Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тихоокеанский государственный университет»
ЭЛЕКТРОПРИВОД С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫМ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ
Методические указания
к выполнению лабораторной работы
для студентов специальности 220201.65
«
Управление и информатика в технических системах»
Хабаровск
Издательство ТОГУ
2007
УДК 621. 398
Электропривод
с широтно-импульсным преобразователем : методические указания к выполнению лабораторной работы для студентов специальности 220201.65 «Управление и информатика в технических системах» / сост.
С. Н. Коваленко. – Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2007. – 24 с.
Методические указания составлены на кафедре «Автоматика и системотехника». В них приводятся общие сведения, порядок выполнения лабораторной работы на специализированном стенде СШИР-1, требования к оформлению отчёта, даётся перечень рекомендованной литературы, необходимой для выполнения задания.
Печатается в соответствии с решениями кафедры «Автоматика и системотехника» и методического совета института информационных технологий.
ã Тихоокеанский
государственный
университет, 2007
Лабораторная работа
Электропривод с широтно-импульсным преобразователем
Цель:
исследование статических и динамических характеристик разомкнутого нереверсивного электропривода с широтно-импульсным преобразователем.
1.
Общие сведения
Регулирование напряжения на якоре двигателя постоянного тока (ДПТ) можно осуществить импульсным методом, когда двигатель периодически подключается к источнику питания и отключается от него. При этом в тот период, когда двигатель подключён к источнику питания, происходит передача энергии от источника к электроприводу, которая главным образом передаётся через вал производственному механизму, а часть её запасается в виде кинетической и электромагнитной энергии; в период же отключения электропривод продолжает работать, используя запасённую энергию.
Упрощённая схема силовой части системы импульсного регулирования напряжения на якоре двигателя постоянного тока представлена на рис. 1, а
на которой Вп – трёхфазный выпрямитель, К
– управляемый ключ, VD
– обратный диод, С
ф
– конденсатор фильтра. В этой системе якорь двигателя с помощью коммутирующего ключа периодически подключается к источнику постоянного тока, напряжение которого неизменно. На интервале замкнутого состояния ключа К
t
и
к якорю двигателя прикладывается среднее значение ЭДС выпрямителя Е
d
(рис.1, б
). Ток якоря i
я
при этом экспоненциально возрастает вследствие влияния индуктивности якорной цепи (рис.1, в
). Диод VD
в этом случае закрыт в результате подачи на его анод отрицательного напряжения источника питания. На интервале t
П
ключ К
размыкается и ток якоря i
Я
под действием ЭДС самоиндукции спадает через обратный диод VD
. В этот период i
я
=
i
д
.
Благодаря диоду VD
значительно уменьшаются пульсации тока якоря, а также исключаются коммутационные перенапряжения на ключе и обмотке
якоря. Затем процесс повторяется через каждый период цикла коммутации Т
к.
.
Рис.1. Система импульсного регулирования напряжения на якоре ДПТ: а - упрощённая схема силовой части; б - её эквивалентная схема замещения; в - диаграммы изменения напряжения на якоре двигателя и токов: якоря, потребляемого от источника и в обратном диоде
Временные диаграммы напряжения и токов в схеме построены на
рис. 1, в
в предположении равенства нулю падений напряжений на открытых полупроводниковых приборах и равенства нулю внутреннего сопротивления источника питания R
в
(рис. 1, б
) для постоянного и переменного тока.
Способы регулирования скважности
Как следует из рис. 1, в,
среднее значение напряжения на якоре двигателя U
я.ср
, а следовательно, и его угловая скорость вращения, может регулироваться
изменением скважности импульсов g
= t
и
/ Т
к.
, где t
и
– длительность импульса,
Т
к
– период коммутации.
Это изменение может быть получено одним из трех способов:
· регулированием t
и
– продолжительности включенного состояния К
, при
постоянной частоте импульсов f =
l/ Т
к
; т. е. при Т
к
= const, а t
и
=
var.
Та-
кой способ называется широтно-импульсным регулированием (ШИР);
· регулированием частоты импульсов, при постоянным времени включения К
– t
и
, т. е. при t
и
= const и Т
к
= var. Это частотно-импульсный способ регулирования (ЧИР).
· при изменении как частоты импульсов, так и продолжительности замкнутого состояния К
, т. е. при Т
к
= var и t
и
= var – широтно-частотный способ импульсного регулирования (ШЧИР).
Наибольшее распространение в технике электропривода получило широтно-импульсное регулирование.
Устройства, преобразующие напряжение сети в регулируемое напряжение питания двигателя постоянного тока с помощью широтно-импульсного регулирования, называются широтно-импульсными преобразователями (ШИП). Схема питания якорной цепи двигателя постоянного тока от ШИП (рис. 1, а
) получила название системы ШИП-Д.
Широтно-импульсный преобразователь
Функционально ШИП состоит из двух частей: блока широтно-импульсного модулятора (ШИМ) и силового блока, который включает в себя выпрямитель (Вп) и силовой коммутатор (СК) (рис. 2, а
).
Широтно-импульсный модулятор преобразует входную координату – напряжение управления U
у
во внутреннюю координату – скважность включения вентилей g
.
В состав ШИМ входят: генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), схема сравнения (СС), распределитель импульсов (РИ) и усилители импульсов (У). ГЛИН вырабатывает с частотой f =
l/ Т
к
напряжение U
глин
, ко-
торое может быть синусоидальной, треугольной, пилообразной и т.д. формы.
Схема сравнения анализирует на своем входе два сигнала U
глин
и U
у
. При U
глин
-U
у
£
0
сигнал на выходе схемы сравнения U
с.с
(рис. 2, б
) положительный максимального уровня, при U
глин
-U
у
>
0
сигнал U
с.с
отрицательный максимального уровня. РИ распределяет импульсы управления по силовым ключам коммутатора.
Рис. 2. Система ШИП-Д: а – обобщённая функциональная схема; б – временные диаграммы напряжений в схеме для линейно нарастающего напряжения управления
Силовой коммутатор реализует посредством включения и отключения силовых ключей заданную с помощью ШИМ скважность в виде выходной ЭДС ШИП, среднее значение которой определяется интегралом
(1)
Силовой коммутатор в схеме (рис. 1, а
) не позволяет изменять полярность выходного напряжения, в связи с чем такую схему называют нереверсивной. Нереверсивная схема формирует однополярные импульсы выходной ЭДС со средним значением согласно (1)
(2)
К выходу коммутатора подключен двигатель М для которого U
я.ср
= Е
п
.
Силовой коммутатор может быть реализован также и по реверсивной (мостовой) схеме (рис. 5, б
). В этом случае выбор направления вращения осуществляется за счёт парного включения транзисторов VT1, VT4 или VT2, VT3 либо более сложной комбинацией переключения силовых ключей [1].
Динамические свойства ШИП моделируются передаточной функцией с учётом запаздывания в виде
W(
p)=
K
п
е -Т
З р
, (3)
где Т
З
– постоянная времени чистого запаздывания, определяемая как Т
З
= 1/
f
к
;
f
к
– частота коммутации; K
п
– коэффициент передачи ШИП.
K
п
=
E
п
/
U
у
. (4)
При высокой частоте f
к
реально ШИП можно считать безынерционным звеном, для которого
W(
p)=
K
п
. (5)
Регулирование скорости в разомкнутой системе ШИП-Д
Хотя напряжение u
я
изменяется между нулевым и номинальным значением (рис. 1, в
), ток двигателя i
я
из-за наличия индуктивности в якорной цепи совершает незначительные колебания относительно среднего значения. Момент двигателя при этом имеет также незначительную пульсацию. Благодаря этому и механической инерционности двигателя его частоту вращения можно принять постоянной. С учётом этого допущения уравнения электромеханической и механической характеристик при импульсном регулировании имеют вид
; (6)
, (7)
где w
– угловая скорость вращения, рад/с; w
0
– угловая скорость идеального холостого хода, рад/с; D
w
– перепад скорости; с
– коэффициент ЭДС двигателя; Е
п
– ЭДС ШИП; R
я
– сопротивление обмоток двигателя; R
п
– внутреннее сопротивление ШИП включающее R
в
и сопротивление замкнутого ключа К
.
Из уравнений (6) и (7) следует, что угловую скорость можно регулировать в широких пределах, изменяя Е
п
, а жёсткость механических характеристик при регулировании угловой скорости постоянна. В этом случае электромеханические и механические характеристики для различных значений скважности изображаются прямыми линиями (рис. 3, а
), параллельными друг другу.
а) б)
Рис. 3. Электромеханические (механические) характеристики системы ШИП-Д, выполненной по схеме рис.1, а
: а – идеализированные; б – реальные
При этом характеристики системы ШИП-Д имеют по сравнению с естественной характеристикой ДПТ–НВ несколько больший наклон из–за наличия сопротивления R
п
в выражении для перепада скорости (6) и (7).
Режим прерывистых токов в системе ШИП- Д
Однако выражения (6) и (7) справедливы только в той части характеристик, когда токи имеют непрерывный характер. При уменьшении момента сопротивления на валу двигателя и малых значениях индуктивности якорной цепи мгновенные значения тока якоря i
я
могут достигать нулевого значения, как показано на нижнем графике (рис. 4). В этом случае движение привода во время паузы тока связано с большим расходом запаса кинетической энергии, чем в режиме непрерывного тока, и соотношение между w
ср
и I
я.ср
изменяется по сравнению с режимом непрерывного тока. Поэтому в случае прерывистых токов наблюдаются нелинейности электромеханических и механических характеристик, которые особенно проявляются при малых нагрузках и скважностях, как показано на рис. 3, б
.
Рис. 4. Диаграммы токов при среднем значении индуктивности якорной цепи и различных моментах сопротивления на валу двигателя для g
= 0,5
Здесь штриховой линией w
гр
( I
я.гр
) отделена зона прерывистых токов. Условия определения гранично-непрерывного (граничного) тока в соответствии с рис. 4 могут быть сформулированы следующим образом [4]:
, (8)
где I
к.з
=E
d
/
R
я
S
, Т
я
=
L
я
S
/
R
я
S
,
R
я
S
=(
R
п
+
R
я
)
– суммарное сопротивления якорной цепи системы ШИП-Д.
Из последнего выражения видно, что граничный ток изменяется при регулировании скорости. Наибольшего значения гранично-непрерывный ток достигает при g
= 0,5, а при g
= 1 и g
= 0 имеем I
я.гр
= 0, что естественно, так как в первом случае якорь двигателя всё время подключён к сети, а во втором имеет место режим динамического торможения при отсутствии дополнительного сопротивления в цепи якоря.
В режиме прерывистых токов скорость идеального холостого хода для всех значений скважности будет одинаковой и определяется как
w
0
= Е
п
/с .
(9)
Наличие зоны прерывистых токов ограничивает регулировочные возможности электропривода. Для сужения зоны прерывистых токов используют следующие средства:
· включение в цепь якоря дополнительной индуктивности;
· увеличение частоты коммутации;
· применение схем ШИП с возможностью реверса тока якоря.
При включении в цепь якоря дополнительной индуктивности одновременно возрастает суммарное, активное сопротивление якорной цепи. Это ведёт к снижению жёсткости статических характеристик, увеличению потерь и габаритов системы.
Увеличению частоты коммутации препятствует рост потерь в ключе (транзисторе, тиристоре) и его предельные динамические параметры, а уменьшение ведёт к увеличению зоны прерывистых токов. Обычно частота коммутации (f
к
) составляет 800–1200 Гц.
Схема силовой части ШИП с возможностью реверса тока якоря двигателя приведена на рис. 5, а
. В этой схеме в отличие от схемы на рис.1 а
используется дополнительный транзисторный ключ VT2,
коммутируемый в противофазе с основным ключом VT1
(когда ключ VT1
замкнут, ключ VT2
разомкнут и наоборот). За счёт ключа VT2
ток якоря двигателя может менять направление (в переходных режимах или при активном моменте нагрузки двигателя).
При этом двигатель работает в режиме динамического торможения. Энергия, поступающая с вала двигателя, через транзистор VТ2
частично гасится на активных сопротивлениях якоря, частично через диод VD1
запасается в конденсаторе
фильтра С
ф
выпрямителя (см. рис. 1, а
). Диоды VD1
и VD2
обеспечивают протекание токов самоиндукции и защиту ключей VT1
и VT2
от перенапряжений, возникающих при коммутации. Схема обеспечивает режим непрерывного тока при любой нагрузке и регулируемую скорость холостого хода двигателя.
Рис. 5. Схемы силовой части ШИП: а – с возможностью реверса тока якоря; б – мостовая
Широтно-импульсный преобразователь (ШИП) характеризуется большой полосой пропускания и большей линейностью характеристик управления. Поэтому ШИП находит применение для электропривода с высоким быстродействием и точностью регулирования. Он особенно удобен при наличии сети постоянного тока или в автономных установках при питании привода от аккумуляторов. Однако широтно-импульсная модуляция выходного напряжения вызывает пульсацию тока якоря, приводящую к дополнительному нагреву ДПТ. Для режима рекуперации энергии потребуется источник питания ШИП, допускающий оба направления тока. При отсутствии такого источника обычно применяют неуправляемый выпрямитель, дополняемый соответствующими цепями, в которых должна гаситься рекуперируемая нагрузка электроэнергии. Отмеченные недостатки ШИП ограничивают его применение для электроприводов небольшой мощности – от долей киловатт до нескольких киловатт.
2. Описание лабораторного стенда СШИР-1
Стенд состоит из электромеханического агрегата и приборного блока, соединенных между собой специальным кабелем. Приборный блок подключается к трехфазной сети 380 В. Коммутация сетевого напряжения осуществляется автоматическим выключателем на левой боковой панели приборного блока.
Электромеханический агрегат
Электромеханический агрегат состоит из двигателя постоянного тока
Д-127Т, технические данные которого приведены в прил. 1, синхронного тахогенератора, электромагнитного тормоза с моментомером.
Приборный блок
Перевод обозначений на лицевых панелях приборного блока
POWER – энергия
SUPPLY VOLTAGE – напряжение питания
ARMATURE CURRENT – ток якоря
ARMATURE VOLTAGE – напряжение якоря
SPEED – скорость
RELATIVE PULSE DURATION – относительная длительность импульса
(скважность)
REFERENCE VOLTAGE – задающее напряжение
CONTROL VOLTAGE – управляющее напряжение
SAW-TOOTH VOLTAGE GENERATOR – генератор пилообразного напряжения
COMPENSATOR – компенсатор
GAIN CONTROL – задатчик коэффициента передачи
LOW-PASS FILTER – фильтр низких частот
RECTIFIER – выпрямитель
DIGITAL TACHOMETER – цифровой тахометр
А.С. TACHOGENERATOR – тахогенератор переменного тока
ELECTROMAGNETIC BRAKE – электромагнитный тормоз
CURRENT SOURCE – источник тока
BRAKE CONTROL – задатчик нагрузки
COMPARATOR – сравнивающее устройство
TGW – обмотка тахогенератора
ЕW – обмотка возбуждения тормоза
СМРТ – внешнее управление (от компьютера)
На левой лицевой панели приборного блока расположены индикаторы и измерительные приборы (табл. 1), а также разъем для подключения электромеханического агрегата.
Tаблица 1
Назначение индикаторов и приборов
| Наименование |
Выполняемая, функция |
| Индикатор POWER |
Индикация наличия трехфазного питания приборного блока |
| Цифровой тахометр SPEED, rad/s |
Измерение скорости вращения ДПТ, рад/с |
| Приборы измерительные стрелочные: |
|
| SUPPLY VOLTAGE |
Измерение напряжения питания ДПТ |
| ARMATURE CURRENT |
Измерение тока якоря ДПТ |
| ARMATURE VOLTAGE |
Измерение напряжения якоря ДПТ |
| RELATIVE PULSE DURATION |
Измерение скважности управляющих импульсов |
| SPEED, rad/s |
Измерение скорости вращения ДПТ, рад/с |
На правой лицевой панели приборного блока приведено изображение электрических функциональных блоков для построения системы ШИП-Д. Здесь же расположены коммутационные гнезда для изменения конфигурации системы (размыкания обратной связи, отключения отдельных блоков) и контрольные гнезда (К1 – К6, К15, К17 – К19, К22 – К24), а также тумблеры и потенциометры для ступенчатого и плавного изменения задающих воздействий и коэффициента передачи корректирующего устройства.
Буквенные обозначения электрических элементов на схеме:
К – коммутационное (контрольное) гнездо
L – катушка индуктивности
М – двигатель
РА – амперметр
PV – вольтметр
R – потенциометр
S – тумблер
VD – диод
VT – транзистор
3. Описание схемы на лицевой панели приборного блока
Функциональная электрическая схема, представленная на правой лицевой панели приборного блока, приведена на рис. 6. Рассмотрим прохождение сигналов для случая, когда с помощью элементов коммутации собрана разомкнутая система управления, аналогичная схеме на рис. 2, а
.
Задатчик скорости – потенциометр R1 формирует напряжение управления U
у
,
которое поступает в К16 – на вход широтно-импульсного модулятора
(ШИМ). Вход ШИМ является одновременно вторым входом компаратора, на первый вход которого в К15 подаются импульсы с выхода генератора пилообразного напряжения (SAW-TOOTH VOLTAGE GENERATOR). Частота импульсов может быть выбрана с помощью тумблера S2; равной 100 или 1000 Гц. На выходе компаратора (К24) формируются прямоугольные импу
Если S5 замкнут, то импульс отрицательной полярности с выхода ШИМ открывает транзистор VT2 (транзистор VT1 при этом закрыт), который обеспечивает динамическое торможение двигателя.
Назначение диодов VD1 и VD2 дано в описании к схеме (рис. 5, а
).
Блок задания момента нагрузки (Electromagnetic brake) управляется с помощью потенциометра R3 (Brake control), при этом регулируется постоянный ток в обмотках электромагнитного тормоза EW, в магнитном поле которых вращается медный цилиндр, приводимый в движение двигателем. В результате взаимодействия вихревых токов в медном цилиндре и магнитного поля обмоток EW на валу двигателя создаётся момент сопротивления.
4. Порядок выполнения работы:
1. Ознакомьтесь с устройством стенда, принципом действия схемы,
назначением регуляторов R1 – R3 и переключателей S1 – S5.
2. Соберите схему для исследования разомкнутой
системы ШИП-Д. Для этого установите перемычки в гнёзда К7 – К8, К13 – К16, К10 – К9, К20 – К21, переключатель S4, S5 в положение разомкнуто, S1 в положение замкнуто, S2 в положении 100 Гц ( f
= 100 Гц).
а) Включите стенд переводом ручки автоматического выключателя вверх на левой боковой панели стенда. Если схема собрана правильно, то при вращении задатчика частоты вращения – R1 скорость двигателя должна изменяться.
Вращением R1 установите скважность напряжения на якоре g = 0,5 по прибору РА1 «RELATIVE PULSE DURATION». Включите блок торможения переключателем S4 и установите c помощью регулятора момента сопротивления на валу двигателя R3 по амперметру РА2 «ARMATURE CURRENT » ток якоря двигателя соответствующий I
я.ср
= 0,1 А .
Для измерения тока якоря подключите сигнальный провод первого канала осциллографа С1 – 83 в гнездо К3, а общий провод – в К4.
Для измерения напряжения на якоре сигнальный провод 2–го канала подключите в К6 (общий провод 2–го канала не используется). Входной делитель первого канала установите в положение 1mV (множитель 1:10), второго – в положение 0,5V (множитель 1:10), кнопку выбора полярности входного сигнала второго канала в положение «отрицательная», переключатель режимов коммутации каналов в положение прерывистый режим – «…», частоту развёртки в положение 2ms
, множитель развёртки в положение «1», а соответствующие переключатели синхронизации в положение «внутренняя», «I-II», «+», «НЧ». Осциллограмму тока расположите под осциллограммой напряжения. Выберите положение нулевого уровня на осциллограммах. Ручкой «уровень синхронизации» зафиксируйте изображение на экране. Сигнал тока очень мал, из-за чего измерения сопровождаются помехой. Поэтому в качестве информационной возьмите верхнюю огибающую измеряемого сигнала тока. Зарисуйте полученную осциллограмму.
Плавно вращая ручку R3 по часовой стрелке, с помощью осциллографа убедитесь, что для скважности 0,5 при любых значениях нагрузки, схема работает только в режиме прерывистого тока. Проверьте наличие режима прерывистого тока для скважности 0,3 и 0,9.
б) Исследуйте влияние индуктивности якорной цепи на форму
прерывистого тока для чего разомкните К7 – К8. Остальные параметры без изменений. Зарисуйте осциллограмму соответствующую скважности 0,5 и току якоря двигателя I
я.ср
= 0,1 А . Плавно вращая ручку R3, по часовой стрелке определите граничный ток для скважности 0,5. Момент исчезновения прерывистого тока контролируйте по осциллографу. Зарисуйте эту осциллограмму. Определите граничный ток для значений скважности 0,3 и 0.8.
в) Исследуйте влияние схемы с реверсом тока на форму напряжения и прерывистого тока. Замкните К7 – К8 и S5. Зарисуйте осциллограмму соответствующую скважности 0,5 и току якоря двигателя I
я.ср
= 0,1 А . Убедитесь, что при скважности 0,3, 0,5 и 0,8, ток в течение периода принимает как положительное, так и отрицательное значения вследствие чего прерывистый ток отсутствует.
г) Исследуйте влияние частоты коммутации на форму прерывистого тока.
Для этого переключателем S2 установите частоту коммутации 1000 Гц, а частоту развёртки осциллографа 0,2ms. К7 – К8 замкните, S5 разомкните. Зарисуйте осциллограмму соответствующую скважности 0,5 и току якоря двигателя I
я.ср
= 0,1 А . Для скважностей 0.3, 0,5, 0.8 определите граничный ток .
д) Снимите осциллограмму переходного процесса w =
f(
t)
разомкнутой системы для скважности 0,5 (f
= 100 Гц, К7 – К8 замкнуто) при скачке управляющего воздействия и отсутствии нагрузки. Для этого переключите сигнальный провод 2-го канала осциллографа из К6 в К18. Входной делитель второго канала в положение 0,2 V. Нажмите переключатель полярности входного сигнала второго канала. Луч первого канала уберите с экрана. Тумблером S1 включите вращение двигателя. Отрегулируйте ручкой «плавно», входного делителя второго канала, движение луча таким образом, что бы по вертикали луч не выходил за границы экрана в обоих положениях S1. Установите длительность развёртки 0.5s, что соответствует режиму движущейся точки. Получите реакцию системы на скачок входного сигнала, для чего выключите тумблер S1, а затем снова включите его, когда луч будет находиться в левом нижнем углу осциллографа. Срисуйте с экрана осциллографа переходный процесс.
Оцените по осциллограмме время переходного процесса и его характер.
е) Снимите данные для построения статических характеристик разомкнутой системы w =
f(
I
я.ср
)
при отсутствии средств сужения зоны прерывистых токов для скважностей 0,3, 0,5, 0,8, 1. Для этого установите заданную скважность и остальные параметры схемы в соответствии с табл. 2. Затем, изменяя величину тока нагрузки по табл. 2, начиная со второго измерения, по нижней шкале стрелочного тахометра снимайте соответствующие показания значений скорости. Тахометр находится в верхней левой части стенда (цифровой измеритель скорости не используется). В таблице I
я.хх
это значение тока якоря холостого хода двигателя, которое соответствует выключенному S4. Для каждой скважности своё значение I
я.хх
и своя таблица. Значение скорости идеального холостого хода, соответствующее I
я.ср
= 0, рассчитайте по уравнению (прил. 2). Полученное значение разделите на коэффициент приведения показаний шкалы тахометра - Кт
= 22,77 рад/дел и занесите в таблицу. Момент сопротивления измеряется по шкале установленной на моментомере в Ньютон метрах
. Коэффициент приведения показаний шкалы моментомера равен Км
= 0,003 Н
×м/дел
.
Таблица 2
Исследование статических характеристик системы при отсутствии
средств сужения зоны прерывистого тока,
f
= 100 Гц,
L = 0
(К7
– К8 замкнуто),
S5 разомкнут
| Номер измерения |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
| w
|
||||||||||
| I
|
0 |
I
|
0,1 |
0,15 |
0,25 |
0,3 |
0,35 |
0,4 |
0,45 |
0,5 |
| М
|
По данным табл. 2 постройте четыре статические электромеханические характеристики w =
f(
I
я.ср
)
в одних осях и одну характеристику M =
f(
I
я.ср
).
ж) Исследуйте влияние индуктивности якорной цепи на форму
статических характеристик, для чего повторите снятие статических характеристик, но для L > 0 (табл. 3).
Таблица 3
Исследование влияния индуктивности,
f
= 100 Гц, К7-К8 разомкнуто,
S5 разомкнут
| Номер измерения |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
| w
|
||||||||||
| I
|
0 |
I
|
0,1 |
0,15 |
0,25 |
0,3 |
0,35 |
0,4 |
0,45 |
0,5 |
По данным табл. 3 постройте четыре статические характеристики в одних осях координат. На характеристиках обозначьте зону прерывистых токов.
з) Исследуйте влияние схемы c реверсом тока на форму статических
характеристик, для чего повторите снятие статических характеристик для скважностей 0,3, 0,5, 0,8, 1, с параметрами схемы, указанными в табл. 4. По данным табл. 4 постройте четыре статические характеристики в одних осях координат.
Таблица 4
Исследование влияния схемы с реверсом тока,
f
= 100 Гц, К7-К8
замкнуто,
S5 замкнут
| Номер измерения |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
| w
|
||||||||||
| I
|
0 |
I
|
0,1 |
0,15 |
0,25 |
0,3 |
0,35 |
0,4 |
0,45 |
0,5 |
и) Исследуйте влияние частоты коммутации на форму статических характеристик, для чего снимите статические характеристики для скважностей 0,3, 0,5, 0,8, 1, с параметрами схемы, указанными в табл. 5. По данным табл. 5 постройте характеристики в одних осях координат. На характеристиках обозначьте зону прерывистых токов.
Таблица 5
Исследование влияние частоты коммутации ,
f
= 1000 Гц, К7 -
К8 замкнуто,
S5 разомкнут
| Номер измерения |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
| w
|
||||||||||
| I
|
0 |
I
|
0,1 |
0,15 |
0,25 |
0,3 |
0,35 |
0,4 |
0,45 |
0,5 |
5. Содержание отчёта
1. Осциллограммы напряжений и токов из подп. 2а-г.
2. Осциллограммы переходного процесса w=
f(
t)
из подп. 2д.
3. Статические характеристики w =
f(
I
я.ср
)
и M =
f(
I
я.ср
) из подп. 2е-и.
4. Выводы.
5.
Контрольные вопросы и задания
1. На рис. 6 для исследуемой системы выделите объект управления, ШИП, управляющую (по возмущению, по управлению) и информационно-измерительную части электропривода (компаратор входит в ШИП).
2. Нарисуйте структурную схему исследуемой разомкнутой системы.
3. Как проходит сигнал управления в исследуемой системе?
4. Нарисуйте осциллограммы на входах и выходе компаратора.
5. Укажите элементы выполняющие функцию распределителя импульсов?
6. Дайте численное значение жёсткости одной из статических характеристик из подп. 2е разомкнутой системы.
7. Как рассчитывалась скорость идеального холостого хода?
8. По результатам подп. 2б объясните, что такое режим прерывистых токов.
9. Нужно ли бороться с прерывистым током и почему?
10. Назовите пути сужения области прерывистых токов.
11. Как влияет противо – ЭДС двигателя в режиме прерывистых токов на форму напряжения на якоре двигателя?
12. Как влияет момент сопротивления на прерывистый ток в цепи якоря с индуктивностью?
13. На примере осциллограммы из подп. 2г для g
= 0,5 и I
я.ср
= 0,1 А укажите, как изменяются направления токов в силовой части схемы в пределах одного периода.
14. Объясните назначение диодов VD1
и VD2
.
15. Объясните назначение транзистора VT2
и укажите направления токов в силовой части схемы для осциллограммы подп. 2в при g = 0,5 и I
я.ср
= 0,1 А..
Приложение 1
Основные параметры двигателя Д127Т
Напряжение питания 27 В
Вращающий момент 0,022 Н·м
Сопротивление обмоток якоря при 20 °С 23 Ом
Номинальный ток 0,45 А
Номинальная угловая скорость вращения 230 ±23 рад/с
Номинальная частота вращения 2200 ±220 об/мин
Тип возбуждения магнитоэлектрическое
Гарантийный срок службы 8 лет
Приложение 2
Порядок расчёта скорости идеального холостого хода
Так как сопротивление медного провода обмоток электродвигателя зависит от температуры, в качестве расчётного примем сопротивление якорной цепи, соответствующее температуре 50 °С:
R
я
=
R
я.хол
[1+
a
(t
нагр
-
t
хол
)],
где a = 0,004 1/°С- температурный коэффициент сопротивления меди.
Используя данные для номинального режима из (прил. 1), определяем коэффициент ЭДС двигателя
с=кФ
ном
=
(U
ном
-I
я.ном
R
я
)/
w
ном
.
Тогда скорость идеального хода естественной электромеханической характеристики определяется как
w
0
=
U
н
ом
/c
.
Библиографический список
1. Терехов В. М. Элементы автоматизированного электропривода : учеб. для вузов / В. М. Терехов. – М. : Энергоатомиздат, 1987. – 224 с.
2. Чиликин М. Г. Общий курс электропривода : учеб. для вузов/ М. Г. Чиликин, А. С. Сандлер. – М. : Энергоатомиздат, 1981. – 576 с.
3. Ильинский Н. Ф. Основы электропривода : учеб. пособие для вузов/ Н. Ф. Ильинский. - 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Изд-во МЭИ, 2003. – 224 с.
4. Справочник по автоматизированному электроприводу/ под ред. В. А. Елисеева и А. В. Шинянского. – М. : Энергоатомиздат, 1983. – 616 с.
Оглавление
1. Общие сведения ……………………………………………….…..………..….. 3
Способы регулирования скважности……….……………………………..……4
Широтно-импульсный преобразователь……………………………….….…....5
Регулирование скорости в разомкнутой системе ШИП-Д...………….…...…7
Режим прерывистых токов в системе ШИП-Д….………….…….………........8
2. Описание лабораторного стенда СШИР-1………………....………...………. 12
Электромеханический агрегат……………………………….……………......12
Приборный блок……………………….…………………………...…………...12
3. Описание схемы на лицевой панели приборного блока……….…...………...14
4. Порядок выполнения работы………………………………………...……...…16
5. Содержание отчёта………………………………………………..…….….…...20
6. Контрольные вопросы и задания……………………..............................….…21
Приложение 1 ……………………………………………………….……….…22
Приложение 2……………………………………………….…………………..22
Библиографический список…………………..…………….………..…………23
Электропривод с широтно-импульсным преобразователем
Методические указания к выполнению лабораторной работы
для студентов специальности 220201.65
«Управление и информатика в технических системах»
Коваленко Сергей Николаевич
Главный редактор Л. А. Суевалова
Редактор Н. Г. Петряева
Подписано в печать 11.06.07. Формат 60x84 1/16.
Бумага писчая. Гарнитура «Таймс». Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,39.
Тираж 100 экз. Заказ
Издательство Тихоокеанского государственного университета.
680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136.
Отдел оперативной полиграфии издательства
Тихоокеанского государственного университета
680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136.