ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЭЛЕКТРО­ПРИВОД

УПРАВЛЕНИЕ ПУСКОМ

Электромагнитные переходные процессы при пуске, происходя­щем обычно с нулевыми начальными условиями (Сін==0), зависят от закона изменения питающего напряжения, вида корней р, р2 и амплитуд свободных составляющих переходного процесса (Сіо).

Одним из действенных способов управления переходными про­цессами при пуске в системах с полупроводниковыми преобразо­вателями является программное изменение во времени амплитуды переменного питающего напряжения [6,18,64], что позволяет огра­ничивать динамические моменты и Обеспечивать требуемый закон изменения момента двигателя в переходных режимах.

Для управления напряжением на выходе преобразователя не­обходимо изменять регулирующее воздействие а (у) , т. е. обеспе­чить изменение иу=1(т). Ввиду нелинейной зависимости между напряжением управления (Uy) и действующим значением первой гармоники переменного напряжения законы Us=f(x) не повторя­ют заданного на вход системы управляющего программного воз­действия Uy=f (т). Однако, как указывалось ранее, для форми­рования процесса существенное значение имеет не вид Us=f( Т),

а время регулируемости процесса (трег), поэтому целесообразно задавать наиболее просто реализуемые экспоненциальный или ли­нейный закон возрастания Uy=f(x).

При использовании тиристорных преобразователей угол откры­тия вентилей регулируется от начального значения ан (обычно ан= 115-^-120°) до конечного значения ак—Ф, когда Uи=1. При применении транзисторных преобразователей в статорных цепях у целесообразно изменять от 0,1 до 1, чему, как следует из (2.116), соответствует и изменение от 0,1 до 1.

Так как максимум пускового электромагнитного момента при нулевых электромагнитных начальных условиях наступает при т^1,5я (/^0,015 с) [39], то для его ограничения до уровня Мк достаточно (для двигателей рассматриваемого диапазона мощно­сти PN не более 20—30 кВт) обеспечить трег (1-^—4) я, т. е. /рег (0,01-5-0,04) с.

Увеличивая трег, можно обеспечить желаемую скорость измене­ния момента, т. е. его плавное нарастание до установившихся зна­чений на статической характеристике, что должно привести к уве­личению времени пуска двигателя [6, 17, 18]. При заданном зна­чении Трег скорость, при которой двигатель выходит на естествен­
ную характеристику, зависит от статического момента и момента инерции электропривода.

Для иллюстрации этих положений на рис. 3.1 приведены экс­периментальные осциллограммы пуска двигателей при экспонен­циальном законе изменения Uy=f(t) с разными постоянными вре­мени Ті. Суммарный момент инерции электропривода / выражен через момент инерции двигателя /д.

Анализ корней характеристического уравнения при to=0 по­зволяет оценить роль свободных составляющих потокосцеплений (3.8) в образовании переходного момента и наметить дальнейшие пути управления им. Так, приняв а=0, из (3.6) при со=0 получаем СО! = 0, Cl»2=0 и величины

р^О,

ias' ~~аг)>

т. е. наиболее существенное влияние на электромагнитные пере­ходные процессы оказывает медленно затухающая свободная со­ставляющая с корнем pi [38, 39, 57]. Поэтому для ограничения электромагнитных переходных моментов необходимо снижать ам­плитуды свободных составляющих Сі и С3.

Для решения этой задачи применяется предложенный в [63, 64] детерминированный пуск двигателя при ненулевых началь­ных условиях, созданных предварительным подключением двух фаз дэбмоток статора к линейному напряжению сети. При совпа­дении в момент запуска двигателя начальных и установившихся значений потокосцепления будет обеспечено минимальное прира­щение магнитного потока, снижение постоянных интегрирования Сі и С3 (3.14) и значительное подавление свободных составляю­щих переходного процесса. Благоприятный момент включения оп­ределяется следующими условиями. При двухфазном подключении двигателей (обесточена фаза а) установившиеся потокосцепления, являющиеся ненулевыми начальными условиями при запуске электродвигателя, направлены по мнимой оси р. По этой же оси направлены и постоянные интегрирования Ci„, С3н. Как видно из

(3.13) , при со=0 и корнях, определенных по (3.24), векторы Сю и С зо опережают на угол л/2 вектор напряжения питания в момент его подключения:

J (її +”/2).

/~» ksar Л/ (ї i + rc/2)

О ол С'

'ЗО

aS + аГ

Следовательно, для того чтобы Сю и С3о были направлены вдоль оси р как Ч^о, Ч'го» Сін, С3н, необходимо начинать процесс пуска при yi=kn (где 6=0, 1, 2, 3 ...), чему соответствует макси­мум напряжения вновь подключаемой фазы иА. Это требование и является условием детерминированного включения пуска для ог-

Таким образом, детерминированное включение при пуске по­зволяет ограничить ударные моменты без снижения быстродейст­вия электропривода и приблизить динамическую характеристику к статической.

При использовании преобразователей в роторных цепях асин­хронного двигателя в процессе управления пуском можно увели­чивать эквивалентное добавочное сопротивление в роторных це­пях, что несколько убыстряет темп затухания свободной состав­ляющей с корнем рі и уменьшает установившиеся потокосцепле­ния и моменты (при sK>2,0-^-2,5). Это позволяет ограничить ма­ксимальные моменты в переходных процессах.

Если преобразователи роторных цепей обеспечивают нулевой ток во всех фазах ротора (см., например, схемы рис. 1.4,а, б), то перед пуском двигателя к питающей сети могут быть вначале под­ключены статорные цепи при обесточенном роторе, а затем поданы открывающие импульсы на вентили роторного преобразователя [28]. В этом случае, когда обобщенный вектор тока ротора вна­чале равен нулю (t'r=0), при подключении статорных цепей вы­полняется условие: Установившееся потокосцепление

статора, которое является начальным при включении роторных цепей, определяется следующим образом:

(3.26)

Так как значение cis=a'so невелико — обычно не превышает 0,05— 0,07, то из (3.26) можно получить следующие приближенные вы­ражения ДЛЯ определения Ч'во И 'Frfb

(3.27)

При углах открытия вентилей роторного преобразователя а=0 происходит бесконтактное симметричное включение роторных це­пей и обеспечивается запуск двигателя с ненулевыми начальными электромагнитными условиями. Определим постоянные интегри -

рования Сі и С3 для рассматриваемого случая, начиная отсчет времени с момента замыкания роторных цепей и используя (3.13), (3.24), (3.25):

Q ^s^ras' ^(Ті—*/2).

-1 as' + а/

£ _ ksas' ^г-ж/2)

Как видно из (3.28), при увеличении #2д, т. е. росте а'п посто­янные интегрирования при ненулевых начальных условиях умень­шаются. Они становятся меньше, чем при пуске электродвигателя с нулевыми начальными условиями и том же /?2д. Из (3.25) и

(3.28) получаем следующие соотношения для модулей постоян­ных интегрирования: С3/Сзо=аУа'г, CifCio=kskra's/a'r, т. е., ис­пользуя первоначальное включение статорных цепей перед запу­ском двигателя с контактными кольцами, можно при введении добавочных сопротивлений в роторные цепи существенно снизить амплитуды свободных составляющих переходного момента, его максимальные значения.