Плавный пуск двигателя постоянного тока по системе "Широтно-импульсный преобразователь - двигатель постоянного тока"

постоянного тока по системе "Широтно-импульсный преобразователь - двигатель постоянного тока"" width="57" height="24" align="BOTTOM" border="0" />

	0	15	30	50	60	70	83
М	2.69	2.2	1.72	1.07	0.75	0.43	0

Рисунок 5.1 Механические характеристики

Уравнение скоростной характеристики двигателя для средних значений угловой скорости и момента имеет вид:

; (5.3)

Скоростная характеристика будет представлять собой семейство характеристик при изменяющемся значении скважности . Зависимости при разных значениях скважности сведены в таблицах.

Таблица 5.6 Зависимость при

	0	60	120	180	240	300	440
I	54	46.8	39.5	32	24.8	17.5	0

Таблица 5.7 Зависимость при

	0	90	135	180	225	270	354
I	43.3	32.4	27	21.3	15.8	10.3	0

Таблица 5.8 Зависимость при

	0	66	99	132	165	199	265
I	32.5	24.4	20.4	16.4	12.3	8.2	0

Таблица 5.9 Зависимость при

	0	25	50	75	100	125	177
I	21.7	18.6	15.6	12.5	9.4	6.4	0

Таблица 5.10 Зависимость при

	0	13	26	39	52	65	88
I	10.8	9.24	7.6	6	4.4	2.88	0

Рисунок 5.2 Скоростные характеристики

Уравнение для механических и скоростных характеристик в относительных единицах имеет вид:

; (5.4)

где относительная скорость двигателя;

относительный ток якоря;

Графически механические характеристики системы ШИП – ДПТ представляют собой семейство прямых с постоянным углом наклона к оси абсцисс, пересекающих ось ординат при , где прямые 1, 2, 3, 4 и 5 соответствуют характеристикам при значениях скважностей 1, 0.8, 0.6, 0.4 и 0.2 соответственно.

Рисунок 5.3 Скоростные характеристики в относительных единица

6. Выбор силовых элементов

6.1 Выбор силового трансформатора

При выборе силового трансформатора необходимо учесть величину напряжения имеющегося в аудитории, а также требуемую величину напряжения на двигателе с учетом коэффициента передачи однофазного выпрямителя. В аудитории 2411 электрическая сеть выдает линейное напряжение 220 В, которое и должно быть номинальным напряжением первичной обмотки выбираемого трансформатора. С учетом коэффициента передачи выпрямителя по напряжению, для данного типа выпрямителей равного Ku = 0.9, напряжение на вторичной обмотке должно быть не менее 122 В.

Также должна быть учтена и мощность двигателя, которая не должна превышать мощности трансформатора. Исходя из этих условий выбираем наиболее близкий по параметрам силовой трансформатор ОСМ - 0.16

Таблица 6.1. Параметры трансформатора

Номинальное напряжение первичной обмотки	U1 = 220 В
Номинальное напряжение вторичной обмотки	U2= 130 В
Ток короткого замыкания	Iкз = 23 А
Номинальная мощность	Pном = 160 ВА

Выбор транзистора и обратного диода рассмотрен на упрощенной схеме лабораторного стенда представленной на рисунке 6.1

Рисунок 6.1 Упрощенная схема лабораторного стенда.

Принцип действия:

Когда транзистор VT отперт от источника питания потребляется энергия. При запирании транзистора VT ток нагрузки за счет Э.Д.С. самоиндукции сохраняет свое прежнее направление, замыкаясь через обратный диод VD.

6.2 Выбор силового транзистора

Выбор транзистора производим по максимально возможному току протекающему через него, а также поскольку наш транзистор работает в ключевом режиме то при выборе также необходимо учесть допустимую частоту коммутации ключа.

Определим постоянную времени двигателя.

; (6.1)

;

превышать величины эквивалентной постоянной времени двигателя и составляет 1/5 – 1/7 часть ее значения.

; (6.2)

;

Определим максимально возможный ток протекающий через якорную цепь двигателя. Им является ток короткого замыкания цепи который определяется из соотношения:

; (6.3)

A;

В соответствии с полученными параметрами периода коммутации и максимального тока по каталожным данным выбираем тип транзистора IGBT IRG4PC 40UD

Таблица 6.2 Параметры транзистора

Максимально допустимое напряжение	Umax = 600 В
Максимально допустимый ток	Imax = 40 А
Максимальная частота переключения	fmax = 40 кГц
Диапазон рабочих температур	T = - 55 ч +150 oC

6.3 Выбор обратного диода

Выбор диода производим из условия что ток через него будет протекать лишь в случае запертого состояния транзистора. В случае вышеприведенной схемы выбор можно произвести по нескольким параметрам: максимальному току, максимальному напряжению и времени проводимости:

При выборе диода по максимальному напряжению необходимо учесть момент когда это напряжение достигнет максимального значения. Максимальным напряжением на диоде будет величина максимальной ЭДС двигателя которая достигнет своего наибольшего значения при номинальной величине угловой скорости, и определяется из выражения:

; (6.4)

В;

Максимальный ток который может замкнуться на диод определяется из выражения:

; (6.4)

А;

При выборе диода по времени проводимости необходимо определить максимальное время проводимости. Максимальным временем проводимости диода будут промежутки времени когда транзистор формирует импульсы минимальной скважности. То есть с уверенностью можно сказать что время проводимости диода не может быть больше периода коммутации ключа с.,

Таблица 6.3 Параметры обратного диода

Максимально допустимый прямой импульсный ток	Iи. пр. max= 60 А
Максимально допустимое обратное импульсное напряжение	Uи. обр= 400 В
Максимальная частота	f = 50 кГц

7. Расчет преобразователя

При работе нереверсивного ШИП на якорь двигателя постоянного тока возможны два режима: непрерывных токов якоря и прерывистых токов якоря. Режим прерывистых токов якоря может возникнуть при весьма малых нагрузках, когда период переключения рабочего вентиля соизмерим с постоянной времени цепи нагрузки. Во избежание прерывистых токов для данной системы частота коммутации ключом ранее была принята равной 1/5 части эквивалентной постоянной времени двигателя. Исходя из этого, считаем, что в исследуемой системе исключено появление прерывистых токов естественным путем, и в дальнейшем этот режим работы рассмотрен не будет.

Основным режимом является режим непрерывных токов. Учитывая параметры силового трансформатора можно определить относительное время проводимости ключа, при котором среднее напряжение на якоре двигателя было бы равно номинальному В.

Так как со вторичной обмотки трансформатора снимаемое напряжение равно В, и с учетом коэффициента передачи выпрямителя по напряжению равного , то напряжение на преобразователе будет равно:

; (7.1)

В.

Зная напряжение на преобразователе можно определить требуемую скважность.

; (7.2)

;

Максимальное и минимальное значение тока якоря в установившихся

; (7.3)

; (7.4)

Где коэффициенты a1 и b1 определяются следующим образом

(7.5)

(7.6)

Расчетные значения коэффициентов a1, b1 и IMAX сведены в таблицах

Таблица 7.1 Значения коэффициентов а1 и b1

	0	0.2	0.4	0.6	0.8	1
	0.819	0.819	0.819	0.819	0.819	0.819
	1	1.041	1.083	1.127	1.174	1.121

Таблица 7.2 Значения максимального тока якоря

	0	0.2	0.4	0.6	0.8	1
Imax	0	11.7	23	33.8	44	54

Для номинального режима ;

;

А;

А;

Амплитуда пульсаций тока якоря:

; (7.7)

Таблица 7.3 Амплитуда пульсаций тока якоря

	0	0.2	0.4	0.6	0.8	1
	0	0.153	0.230	0.230	0.153	0

Для номинального режима:

А;

Из (7.7) следует, что амплитуда пульсаций тока якоря, при заданных параметрах цепи нагрузки, зависит от времени включенного состояния

и частоты переключения транзистора и уменьшается с увеличением частоты переключения при заданном времени выключенного состояния транзистора.

Рисунок 7.1 Амплитуды пульсаций тока якоря

Среднее значение тока транзистора

; (7.8)

А;

Таблица 7.4 Среднее значение тока транзистора при скважности

	0	55	110	165	220	275	330	385	440
IТ. СР	54	47.4	40.7	34	27	20.5	13.8	7	0

Таблица 7.5 Среднее значение тока транзистора при скважности

	0	45	90	135	180	225	270	315	354
IТ. СР	43	38.7	34.4	30	25.5	21	16.7	12.4	8.5

Таблица 7.6 Среднее значение тока транзистора при скважности

	0	33	66	99	132	165	198	231	265
IТ. СР	32.3	29.8	27.4	25	22.6	20.1	17.7	15.3	12.8

Таблица 7.7Среднее значение тока транзистора при скважности

	0	22	44	66	88	110	132	154	177
IТ. СР	21.4	20.3	19.3	18.2	17.1	16	15	13.9	12.8

Таблица 7.4 Среднее значение тока транзистора при скважности

	0	12	24	36	48	60	72	84	90
IТ СР.	10.7	10.4	10	9.8	9.5	9.2	8.9	8.6	8.4

Среднее значение тока обратного диода

; (7.9)

Для номинального режима работы:

Таблица 7.5 Среднее значение тока обратного диода при

	0	45	90	135	180	225	270	315	354
IД. СР	8.7	7.5	6.5	5.4	4.3	3.2	2	0.9	0

Таблица 7.6 Среднее значение тока обратного диода при