Моделирование электроприводов постоянного тока с п и пи – регуляторами скорости и однофазным полностью управляемым тиристорным преобразователем

Авторы: Лебедева Валентина Васильевна

и Шитик Татьяна Вацлавовна

Омский институт водного транспорта (филиал) ФГБОУ ВО «СГУВТ»

АННОТАЦИЯ: Статья предназначена для сравнения применения регуляторов c П и ПИ- регуляторами скорости. ПИ-регулятор является одним из наиболее универсальных регуляторов. Фактически ПИ-регулятор – это Регулятор с дополнительной интегральной составляющей. И- составляющая, дополняющая алгоритм, в первую очередь нужна для устранения статической ошибки, которая характерна для пропорционального регулятора. По сути, интегральная часть является накопительной, и таким образом позволяет осуществить то, что ПИ-регулятор учитывает в данный момент времени предыдущую историю изменения входной величины.

Цель работы: изучение принципа действия, статических и динамических свойств тиристорного электропривода CП и ПИ – регуляторами скорости.

Ключевые слова: Принцип действия электропривода, выходное напряжение, моделирование электроприводов, статическая ошибка.

Описание исследуемых электроприводов.

Здесь – сопротивление и ток якорной цепи;

угловая скорость вала двигателя;

момент нагрузки;

электромагнитная постоянная времени;

конструктивный коэффициент;

заданная скорость двигателя;

передаточная функция регулятора скорости;

в случае П – регулятора;

в случае ПИ – регулятора;

ТП – тиристорный преобразователь. Структурная схема ТП приведена на рисунке 2.

Она состоит из системы импульсно-фазового управления (СИФУ) и силовой части. Назначение СИФУ – преобразование входного непрерывного напряжения управления в угол управления, отсчитываемого от момента естественного отпирания тиристоров.
Силовая часть однофазного полностью управляемого тиристорного преобразователя приведена на рисунок 3.

Временные диаграммы работы ТП в режиме непрерывных токов приведена на рисунке 4.

Здесь – угол управления,

угол проводимости тиристоров.

Среднее значение выходного напряжения за период.

где  – амплитуда выходного напряжения вторичной обмотки силового трансформатора.

Отсюда видно, что для осуществления пропорциональной зависимости между напряжением управления и величиной  необходимо обеспечить: при  угол управления  должен быть , при  величина . Такое соотношение между  и можно выполнить применением ГЛИН с формой выходного напряжения , показанной на рисунке 5.

Определим связь между углом управления  и напряжением управления:

Формирование импульса напряжения, открывающего тиристор, происходит, когда

Решая (2) относительно, получим

Тогда, с учетом (1), окончательно получим

Возможна грубая линеаризация нелинейной характеристики. В этом случае принимают ... где (5)

– коэффициент передачи ТП.

Найдем амплитуду выходного напряжения вторичной обмотки трансформатора, необходимую для обеспечения вращения вала двигателя в заданном диапазоне скорости и момента сопротивления. Тогда среднее значение за период выходного напряжения ТП:

Это напряжение обеспечиваются минимальным углом управления:

Результат расчета зависит от интуиции проектировщика (удачного выбора ).

Необходимо учитывать, что тиристоры ТП могут открыться, только если величина напряжения сети больше противо-ЭДС двигателя.

Поэтому величину, рассчитанную на основании (7), необходимо проверить на выполнение условия.

Возможен расчет без предварительной оценки величины.

Учитывая (7), (9) и получим: (10)

Выражение позволяет определить амплитуду выходного напряжения вторичной обмотки трансформатора, достаточную для обеспечения вращения вала двигателя со скоростью и момента сопротивления.

Моделирование исследуемых электроприводов на ЭВМ производится с помощью программного пакета «СИМТЕХ». Структурная схема привода с П – регулятором приведена на рисунке 7.

Система импульсно-фазного управления (СИФУ) состоит из блоков 20-29. Выходное напряжение генератора линейно изменяющегося напряжения (блок 21) сравнивается с напряжением управления (блок 19) в сумматоре 22, выходной сигнал которого приведен на рисунок 8. Одновибратор 23 формирует короткий импульс в момент перехода входного напряжения из отрицательной области в положительную. Этот импульс поступает на вход элемента И (блок 5). Синусоидальный генератор (блок 6) имитирует вторичную обмотку силового трансформатора, выходное напряжение которого с помощью реле (блок 4) преобразуется в последовательность прямоугольных импульсов.

Эти импульсы подаются на второй вход элемента И (блок 5). В момент совпадения входных импульсов на выходе блока 5 формируется импульс, который устанавливает триггер 3 в единичное состояние. Последний замыкает контакты реле 8 через которые напряжение со вторичной обмотки трансформатора (блок 6) подается на якорь двигателя (блок 10). Ток якоря инвертируется блоком 11. В момент перехода напряжения блока 11 из отрицательной области в положительную (он соответствует уменьшению тока якоря до нуля) одновибратор 12 формирует короткий импульс, который подается на первый вход элемента И (блок 1). На второй вход блока 1 поступает выходное напряжение триггера 3. Поскольку оба сигнала находятся в единичном состоянии, на выходе блока 1 формируется импульс, который сбрасывает триггер 3 в нулевое состояние. Последний размыкает контакты реле 8, что соответствует закрытому состоянию тиристоров преобразователя.

Список литературы:

1. Михайлов О.П. Автоматизированный электропривод станков и промышленных роботов. – М.: Машиностроение, 1990.

2. Зимин Е.Н., Яковлев В.И. Автоматическое управление электроприводами. – М.: Высшая школа, 1979.

3. Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В.А. Елисеева.