернув рукоятку потенциометра  R1 по часовой стрелке. Плавно изменяя коэффициент аттенюатора (чувствительность) по  одному из входов осциллографа добиться совпадения фазы пересечения сигналов генератора пилообразных напряжений (гнездо X17) и   управляющего напряжения (гнездо X15) с фазой формирования импульса на гнезде X22. Изменяя скорость вращения двигателя наблюдать сдвиг по фазе сигнала на гнезде X22 относительно сигнала на гнезде X17. Зарисовать осциллограммы сигналов на гнездах X15, X17 и X22 для нескольких скоростей вращения двигателя;

·       перевести потенциометр R1, переключатели S1, S4 и  и рукоятку потенциометра плавной регулировки коэффициента аттенюатора осциллографа в исходное положение;

·       описать принцип работы СИФУ, иллюстрируя описание зарисованными осциллограммами.

 

 

             6.3.2. Экспериментальное получение электромеханических характеристик ДПТ, управляемого тиристорным преобразователем

 

6.3.2.1. Экспериментальное получение электромеханических характеристик ДПТ, управляемого тиристорным преобразователем с разомкнутым контуром скорости

·        установить перемычки в соответствии с табл. 6.3.2.1.1;

Табл. 6.3.2.1.1.

Обозначение перемычки

Положение перемычки

XT1

Разомкнута

XT2

Замкнута

XT3

Разомкнута

XT4

Замкнута

XT5

Замкнута

XT6

Разомкнута

XT7

Замкнута

XT8

Разомкнута

 

·       переключатель  S4 установить в верхнее положение «ON»;

·       переключатель  S1 установить в левое положение «+15V»;

·       запустить двигатель М1, повернув рукоятку потенциометра  R1 по часовой стрелке. Установить значение средневыпрямленного напряжения на обмотке якоря М1 равным U1=20 В (по вольтметру PV1). Зафиксировать значения тока якоря М1 (по амперметру PA1) и скорости вращения ДПТ М1 (по вольтметру PV3), занести зафиксированные значения в табл. формы 6.3.2.1.2;

·       включить автомат защиты QF2;

·       установить переключатель S7 в верхнее положение. При этом напряжение, измеряемое вольтметром PV1  и скорость вращения двигателя упадут;

·       вращением  рукоятки потенциометра  R1 установить значение средневыпрямленного напряжения на обмотке якоря М1 равным 20 В. Зафиксировать значения тока якоря М1 (по амперметру PA1) и скорости вращения ДПТ М1 (по вольтметру PV3), занести зафиксированные значения в табл. формы 6.3.2.1.2;

·       установить переключатель S10 в правое положение «-12V»;

·       подключить вход осциллографа к гнезду  X25;

·       постепенно вращая рукоятку потенциометра  R3 по часовой стрелке добиться увеличения скорости вращения ДПТ. Зафиксировать несколько значений тока якоря М1 (по амперметру PA1) и скорости вращения ДПТ М1 (по вольтметру PV3), занести зафиксированные значения в табл. формы 6.3.2.1.2, зарисовать соответствующие измеряемым значениям тока осциллограммы тока якоря М1;

·       повернуть рукоятку потенциометра  R3 до упора против часовой стрелки, установить потенциометр R2 в положение «10»;

·       установить переключатель S10 в левое положение «+12V»;

·       постепенно вращая рукоятку потенциометра  R3 по часовой стрелке и (при необходимости) уменьшая добавочное сопротивление в цепи якоря М2 (потенциометр R2) добиться уменьшения скорости вращения двигателей. Во избежание срабатывания защиты по току якоря ДПТ не допускать увеличение тока якоря выше 10 А.

Внимание. Если сработала защита по току якоря ДПТ (загорелись светодиоды «ERROR»  и «CURRENT BRAKING Overload») для ее отключения следует перевести переключатель S7 в ниженее положение. Для продолжения эксперимента следует вновь переключить его в верхнее положение.

Для нескольких значений скоростей вращения двигателей зафиксировать значения тока якоря М1 (по амперметру PA1), занести зафиксированные значения в табл. формы 6.3.2.1.2;

·       повернуть рукоятку потенциометра  R3 до упора против часовой стрелки, установить потенциометр R2 в положение «10», установить переключатель S7 в нижнее положение;

·       повторить указанные действия для  U1=40 В и U1=60 В;

·       вывести  потенциометр R3 до упора против часовой стрелки;

·       остановить двигатели, приведя потенциометры и переключатели в исходное положение.

 

           Таблица 6.3.2.1.2

U1=____ В

I1

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω

рад/с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

·       построить графики зависимостей ω=f(I1) при различных значениях U1;

·       привести письменное объяснение нелинейному характеру графиков при малых значениях тока якоря.

 

6.3.2.2. Экспериментальное получение электромеханических характеристик ДПТ, управляемого тиристорным преобразователем с замкнутым контуром скорости и пропорциональным регулятором скорости

·        установить перемычки в соответствии с табл. 6.3.2.2.1;

Табл. 6.3.2.2.1.

Обозначение перемычки

Положение перемычки

XT1

Замкнута

XT2

Замкнута

XT3

Замкнута

XT4

Замкнута

XT5

Замкнута

XT6

Разомкнута

XT7

Замкнута

XT8

Разомкнута

·       переключатель  S4 установить в верхнее положение «ON»;

·       переключатель  S1 установить в левое положение «+15V»;

·       запустить двигатель М1, повернув рукоятку потенциометра  R1 по часовой стрелке. Установить (по вольтметру PV3) значение скорости вращения ДПТ ωзад=40 рад/с. Зафиксировать значение тока холостого хода якоря М1, занести зафиксированные значения в табл. формы 6.3.2.2.2;

·       включить автомат защиты QF2;

·       установить переключатель S7 в верхнее положение. При этом скорость вращения ДПТ уменьшится, а ток якоря М1 возрастет. Зафиксировать значения тока якоря М1 (по амперметру PA1) и скорости вращения ДПТ М1 (по вольтметру PV3), занести зафиксированные значения в табл. формы 6.3.2.2.2;

·       установить переключатель S10 в правое положение «-12V»;

·       подключить вход осциллографа к гнезду  X25;

·       постепенно вращая рукоятку потенциометра  R3 по часовой стрелке добиться увеличения скорости вращения ДПТ. Зафиксировать несколько значений тока якоря М1 (по амперметру PA1) и скорости вращения ДПТ М1 (по вольтметру PV3), занести зафиксированные значения в табл. формы 6.3.2.1.2, зарисовать соответствующие измеряемым значениям тока осциллограммы тока якоря М1;

·       повернуть рукоятку потенциометра  R3 до упора против часовой стрелки, установить потенциометр R2 в положение «10»;

·       установить переключатель S10 в левое положение «+12V»;

·       постепенно вращая рукоятку потенциометра  R3 по часовой стрелке и (при необходимости) уменьшая добавочное сопротивление в цепи якоря М2 (потенциометр R2) попытаться добиться уменьшения скорости вращения двигателей. Во избежание срабатывания защиты по току якоря ДПТ не допускать увеличение тока якоря выше 10 А. Для нескольких значений скоростей вращения двигателей зафиксировать значения тока якоря М1 (по амперметру PA1), занести зафиксированные значения в табл. формы 6.3.2.2.2;

·       повернуть рукоятку потенциометра  R3 до упора против часовой стрелки, установить потенциометр R2 в положение «10», установить переключатель S7 в нижнее положение;

·       повторить указанные действия для  ωзад =60 рад/с и ωзад =80 рад/с;

·       вывести  потенциометр R3 до упора против часовой стрелки;

·       остановить двигатели, приведя потенциометры и переключатели в исходное положение.

 

          Таблица 6.3.2.2.2.

ωзад =_____ рад/с

I1

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω

рад/с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

·       построить графики зависимостей ω=f(I1) при различных значениях ωзад.

 

6.3.2.3. Экспериментальное получение электромеханических характеристик ДПТ, управляемого тиристорным преобразователем с замкнутым контуром скорости и пропорционо-интегральным регулятором скорости

·        установить перемычки в соответствии с табл. 6.3.2.3.1;

Табл. 6.3.2.3.1.

Обозначение перемычки

Положение перемычки

XT1

Замкнута

XT2

Разомкнута

XT3

Замкнута

XT4

Разомкнута

XT5

Замкнута

XT6

Разомкнута

XT7

Замкнута

XT8

Разомкнута

·       выполнить прочие действия по п 6.3.2.2.

 

6.3.3. Исследование динамических свойств системы управления ДПТ с тиристорным преобразователем

 

6.3.3.1. Анализ переходных процессов по скорости двигателя и току якоря в системе управления ДПТ с разомкнутыми контурами управления по скорости двигателя и току якоря при ступенчатом изменении задающего воздействия

 

·       установить перемычки в соответствии с табл. 6.3.3.1.

Табл. 6.3.3.1.

Обозначение перемычки

Положение перемычки

XT1

Разомкнута

XT2

Замкнута

XT3

Разомкнута

XT4

Замкнута

XT5

Замкнута

XT6

Разомкнута

XT7

Замкнута

XT8

Разомкнута

·       подключить сигнальные входы осциллографа к гнездам X25 и X14 для наблюдения соответственно выходных сигналов датчика тока и тахогенератора;

Внимание. Общую точку осциллографа при этом рекомендуется подключить к гнезду «», расположенному правее гнезда X25.

·       установить скорость развертки осциллографа в положение 1 дел/с;

·       подготовить к запуску двигатель М1, установив переключатель  S4 в верхнее положение «ON» и повернув рукоятку потенциометра  R1 по часовой стрелке в среднее положение;

·       произвести ступенчатый запуск двигателя М1, установив переключатель S1 в левое положение «+15V»;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря;

·       произвести останов двигателя М1, установив переключатель S1 в нейтральное положение;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря.

6.3.3.2. Анализ переходных процессов по скорости двигателя и току якоря в системе управления ДПТ с разомкнутыми контурами управления по скорости двигателя и току якоря при ступенчатом изменении возмущающего воздействия

·       включить автомат защиты QF2;

·       установить переключатель S7 в верхнее положение;

·       установить потенциометр  R2 в положение «5»;

·       подготовить к запуску двигатель М2, повернув рукоятку потенциометра  R3 по часовой стрелке в среднее положение;

·       произвести запуск двигателя М1, установив переключатель S1 в левое положение «+15V»;

·       после завершения переходного процесса в контуре скорости двигателя произвести ступенчатый запуск двигателя М2, установив переключатель S10 в левое положение «+12V»;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря;

·       произвести останов двигателя М2, установив переключатель S10 в нейтральное положение;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря;

·       произвести останов двигателя М1, установив переключатель S1 в нейтральное положение.

 

6.3.3.3. Анализ переходных процессов по скорости двигателя и току якоря в системе управления ДПТ с замкнутыми контурами управления по скорости двигателя и току якоря при ступенчатом изменении задающего воздействия

·       установить перемычки в соответствии с табл. 6.3.3.3;

Табл. 6.3.3.3.

Обозначение перемычки

Положение перемычки

XT1

Замкнута

XT2

Разомкнута

XT3

Замкнута

XT4

Разомкнута

XT5

Замкнута

XT6

Разомкнута

XT7

Замкнута

XT8

Разомкнута

при данном положении перемычек XT2 и XT4 регуляторы скорости и тока являются пропорционально-интегральными

·       подготовить к запуску двигатель М1, установив переключатель  S4 в верхнее положение «ON» и повернув рукоятку потенциометра  R1 по часовой стрелке в среднее положение;

·       произвести ступенчатый запуск двигателя М1, установив переключатель S1 в левое положение «+15V»;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря;

·       произвести останов двигателя М1, установив переключатель S1 в нейтральное положение;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря.

·       замкнуть перемычку XT2, при этом положении перемычки регулятор скорости  является пропорциональным;

·       повторить действия данного пункта при пропорциональном регуляторе скорости.

6.3.3.4. Анализ переходных процессов по скорости двигателя и току якоря в системе управления ДПТ с замкнутыми контурами управления по скорости двигателя и току якоря при линейном изменении задающего воздействия

·       установить перемычки в соответствии с табл. 6.3.3.4;

Табл. 6.3.3.4.

Обозначение перемычки

Положение перемычки

XT1

Замкнута

XT2

Разомкнута

XT3

Замкнута

XT4

Разомкнута

XT5

Замкнута

XT6

Разомкнута

XT7

Замкнута

XT8

Разомкнута

при данном положении перемычек XT2 и XT4 регуляторы скорости и тока являются пропорционально-интегральными

·       включить в цепь подачи управляющего воздействия задатчик интенсивности, установив переключатель S2 в нижнее положение;

·       произвести ступенчатый запуск двигателя М1, установив переключатель S1 в левое положение «+15V»;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря;

·       произвести останов двигателя М1, установив переключатель S1 в нейтральное положение;

·       подключить один из входов осциллографа к гнезду X10;

·       произвести ступенчатый запуск двигателя М1, установив переключатель S1 в левое положение «+15V»;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и сигнала на выходе задатчика интенсивности;

·       произвести останов двигателя М1, установив переключатель S1 в нейтральное положение;

·       отключить задатчик интенсивности, установив переключатель S2 в нижнее положение.

6.3.3.5. Анализ переходных процессов по скорости двигателя и току якоря в системе управления ДПТ с замкнутыми контурами управления по скорости двигателя и току якоря при ступенчатом изменении возмущающего воздействия

·       установить перемычки в соответствии с табл. 6.3.3.5;

Табл. 6.3.3.5.

Обозначение перемычки

Положение перемычки

XT1

Замкнута

XT2

Разомкнута

XT3

Замкнута

XT4

Разомкнута

XT5

Замкнута

XT6

Разомкнута

XT7

Замкнута

XT8

Разомкнута

при данном положении перемычек XT2 и XT4 регуляторы скорости и тока являются пропорционально-интегральными

·       включить автомат защиты QF2;

·       установить переключатель S7 в верхнее положение;

·       установить потенциометр  R2 в положение «5»;

·       подготовить к запуску двигатель М2, повернув рукоятку потенциометра  R3 по часовой стрелке в среднее положение;

·       произвести запуск двигателя М1, установив переключатель S1 в левое положение «+15V»;

·       после завершения переходного процесса в контуре скорости двигателя произвести ступенчатый запуск двигателя М2, установив переключатель S10 в левое положение «+12V»;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря;

·       произвести останов двигателя М2, установив переключатель S10 в нейтральное положение;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря;

·       произвести останов двигателя М1, установив переключатель S1 в нейтральное положение.

·       замкнуть перемычку XT2, при этом положении перемычек регулятор скорости  является пропорциональным;

·       повторить действия данного пункта при пропорциональном регуляторе скорости.

 

 6.3.3.6. Анализ переходных процессов по скорости двигателя и току якоря в системе управления ДПТ с замкнутым контуром управления по скорости двигателя и разомкнутым контуром управления по току якоря при ступенчатом изменении задающего воздействия

·       установить перемычки в соответствии с табл. 6.3.3.6;

 

 

Табл. 6.3.3.6.

Обозначение перемычки

Положение перемычки

XT1

Замкнута

XT2

Разомкнута

XT3

Разомкнута

XT4

Замкнута

XT5

Замкнута

XT6

Разомкнута

XT7

Замкнута

XT8

Разомкнута

при данном положении перемычек XT2 и XT4 регулятор скорости является пропорционально-интегральным, а регулятор  тока – пропорциональным, контур скорости замкнут, а контур тока разомкнут.

·       подготовить к запуску двигатель М1, установив переключатель  S4 в верхнее положение «ON» и повернув рукоятку потенциометра  R1 по часовой стрелке в среднее положение;

·       произвести ступенчатый запуск двигателя М1, установив переключатель S1 в левое положение «+15V»;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря;

·       произвести останов двигателя М1, установив переключатель S1 в нейтральное положение;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря.

·       замкнуть перемычку XT2, при этом положении перемычки регулятор скорости  является пропорциональным;

·       повторить действия данного пункта при пропорциональном регуляторе скорости.

6.3.3.7. Анализ переходных процессов по скорости двигателя и току якоря в системе управления ДПТ с замкнутым контуром управления по скорости двигателя и разомкнутым контуром управления по току якоря при ступенчатом изменении возмущающего воздействия

·       установить перемычки в соответствии с табл. 6.3.3.7.;

Табл. 6.3.3.7.

Обозначение перемычки

Положение перемычки

XT1

Замкнута

XT2

Разомкнута

XT3

Разомкнута

XT4

Замкнута

XT5

Замкнута

XT6

Разомкнута

XT7

Замкнута

XT8

Разомкнута

при данном положении перемычек XT2 и XT4 регулятор скорости является пропорционально-интегральным, а регулятор  тока – пропорциональным, контур скорости замкнут, а контур тока разомкнут.

·       включить автомат защиты QF2;

·       установить переключатель S7 в верхнее положение;

·       установить потенциометр  R2 в положение «5»;

·       подготовить к запуску двигатель М2, повернув рукоятку потенциометра  R3 по часовой стрелке в среднее положение;

·       произвести запуск двигателя М1, установив переключатель S1 в левое положение «+15V»;

·       после завершения переходного процесса в контуре скорости двигателя произвести ступенчатый запуск двигателя М2, установив переключатель S10 в левое положение «+12V»;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря;

·       произвести останов двигателя М2, установив переключатель S10 в нейтральное положение;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря;

·       произвести останов двигателя М1, установив переключатель S1 в нейтральное положение.

·       замкнуть перемычку XT2, при этом положении перемычек регулятор скорости  является пропорциональным;

·       повторить действия данного пункта при пропорциональном регуляторе скорости.

             6.4. Исследование ДПТ с широтно-импульсным управлением

 

6.4.1. Экспериментальное получение электромеханических характеристик ДПТ с широтно-импульсным управлением с разомкнутым контуром скорости

·        установить перемычки в соответствии с табл. 6.4.1.1;

Табл. 6.4.1.1.

Обозначение перемычки

Положение перемычки

XT1

Разомкнута

XT2

Замкнута

XT3

Разомкнута

XT4

Замкнута

XT5

Замкнута

XT6

Разомкнута

XT7

Замкнута

XT8

Разомкнута

 

·       установить переключатель S9 в верхнее положение;

·       включить автомат защиты QF2;

·       установить переключатель S7 в верхнее положение;

·       один из входов осциллографа подключить к  гнезду X45 для наблюдения напряжения на базе транзистора VT12, второй вход подключить к гнезду X47 для наблюдения осциллограммы тока якоря ДПТ М2.

Внимание. Общую точку осциллографа при этом рекомендуется подключить к гнезду «», расположенному левее гнезда X47.

·       установить переключатель S10 в левое положение «+12V»;

·       запустить двигатель М2, повернув рукоятку потенциометра  R3 по часовой стрелке. Осциллографом замерить частоту импульсов напряжения fU, подаваемого на базу транзистора VT12 (и, следовательно, частоту напряжения на якоре двигателя М2). Вращением  рукоятки потенциометра  R3 установить значение скважности напряжения, подаваемого на базу транзистора VT12 (и, следовательно, скважности напряжения на якоре двигателя М2) γ=0,25. Установить потенциометр R2 в положение «0». Зафиксировать значения тока якоря М2 (по амперметру PA2) и скорости вращения ДПТ (по вольтметру PV3), занести зафиксированные значения в табл. формы 6.4.1.2.;

·       подключив на время один из входов осциллографа к  гнезду X43 убедиться, что на базу транзистора VT 13 подается постоянное положительное напряжение, т.е. транзистор VT13 постоянно открыт;

·       переключатель  S4 установить в верхнее положение «ON»;

·       переключатель  S1 установить в правое положение «-15V»;

·       запустить двигатель М1, повернув рукоятку потенциометра  R1 по часовой стрелке. Постепенно вращая рукоятку потенциометра  R3 по часовой стрелке добиться увеличения скорости вращения ДПТ. Зафиксировать несколько значений тока якоря М2 (по амперметру PA2) и скорости вращения ДПТ (по вольтметру PV3), занести зафиксированные значения в табл. формы 6.4.1.2, зарисовать соответствующие измеряемым значениям тока осциллограммы тока якоря М2;

·       повернуть рукоятку потенциометра  R1 до упора против часовой стрелки;

·       переключатель  S1 установить в левое положение «+15V»;

·       постепенно вращая рукоятку потенциометра  R1 по часовой стрелке добиться уменьшения скорости вращения двигателей. Во избежание срабатывания защиты по току якоря ДПТ не допускать увеличение тока якоря выше 10 А.

Внимание. Если сработала защита по току якоря ДПТ (загорелись светодиоды «ERROR»  и «CURRENT BRAKING Overload»), то для ее отключения следует перевести переключатель S7 в нижнее положение. Для продолжения эксперимента следует вновь переключить его в верхнее положение.

Для нескольких значений скоростей вращения двигателей зафиксировать значения тока якоря М2 (по амперметру PA2), занести зафиксированные значения в табл. формы 6.4.1.2;

·       повернуть рукоятку потенциометра  R1 до упора против часовой стрелки;

·       повторить указанные действия для  положений потенциометра R2 «3» и «5»;

·       повторить указанные действия для  значений скважности напряжения на якоре двигателя М2 γ=0,5 и γ=0,75;

·       повторить указанные действия при нижнем положении переключателя S9;

·       остановить двигатели, приведя потенциометры и переключатели в исходное положение.

           Таблица 6.4.1.2.

fU =___ , γ=____, R2=____ Ом

I2

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω

рад/с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

·       построить графики зависимостей ω=f(I2) при различных значениях fU,  γ и R2;

·       привести письменное объяснение нелинейному характеру графиков при малых значениях тока якоря при различных значениях частоты напряжения на обмотке якоря.

 

6.4.2. Экспериментальное получение электромеханических характеристик ДПТ с широтно-импульсным управлением с замкнутым контуром скорости и пропорциональным регулятором скорости

·        установить перемычки в соответствии с табл. 6.4.2.1.;

Табл. 6.4.2.1.

Обозначение перемычки

Положение перемычки

XT1

Разомкнута

XT2

Замкнута

XT3

Разомкнута

XT4

Замкнута

XT5

Замкнута

XT6

Замкнута

XT7

Замкнута

XT8

Замкнута

·       установить переключатель S9 в верхнее положение;

·       включить автомат защиты QF2;

·       установить переключатель S7 в верхнее положение;

·       один из входов осциллографа подключить к  гнезду X45 для наблюдения напряжения на базе транзистора VT12, второй вход подключить к гнезду X47 для наблюдения осциллограммы тока якоря ДПТ М2.

Внимание. Общую точку осциллографа при этом рекомендуется подключить к гнезду «», расположенному левее гнезда X47.

·       установить переключатель S10 в левое положение «+12V»;

·       запустить двигатель М2, повернув рукоятку потенциометра  R3 по часовой стрелке. Осциллографом замерить частоту импульсов напряжения fU, подаваемого на базу транзистора VT12 (и, следовательно, частоту напряжения на якоре двигателя М2). Вращением  рукоятки потенциометра  R3 установить значение скорости вращения ДПТ ωзад=20 рад/с. Установить потенциометр R2 в положение «0». Зафиксировать значения тока якоря М2 (по амперметру PA2) и скорости вращения ДПТ (по вольтметру PV3), занести зафиксированные значения в табл. формы 6.4.2.2.;

·       подключив на время один из входов осциллографа к  гнезду X43 убедиться, что на базу транзистора VT 13 подается постоянное положительное напряжение, т.е. транзистор VT13 постоянно открыт;

·       переключатель  S4 установить в верхнее положение «ON»;

·       переключатель  S1 установить в правое положение «-15V»;

·       запустить двигатель М1, повернув рукоятку потенциометра  R1 по часовой стрелке. Постепенно вращая рукоятку потенциометра  R3 по часовой стрелке добиться увеличения скорости вращения ДПТ. Зафиксировать несколько значений тока якоря М2 (по амперметру PA2) и скорости вращения ДПТ (по вольтметру PV3), занести зафиксированные значения в табл. формы 6.4.2.2, зарисовать соответствующие измеряемым значениям тока осциллограммы тока якоря М2;

·       повернуть рукоятку потенциометра  R1 до упора против часовой стрелки;

·       переключатель  S1 установить в левое положение «+15V»;

·       постепенно вращая рукоятку потенциометра  R1 по часовой стрелке попытаться добиться уменьшения скорости вращения двигателей. Во избежание срабатывания защиты по току якоря ДПТ не допускать увеличение тока якоря выше 10 А.

Внимание. Если сработала защита по току якоря ДПТ (загорелись светодиоды «ERROR»  и «CURRENT BRAKING Overload») для ее отключения следует перевести переключатель S7 в нижнее положение. Для продолжения эксперимента следует вновь переключить его в верхнее положение.

Для нескольких значений скоростей вращения двигателей зафиксировать значения тока якоря М2 (по амперметру PA2), занести зафиксированные значения в табл. формы 6.4.2.2;

·       повернуть рукоятку потенциометра  R1 до упора против часовой стрелки;

·       повторить указанные действия для  положений потенциометра R2 «3» и «5»;

·       повторить указанные действия для  значений ωзад=40рад/с и  ωзад=60 рад/с;

·       повторить указанные действия при нижнем положении переключателя S9;

·       остановить двигатели, приведя потенциометры и переключатели в исходное положение.

           Таблица 6.4.2.2.

fU =___ , ωзад=___ рад/с,  R2=____ Ом

I2

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω

рад/с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

·       построить графики зависимостей ω=f(I2) при различных значениях fU,  ωзад,  и R2;

·       привести письменное объяснение нелинейному характеру графиков при малых значениях тока якоря при различных значениях частоты напряжения на обмотке якоря.

 

6.4.3. Экспериментальное получение электромеханических характеристик ДПТ с широтно-импульсным управлением с замкнутым контуром скорости и пропорционо-интегральным регулятором скорости

·        установить перемычки в соответствии с табл. 6.4.3.1;

Табл. 6.4.3.1.

Обозначение перемычки

Положение перемычки

XT1

Разомкнута

XT2

Замкнута

XT3

Разомкнута

XT4

Замкнута

XT5

Разомкнута

XT6

Замкнута

XT7

Разомкнута

XT8

Замкнута

·       выполнить прочие действия по п 6.4.2.

 

6.4.4. Исследование динамических свойств системы управления ДПТ с широтно-импульсным управлением

6.4.4.1. Анализ переходных процессов по скорости двигателя и току якоря в системе управления ДПТ с разомкнутыми контурами управления по скорости двигателя и току якоря при ступенчатом изменении задающего воздействия

·       установить перемычки в соответствии с табл. 6.4.4.1;

Табл. 6.4.4.1.

Обозначение перемычки

Положение перемычки

XT1

Разомкнута

XT2

Замкнута

XT3

Разомкнута

XT4

Замкнута

XT5

Замкнута

XT6

Разомкнута

XT7

Замкнута

XT8

Разомкнута

·       подключить сигнальные входы осциллографа к гнездам X47 и X50 для наблюдения выходных сигналов датчика тока и тахогенератора;

Внимание. Общую точку осциллографа при этом рекомендуется подключить к гнезду «», расположенному левее гнезда X47.

·       установить скорость развертки осциллографа в положение 1 дел/с;

·       включить автомат защиты QF2;

·       установить переключатель S7 в верхнее положение;

·       установить потенциометр  R2 в положение «5»;

·       подготовить к запуску двигатель М2, повернув рукоятку потенциометра  R3 по часовой стрелке в среднее положение;

·       произвести ступенчатый запуск двигателя М2, установив переключатель S10 в левое положение «+12V»;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря;

·       произвести останов двигателя М2, установив переключатель S10 в нейтральное положение;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря.

6.4.4.2. Анализ переходных процессов по скорости двигателя и току якоря в системе управления ДПТ с разомкнутыми контурами управления по скорости двигателя и току якоря при ступенчатом изменении возмущающего воздействия

·       подготовить к запуску двигатель М1, установив переключатель  S4 в верхнее положение «ON» и повернув рукоятку потенциометра  R1 по часовой стрелке в среднее положение;

·       произвести ступенчатый запуск двигателя М2, установив переключатель S10 в левое положение «+12V»;

·       после завершения переходного процесса в контуре скорости двигателя произвести ступенчатый запуск двигателя М1, установив переключатель S1 в левое положение «+15V»;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря;

·       произвести останов двигателя М1, установив переключатель S1 в нейтральное положение;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря;

·       произвести останов двигателя М2, установив переключатель S10 в нейтральное положение.

 

6.4.4.3. Анализ переходных процессов по скорости двигателя и току якоря в системе управления ДПТ с замкнутыми контурами управления по скорости двигателя и току якоря при ступенчатом изменении задающего воздействия

·       установить перемычки в соответствии с табл. 6.4.4.3;

 

Табл. 6.4.4.3.

Обозначение перемычки

Положение перемычки

XT1

Разомкнута

XT2

Замкнута

XT3

Разомкнута

XT4

Замкнута

XT5

Разомкнута

XT6

Замкнута

XT7

Разомкнута

XT8

Замкнута

при данном положении перемычек XT5 и XT7 регуляторы скорости и тока являются пропорционально-интегральными

·       подключить сигнальные входы осциллографа к гнездам X47 и X50 для наблюдения выходных сигналов датчика тока и тахогенератора;

Внимание. Общую точку осциллографа при этом рекомендуется подключить к гнезду «», расположенному левее гнезда X47.

·       установить скорость развертки осциллографа в положение 1 дел/с;

·       включить автомат защиты QF2;

·       установить переключатель S7 в верхнее положение;

·       установить потенциометр  R2 в положение «5»;

·       подготовить к запуску двигатель М2, повернув рукоятку потенциометра  R3 по часовой стрелке в среднее положение;

·       произвести ступенчатый запуск двигателя М2, установив переключатель S10 в левое положение «+12V»;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря;

·       произвести останов двигателя М2, установив переключатель S10 в нейтральное положение;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря;

·       замкнуть перемычку XT7, при этом положении перемычки регулятор скорости  является пропорциональным;

·       повторить действия данного пункта при пропорциональном регуляторе скорости.

6.4.4.4. Анализ переходных процессов по скорости двигателя и току якоря в системе управления ДПТ с замкнутыми контурами управления по скорости двигателя и току якоря при ступенчатом изменении возмущающего воздействия

·       установить перемычки в соответствии с табл. 6.4.4.4;

 

 

 

 

 

 

 

Табл. 6.4.4.4.

Обозначение перемычки

Положение перемычки

XT1

Разомкнута

XT2

Замкнута

XT3

Разомкнута

XT4

Замкнута

XT5

Разомкнута

XT6

Замкнута

XT7

Разомкнута

XT8

Замкнута

при данном положении перемычек XT5 и XT7 регуляторы скорости и тока являются пропорционально-интегральными

·       подготовить к запуску двигатель М1, установив переключатель  S4 в верхнее положение «ON» и повернув рукоятку потенциометра  R1 по часовой стрелке в среднее положение;

·       произвести ступенчатый запуск двигателя М2, установив переключатель S10 в левое положение «+12V»;

·       после завершения переходного процесса в контуре скорости двигателя произвести ступенчатый запуск двигателя М1, установив переключатель S1 в левое положение «+15V»;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря;

·       произвести останов двигателя М1, установив переключатель S1 в нейтральное положение;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря;

·       произвести останов двигателя М2, установив переключатель S10 в нейтральное положение;

·       замкнуть перемычку XT7, при этом положении перемычек регулятор скорости  является пропорциональным;

·       повторить действия данного пункта при пропорциональном регуляторе скорости.

 6.4.4.5. Анализ переходных процессов по скорости двигателя и току якоря в системе управления ДПТ с замкнутым контуром управления по скорости двигателя и разомкнутым контуром управления по току якоря при ступенчатом изменении задающего воздействия

·       установить перемычки в соответствии с табл. 6.4.4.5;

Табл. 6.4.4.5.

Обозначение перемычки

Положение перемычки

XT1

Разомкнута

XT2

Замкнута

XT3

Разомкнута

XT4

Замкнута

XT5

Замкнута

XT6

Разомкнута

XT7

Разомкнута

XT8

Замкнута

при данном положении перемычек XT5 и XT7 регулятор скорости является пропорционально-интегральным, а регулятор  тока – пропорциональным, контур скорости замкнут, а контур тока разомкнут;

·       включить автомат защиты QF2;

·       установить переключатель S7 в верхнее положение;

·       установить потенциометр  R2 в положение «5»;

·       подготовить к запуску двигатель М2, повернув рукоятку потенциометра  R3 по часовой стрелке в среднее положение;

·       произвести ступенчатый запуск двигателя М2, установив переключатель S10 в левое положение «+12V»;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря;

·       произвести останов двигателя М2, установив переключатель S10 в нейтральное положение;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря;

·       замкнуть перемычку XT7, при этом положении перемычки регулятор скорости является пропорциональным;

·       повторить действия данного пункта при пропорциональных регуляторах скорости и тока.

6.4.4.6. Анализ переходных процессов по скорости двигателя и току якоря в системе управления ДПТ с замкнутым контуром управления по скорости двигателя и разомкнутым контуром управления по току якоря при ступенчатом изменении возмущающего воздействия

·       установить перемычки в соответствии с табл. 6.4.4.6;

Табл. 6.4.4.6.

Обозначение перемычки

Положение перемычки

XT1

Разомкнута

XT2

Замкнута

XT3

Разомкнута

XT4

Замкнута

XT5

Замкнута

XT6

Разомкнута

XT7

Разомкнута

XT8

Замкнута

 

·       при этом положении перемычек регулятор скорости является пропорционально-интегральным, а регулятор тока - пропорциональным, контур скорости замкнут, а контур тока разомкнут;

·       подготовить к запуску двигатель М1, установив переключатель  S4 в верхнее положение «ON» и повернув рукоятку потенциометра  R1 по часовой стрелке в среднее положение;

·       произвести ступенчатый запуск двигателя М2, установив переключатель S10 в левое положение «+12V»;

·       после завершения переходного процесса в контуре скорости двигателя произвести ступенчатый запуск двигателя М1, установив переключатель S1 в левое положение «+15V»;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря;

·       произвести останов двигателя М1, установив переключатель S1 в нейтральное положение;

·       зарисовать осциллограммы скорости двигателя и тока якоря;

·       произвести останов двигателя М2, установив переключатель S10 в нейтральное положение;

·       замкнуть перемычку XT7, при этом положении перемычек регулятор скорости  является пропорциональным;

·       повторить действия данного пункта при пропорциональном регуляторе скорости.

 


 

7. УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ

ОТЧЕТА

 

Отчет должен содержать:

1.      Наименование работы.

2.      Цель работы.

3.      Таблицы с результатами измерений.

4.      Осциллограммы сигналов в контрольных точках СИФУ тиристорного преобразователя, расположенные одна над другой в едином масштабе времени.

5.      Графики зависимостей:

·         для ДПТ, управляемого тиристорным преобразователем при

o       разомкнутых контурах управления по скорости и по току якоря;

o       замкнутых контурах управления по скорости и по току якоря при пропорцонально-интегральном регуляторе скорости;

o       замкнутых контурах управления по скорости и по току якоря при пропорцональном регуляторе скорости;

построенные на одном графике;

·         для ДПТ с широтно-импульсным управлением при:

o       разомкнутых контурах управления по скорости и по току якоря при различных значениях добавочного сопротивления в цепи якоря R2,

o       замкнутых контурах управления по скорости и по току якоря при пропорцонально-интегральном регуляторе скорости при различных значениях добавочного сопротивления в цепи якоря R2,

o       замкнутых контурах управления по скорости и по току якоря при пропорцональном регуляторе скорости при различных значениях добавочного сопротивления в цепи якоря R2,

построенные на одном графике;

6.      Пояснения различий построенных графиков для различных условий эксперимента.

7.      Осциллограммы скорости двигателей и тока якоря в цепи ДПТ с тиристорным преобразователем.

8.      Осциллограммы скорости двигателей и тока якоря в цепи ДПТ с широтно-импульсным управлением.

9.      Пояснения различий полученных осциллограмм для различных условий эксперимента.

10.  Ответы на контрольные вопросы.


 

8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1.    Какой способ регулирования скорости ДПТ реализуют системы тиристорный преобразователь  - ДПТ и ИРН – ДПТ.

2.    Перечислите основные преимущества системы тиристорный преобразователь  - ДПТ.

3.    Перечислите основные недостатки системы тиристорный преобразователь  - ДПТ.

4.    Перечислите основные преимущества системы ИРН - ДПТ.

5.    Перечислите основные недостатки системы ИРН - ДПТ.

6.    Что такое «точка естественного открывания тиристоров»в системе тиристорный преобразователь  - ДПТ?

7.    Почему на управляющие электроды тиристоров в трехфазной мостовой схеме выпрямления необходимо подавать два узких импульса с интервалом между ними в 60°?

8.    Чем обусловлен режим прерывистых токов в системах тиристорный преобразователь  - ДПТ и ИРН – ДПТ?

9.    Назовите и обоснуйте способы сужения зоны прерывистых токов в системе тиристорный преобразователь  - ДПТ.

10.         Назовите и обоснуйте способы сужения зоны прерывистых токов в системе ИРН - ДПТ.

11.         Почему нежелательно использовать приводы с системами тиристорный преобразователь  - ДПТ и ИРН – ДПТ при нагрузках привода, значительно меньших номинальных?

12.         Чем отличаются реверсивные схемы ТП от нереверсивных?

13.         Какие существуют способы управления двухкомплектными ре­версивными ТП? В чем принципиальные отличия этих способов управления?

14.         Какова причина возникновения уравнительных токов совместном управлении ТП?

15.         Каковы способы уменьшения уравнительных токов?

16.         Назовите преимущества и недостатки способов согласования углов управления комплектами вентилей?

17.         Что такое «угол отпирания тиристоров»?

18.         Каковы способы управления углом отпирания тиристоров?

19.         Назовите преимущества и недостатки способов управления углом отпирания тиристоров.

20.         В чем суть и смысл подчиненного регулирования в замкнутых электроприводах?

21.         Почему в электроприводах с пропорциональным регулятором скорости статическая ошибка регулирования больше, чем в электроприводах с пропорционально-интегральным регулятором скорости?

22.         Почему в электроприводах с пропорциональным регулятором скорости статическая ошибка регулирования возрастает при увеличении нагрузки?

23.         Чем обусловлена большая жесткость электромеханических (механических) характеристик замкнутых систем управления электроприводом по сравнению с разомкнутыми?

24.         Чем обусловлена большая жесткость электромеханических (механических) характеристик  замкнутых систем управления электроприводом с пропорционально-интегральным регулятором скорости по сравнению с замкнутыми системами управления электроприводом с пропорциональным регулятором скорости?

25.         Каковы характеристики переходного процесса в регулируемых замкнутых линейных электропроводах при настройке на технический оптимум?

26.         Как работа токоограничения сказывается на характере переходных процессов в замкнутых электроприводах?

27.         Каково назначение задатчика интенсивности управляющего сигнала в замкнутой системе тиристорный преобразователь – ДПТ?

28.         Опишите назначение основных функциональных блоков СИФУ.

29.         Что такое «скважность» управляющих импульсов в системе ИРН – ДПТ?

30.         Объясните характер электромеханических характеристик в системе ИРН - ДПТ в зоне прерывистых токов.

31.         Объясните характер электромеханических характеристик в системе тиристорный преобразователь  - ДПТ в зоне прерывистых токов.

 

 

 

 

 

 

 

9. СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

 

1.          Автоматизированный электропривод / Под общ. ред. Н.Ф. Ильинского, М.Г. Юнькова. - М.: Энергоатомиздат, 1986. – 448 с.

2.          Перельмутер В.М. Системы управления тиристорными электроприводами постоянного тока. - М.: Энергоатомиздат, 1988. -302 с.

3.          Быстродействующие электроприводы постоянного тока с широтно-импульсными преобразователями / М.Е. Гольц, А.Б. Гудзенко, В.М. Остреров. -М.: Энергия, 1986. - 184с.

4.          Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов - М.: Энергоиздат, 1985. - 560с.

5.         М.Г. Чиликин и др.. Основы автоматизированного электропривода. Учеб. пособие для вузов. М.: «Энергия», 1974. -  567 с.: ил.