Структурная схема электромеханического преобразования энергии

Математическое описание асинхронного двигателя при наличии шести обмоток на статоре и роторе с учётом их взаимного расположения, множества связей между ними, блоков произведения и нелинейностей достаточно сложно. В практике электропривода находят применение методы, в которых математическое описание упрощается за счёт различных допущений. Представление двигателя в виде эквивалентной двухфазной машины позволяет несколько упростить математическое описание и структурную схему асинхронного двигателя. Переход к упрощенной структурной схеме на основании записи уравнения момента двигателя М(s) в частных производных по напряжению питания, частоте и скорости оставляет нелинейные коэффициенты усиления. Для рассмотрения переходных процессов на рабочем участке механической характеристики возможно применение более простого соотношения между моментом и скоростью двигателя –формулы Пинчука И.С.

где β = 2*Мк / (ω0н*Sк) модуль жесткости линеаризованной механической характеристики.

Передаточная функция электромеханического преобразования энергии в асинхронном двигателе:

После преобразований структурная схема асинхронного двигателя для рабочего участка механической характеристики полностью повторяет структурную схему двигателя постоянного тока независимого возбуждения (см. рисунок 5).

Рисунок 6 - Апериодическое звено

Для асинхронного двигателя

Пределы целесообразного использования полученных соотношений ограничиваются значениями момента – 0,8*Мк ≤ М < 0,8*Мк.

Если необходимо рассматривать работу асинхронного двигателя при больших скольжениях, при частотном регулировании скорости и момента в широких пределах следует обращаться к более сложному математическому описанию преобразования.

9.3 Структурные схемы электрических преобразователей энергии

Электрическое преобразование энергии выполняют различные устройства: тиристорные и транзисторные преобразователи переменного тока в постоянный, преобразователи частоты, широтно-импульсные преобразователи и пр., а также обычные резисторы, устанавливаемые в силовую цепь двигателя. Преобразователи электрической энергии используются в качестве регуляторов мощности, обеспечивая подачу на зажимы двигателя заданного напряжения или тока в зависимости от требований к электроприводу как в установившихся, так и в переходных режимах.

При питании силовой цепи двигателя от сети неизменного напряжения в качестве регулятора мощности применяют добавочные сопротивления в силовой цепи и релейно-контакторные станции управления для включения или выключения ступеней этих сопротивлений. Соответствующий подбор этих резисторов обеспечивает правильную пусковую диаграмму (реостатное регулирование момента) и требуемую скорость движения рабочего органа (реостатное регулирование скорости).

При питании двигателя постоянного тока от тиристорного преобразователя в силовую цепь дополнительно включаются активные и индуктивные сопротивления обмоток трансформатора (или токоограничивающего реактора) и сглаживающего реактора, в результате возрастают Rяц и Lяц и изменяются параметры структурной схемы Кяц и Тя.

Силовая часть тиристорного преобразователя относительно мгновенных значений входной и выходной координат представляет собой нелинейную импульсную систему, которая в полосе пропускания частот, ограниченной практически частотой сети, может рассматриваться как безынерционное звено с косинусоидальной зависимостью средней ЭДС Еd от угла открывания α. Фазовые сдвиги угла α относительно напряжения управления Uу вносит система импульсно-фазового управления.

Передаточная функция тиристорного преобразователя для линейного участка регулировочной характеристики Еd = f(Uу) имеет вид

Ктп = Еd / Uу коэффициент усиления преобразователя.

С целью упрощения расчётов на стадии выбора и расчёта элементов силовой части электропривода появляется возможность не учитывать инерционность ТП и представлять ТП безынерционным звеном с коэффициентом усиления Ктп. Учёт падения напряжения в элементах преобразователя при изменении нагрузки учитывается изменением параметров структурной схемы Кяц и Тя.

Всё приведенное выше относится к преобразователям частоты. Более того, в связи с тем, что в схеме ПЧ в контуре протекания токов включено большее число элементов (тиристоров, дросселей и т.п.), электрические данные которых на стадии проектирования неизвестны, а также учитывая наличие внутренних обратных связей в преобразователе, обеспечивающих поддержание заданного напряжения на выходе при изменении нагрузки, появляется возможность не учитывать падение напряжения внутри преобразователя (считать его внутреннее сопротивление равным нулю).

Таким образом, тиристорный преобразователь электрической энергии является безынерционным звеном с коэффициентом усиления Ктп.

Выходное напряжение и частота преобразователей формируется на их входе с помощью входных устройств. В настоящее время практически все преобразователи укомплектованы задатчиками интенсивности ЗИ с различными законами изменения управляющего напряжения.

Наиболее часто применяют интегральные ЗИ, обеспечивающие плавное линейное нарастание управляющего напряжения, и пропорционально-интегральные ЗИ, в котором совместно с интегральным каналом работает пропорциональный канал. Структурная схема ЗИ для участка линейного изменения напряжения на рисунке 7.

Рисунок 7 - Структурная схема ЗИ для участка линейного изменения напряжения