Міністерство освіти і науки України Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут» Інститут енергозбереження та енергоменеджменту Кафедра автоматизації управління електротехнічними комплексами

Методичні вказівки до лабораторної роботи

Дослідження механічних характеристик системи «Нереверсивний транзисторний перетворювач напруги – двигун постійного струму» з курсу: «Теорія електроприводу» для студентів спеціальності 8.092203 «Електромеханічні системи автоматизації та електропривод»

ЗАТВЕРДЖЕНО на засіданні кафедри автоматизації  управління електротехнічними комплексами Протокол № 11 від « » ________ 2011

КИЇВ 2011

Дослідження механічних характеристик системи „Нереверсивний транзисторний перетворювач напруги – двигун постійного струму ”// Методичні вказівки до лабораторної роботи з дисципліни «Теорія електроприводу» для студентів спеціальності 8.092203 «Електромеханічні системи автоматизації та електропривод». / Укл.: В.М. Пермяков, А.В. Торопов - К.: НТУУ «КПІ» ІЕЕ, 2011. - 17 с.

Укладачі: к.т.н. доц. В.М. Пермяков

к.т.н., ас. А.В. Торопов

Комп’ютерна підготовка: А.В. Торопов

Зміст

1.	Мета роботи……………………………………………...............	4
2.	Теоретичні відомості…................................................................	4
3.	Завдання………………………………………………………….	7
4.	Опис лабораторного стенду…………………...………………..	9
5.	Програмований логічний контролер Drive PLC EPL-10200…	9
6.	Запуск і порядок роботи з системою…………..........................	11
7.	Розрахункова частина лабораторної роботи.............................	15
8.	Зміст звіту…………………………………….............................	16
9.	Контрольні питання…………………………………..................	16
10.	Література……………….….........................................................	17

1. Мета роботи

Ознайомлення з принципом роботи широтно-імпульсного перетворювача та отримання механічних характеристик розімкненої та замкненої системи „Нереверсивний транзисторний перетворювач напруги – двигун постійного струму” (НТПН-ДПС).

2. Теоретичні відомості

Одним із способів регулювання напруги споживачів є метод імпульсного регулювання напруги. Існує два способи імпульсного регулювання: перший – широтно-імпульсна модуляція напруги (ШІМ) – зміна інтервалу провідності ключа при постійній частоті включення, другий – частотно-імпульсна модуляція напруги (ЧІМ) – зміна частоти перемикань при постійному інтервалі провідності. При цьому регулюється відносний час провідності ключа, від чого в свою чергу залежить велична середньої напруги на навантаженні.

Перетворювачі що дозволяють здійснювати широтно-імпульсне регулювання напруги на навантаженні називають широтно-імпульсним перетворювачем (ШІП)

Класифікація ШІП постійної напруги:

1) Залежно від можливості зміни полярності напруги на навантаженні ШІП поділяються на:

– реверсивні, що перетворюють напругу в імпульсну з постійною амплітудою, різною тривалістю й полярністю за один період;

– нереверсивні, що перетворюють напругу в імпульсну з постійною амплітудою й полярністю, але різною тривалістю.

Нереверсивні ШІП діляться на паралельні й послідовні.

У послідовних вентиль включається послідовно навантаженню, при цьому напругу на навантаженні одержують не вище вхідної. У паралельних ШІП робочий вентиль включається паралельно навантаженню. Характерною рисою паралельних ШІП є можливість одержання на навантаженні напруги вище напруги живлення, однак такі перетворювачі потребують встановлення накопичувачів енергії (дроселів).

2) Залежно від способів комутації ШІП розрізняються на:

– ШІП із залежними вузлами комутації (залежні);

– ШІП з автономними вузлами комутації (незалежні).

Функціональна схема та часові діаграми роботи нериверсивного послідовного широтно-імпульсного перетворювача представлені на рис. 1.

а)	б)

Рисунок 1 – Схема нереверсивного ШІП (а) та його часові діаграми роботи (б)

При аналізі широтно-імпульсних перетворювачів будемо вважати що: вентилі є ідеальними ключами із часом перемикання що наближається до нуля, внутрішній опір джерела дорівнює нулю.

Робота ШІП на активно-індуктивне навантаження. Для захисту вентеля від перенапруг на вході ШІП ставиться фільтр.

Середнє значення напруги на навантаженні:

, (1)

де - коефіцієнт заповнення імпульсів, – час включеного стану вентилю, – цикл роботи ШІП.

ШІП найбільшою мірою задовольняють основним вимогам, що пред'являються до напівпровідникових перетворювачів систем електроприводу:

– одержання хороших статичних і динамічних характеристик електропривода в цілому;

– практична відсутність зони переривчастих струмів;

– достатня перевантажувальна здатність для забезпечення форсування в перехідних режимах роботи електропривода;

– високий ККД;

– жорсткість зовнішньої характеристики і мала інерційність;

– висока перешкодозахищеність і надійність;

– мала маса і габарити;

– практична відсутність впливу на мережу живлення.

Силова частина перетворювача побудована на основі UltraFast IGBT транзисторного ключа. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) – являє собою біполярний p-n-p транзистор, керований від порівняно низьковольтного MOSFET-транзистора (MOSFET – польові транзистори з ізольованим затвором) з індукованим каналом (рис. 2).

а)	б)

Рисунок 2 –Еквівалентна схема ІGBT транзистора (а) та його умовно-графічні позначення (б).

Загальний вигляд схеми із підсумовуючим підсилювачем, що використовується для керування електроприводом постійного струму зображена на рис.3.

Рисунок 3 – Схема керування електроприводом постійного струму з підсумовуючим підсилювачем.

На рис.3 введені наступні позначення: - вхідна напруга завдання; - сигнал неузгодження; ТПН – транзисторний перетворювач напруги; BR – датчик швидкості (тахогенератор); - напруга перетворювача; - внутрішній опір перетворювача; - ЕРС двигуна; - опір якірного кола; - коефіцієнт зворотного зв’язку за струмом якоря; - коефіцієнт зворотного зв’язку за швидкістю.

Вхідна напруга керування на перетворювач напруги визначається за формулою:

. (2)

При цьому напруга на виході перетворювача визначається:

, (3)

де - коефіцієнт підсилення перетворювача.

Рівняння електромеханічної характеристики в такому випадку запишеться:

. (4)

Введемо наступні позначення:

, . (5)

Тоді при діленні чисельника і знаменника на , рівняння електромеханічної характеристики приймає вигляд:

. (6)

З отриманого рівняння можна зазначити, що введення зворотного зв’язку за струмом якоря не впливає на швидкість ідеального холостого ходу, проте може змінювати жорсткість електромеханічної характеристики.

Зворотній зв'язок за швидкістю може впливати при цьому, як на жорсткість електромеханічної характеристики, так і на швидкість ідеального холостого ходу.