ПЛАВНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Аннотация

Ю.М. Иньков, В.П. Феоктистов, Я.А. Бредихина Плавное импульсное регулирование возбуждения электродвигателей постоянного тока Рассмотрен электропривод с мощным электродвигателем постоянного тока последовательного возбуждения, плавное регулирование которого в зоне регулирования возбуждения реализовано при помощи широтно-импульсного преобразователя, подключенного параллельно обмотке возбуждения. При этом обосно¬ван универсальный метод расчета регулировочных и пульсационных характеристик электропривода в зоне ослабления возбуждения. Эти характеристики в качестве примера приведены для тягового электродвигателя мощностью 250 кВт

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

Электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения широко используют в качестве тяговых на электрическом транспорте, а также в некоторых общепромышленных электроприводах, в которых воз¬можны перегрузки по вращающему моменту. Для таких двигателей после выхода на естественную характеристику полного поля характерно макси-мально возможное использование зоны регулирования возбуждения, когда отношение токов обмоток возбуждения I_v и якорной I_ya (коэффициент регулирования возбуждения)

У современных электродвигателей, например, у тяговых двигателей типа 1ДТ003 электропоездов пригородного сообщения, используют β_min = 0,19. У электродвигателей других видов электропод- вижного состава имеем β_min = 0,3 + 0,5 . Недостаток применяемых систем регулирования возбуждения состоит в том, что обычно используют ступенчатое изменение β, подключая параллельно обмотке возбуждения резисторы и индуктивный шунт [1]. С точки зрения автоматизации электро¬приводов, желательно плавное регулирование β.

МАТЕРИАЛ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Известно несколько таких систем с импульсными преобразователями (ИП); на рис. 1,а,б показана одна из них соответственно для двигательного режима и для режима реостатного торможения (ва¬гоны метро, электровозы типов ЧС2Т, ЧС7).

На рис. 1,в приведена упрощенная диаграмма, характеризующая электромагнитные процессы импульсного регулирования в таких системах при следующих допущениях:

• ток I_ya якорной обмотки постоянен и непульсирует, поскольку пульсации тока I_v, недолжны превышать 5-7 %, а магнитный поток двигателя дополнительно сглажен вихревыми токами в остове двигателя;
• изменения тока в обмотке возбуждения, а также в шунтирующих её цепях r_sh и R-ИП счита¬ем линейными в функции времени t для каждого из характерных интервалов периода Т импульсного цикла ИП (ИП включен и ИП выключен).

Обычно принимают r_sh =(8 -10)r_v, а сопротивление r_v в принципе может быть равно нулю, но, с точки зрения смягчения аварийных процессов, а также для улучшения регулировочных и пульсационных характеристик желательно иметь R = β_minr_v. При расчете квазистационарного электромагнитного процесса исходными являются дифференциальные уравнения, соответственно, для интервалов “ИП выключен” и “ИП включен”:

где дробь в правой части второго уравнения - это подключенное параллельно обмотке возбуждения эквивалентное активное сопротивление, соответствующее параллельному соединению r_sh и R (привключенном ИП).

Используя ранее сформулированное допущение о линейности изменения i_v в каждом характерном интервале импульсного цикла ИП, можно заменить входящие в соотношение (2) производные от тока возбуждения их линейными конечными приращениями

где φ- коэффициент заполнения импульсного цикла.

Подставив (3,а) в (2,а), а (3,б) в (2,б) и заменив мгновенное значение тока i_v его средним за период Т значением I_v, получим систему линейных алгебраических уравнений с двумя неизвестными (ΔI_v и I_v):

При решении уравнений (3) целесообразно перейти к неизвестной β=i_v/i_yaт.е. к коэффициенту регулирования возбуждения, что окончательно дает

Выражение (5) является регулировочной ха-рактеристикой β(φ), а выражение (6) - безразмер¬ной пульсационной характеристикой ΔI_v)(φ). Если в схеме (рис. 1,а) положить R=0, то получим аналогичные выражения:

Характеристики в форме аналитических выражений (5-8) представлены на рис. 2 для r_sh=8r_v и для R=0, R=0.2r_v

Видно, что с введением R регулировочная характеристика сглаживается, а пульсации снижаются. Кроме того, в режиме работы электропривода с β_min можно полностью выключить ИП, т.е. перейти в беспульсационный режим регулирования возбуждения. Восстановить импульсное регулирование следует при увеличении β или при резком повышении питающего напряжения.

ВЫВОДЫ

Сопоставление с результатами ис¬пытаний показывает, что для тяговых электродви¬гателей мощностью 100-250 кВт при β_min = 0,2 и для тяговых электродвигателей мощностью 600-850 кВт при β_min = 0,46 расхождение расчетных и опытных данных по регулировочным и пульсационным характеристикам не превышает 8 % от но-минального значения тока якорной обмотки I_ya.Это свидетельствует о приемлемости предложенного расчетного метода.

Список использованной литературы

1. Жуликов В.Н., Иньков Ю.М., Козлов Л.Г. и др.; под ред. Ю.М. Инькова и Ю.И. Фельдмана. Электроподвижной состав с электрическим тор¬можением. - М.: ГОУ “Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте”, 2008. - 412 с.