Автоматизация поиска неисправностей с самонастройкой на оптимальный способ поиска

Препис

1 И З В Е С Т И Я Т О М С К О Г О О Р Д Е Н А Т Р У Д О В О Г О K p A C H O lo З Н А М Е Н И П О Л И Т Е Х Н И Ч Е С К О Г О И Н С Т И Т У Т А имени С. М. К И Р О В А Том РЕЖ И М П Р Е Р Ы В И С Т Ы Х ТО КО В ПРИ ИМ ПУЛЬСНОМ РЕГУЛ И РО ВА Н И И СКО РО СТИ А С И Н Х Р О Н Н Ы Х Д В И ГА Т Е Л Е Й С Ф АЗО ВЫ М РО ТО РО М Ю. П. К О С Т Ю К О В Р ек о м ен д о в а н а научным сем инаром эл ектр ом еханическ ого ф акультета, И м п у л ь с н ы й метод р е гул и р о в а н и я с ко р о сти а си н х р о н н ы х д в и га телей с ф азо вы м ротором в последнее врем я п о л у ч а е т все больш ее р а с про странен и е. И д е я и м п ул ьсн о го у п р а в л е н и я ско р о сть ю а си н хр о н н о го д в и га те л я з а к л ю ч а е тс я в том, что в р о то р н ую цепь п о сто я н н о го то к а (р и с. 1) п а р а л л е л ьн о п р е о б р а зо ва те л ьн о м у у с т р о й с т в у П в в о д и тся схе м а и с к у с ств е н н о го в ы к л ю ч е н и я И В на ти р и сто р а х. а д а Рис. 1 Т а к а я схе м а п о зв о л я е т изменением о тн о си те льн о й п р о д о л ж и те л ь н о сти в кл ю ч е н и я си ло во го ти р и сто р а р е гу л и р о в а ть ск о р о с ть вр ащ е н и я д в и га те л я. О тн о с и те л ь н а я п р о д о л ж и те л ь н о сть в к л ю ч е н и я си л о в о го т и р и сто р а р а в н а гд е T период повторения им пульсов; t u д л и те л ьн о сть и м п ул ьса, с о о тв е тств у ю щ а я к о то р о го преобразователь провод ит то к. времени в течение П р и н я т зако н ко м м ута ц и и с п о сто ян н ы м врем енем о тк л ю ч е н н о го со с то я н и я си л о в о го ти р и сто р а ( tu = const) и перем енной ч а сто то й. В ы п р я м и те л ь В со б р ан по тр е х ф а з н о й м остовой схем е; с гл а ж и в а ю щ и й 26

2 р е а к то р P у м е н ь ш а е т п у л ь са ц и и то к а. В о и зб е ж ан и е к о р о тк о го з а м ы к а н и я п р е о б р а зо в а те л я в его цепь в кл ю ч е н з а щ и тн ы й диод Д. При и м п ул ьсно м р е гул и р о в а н и и с ко р о сти а си н х р о н н ы х д в и га т е лей с ф а зо вы м ротором при м а л ы х н а г р у з к а х в роторной цепи в о зм о ж е н реж им п р е р ы в и сты х то к о в. П р е д с т а в л я е т интерес н ай ти гр а н и ц у переход а от неп р ер ы вн о го то к а к п р е р ы в и сто м у. З н а н и е п о гр а н и ч н ы х к р и в ы х в п р и в о д а х с и м п ул ьсн ы м р е гул и р о в а н и е м о б л е гч а е т п о стр о ение м е ха н и ч е ск и х х а р а к т е р и с т и к в о б л а сти п р е р ы в и сты х то к о в [1]. П р и вы воде о сн о в н ы х зав и си м о сте й п р и н я ты сл е д ую щ и е д о п у щ е ния: р а с с м а т р и в а е тс я у с т а н о в и в ш и й с я реж им при которо м а к ти в н ы м со пр о ти вле н и ем с т а т о р а, п у л ь са ц и я м и то к а с ч а сто то й с к о л ь ж е н и я и у гл о м п е р е к р ы ти я вентилей п рен еб регаем ; схе м а и с к у с с тв е н н о го в ы к л ю ч е н и я э к в и в а л е н тн а и д еал ьн о м у к л ю ч у. В цепи в ы п р я м л е н н о го то к а у ч и т ы в а е т с я среднее зн ачен и е в н у т ренней э.д.с. а си н х р о н н о го д в и га те л я ( E - s ), а к ти в н о е со п р о ти вле н и е д в у х ф а з о б м о тки р о то р а ( ) 1 и н д у к ти в н о сть р е а к то р а и и н д у к ти в н о с ть р а ссе я н и я д в у х ф а з а си н х р о н н о го д в и га т е л я ( L ). Б уд е м с ч и т а т ь, ч то прям ое падение н а п р я ж е н и я в п о л уп р о в о д н и к о в ы х в е н ти л я х не з а в и с и т о т вели чи ны то к а, а пад ение н а п р я ж е н и я на за щ и тн о м диоде и силовом ти р и сто р е р а в н ы и отнесены к общ ей цепи п о сто я н н о го то к а ( A U ). В цепи п р е о б р а зо в а те л я у ч и ты в а е м то л ь к о в стр е ч н у ю э.д.с. неи з менной величины ( E u ) и э к в и в а л е н тн о е ом ическо е со п р о ти вл е н и е Схем а зам е щ е н и я с уче то м у к а з а н н ы х со о б р а ж е н и й п р е д ста в л е н а на рие. 2. И с х о д н ы е урав-» нения, х а р а к т е р и з у ю щ и е р а б о ту а си н х р о н н о го д в и га т е л я при п р о и зв о л ь ном неизм енном с к о л ь ж е нии S 1 им ею т вид: 1) д л я и н те р в а л а врем ени, в течение к о то р о го силовой ти р и сто р вклю чен, 0 t < )7 1 \ Es - &U ив Р и с. 2. i + Ti (2 ) 2) д л я и н те р в а л а врем ени, в течение к о то р о го т о к п р о хо д и т через преобразователь, y T < j < t і + T2 -J - = Г, (3),, I = E s-a U ^. E s - A U - E ll / = предельное ' значение то к о в со о тв етств ен н о при Y = I Т, = ; Т.; (4) и у = 0; Ф u (5) п о сто я н н ы е врем ени д ля п е рво го и в то р о го и н те р в а л о в к о м м у та ц и и. В п о гр а н и чн о й то ч к е м е ж д у неп реры вны м и п р е р ы в и сты м ре ж и м а м и м и ни м ал ьно е зн аче н и е то к а у с т а н о в и в ш е го с я п е р и о д и ческо го 27

3 про цесса о б р а щ а е тс я в н ул ь (р и с. 3 ). В в е д я н о вую перем енную о тн оси тельн ое врем я [2] и р е ш а я уравн ен и е (2 ) с н ул евы м н а ча л ьн ы м усло ви ем, находи м е~а+ / '( I - + Г (1 - ) = 0, (6) Р а = *2 = ~тг' (7) tu (8) Д л я сред него значения то к а мож но п о л у ч и ть след ую щ е е вы раж ение /ср = / ' ï + Г (I Y) (1 ß) ЛИІ cß (9) З а в и с и м о сть м ом ента а си н хр о н н о го д в и га те л я от сред него то к а п р и б л и ж ен н о о п р ед ел яе тся ф о р м ул о й [3] да 7vicP зн аче н и я Dp tf <» (10) о)0 си н хр о н н ая у гл о в а я с к о р о с ть вращ ения ротора. В ы р а ж е н и е (6) с уче то м ( 4 ), (5 ) и (8 ) м ож но п е р е п и са ть т а к : Es-A U tf, 1 1+ (И) (е* - 1) ß О чеви д но, последнее р а в е н ств о в ы п о л н я е тся то л ь к о при Es Д 1)<^Еи. Э т о и ф и зи че ски по н ятн о, т а к к а к то л ь к о в д анном с л у ч а е то к I " с тр е м и тся к о тр и ц а те л ь н о м у зн ачен и ю, но всл е д стви е в е н ти л ьн о го д е й с т вия вы п р ям и теле й изменение н а п р а в л е н и я то к а нево зм ож но и при нулевом значени и он п р е р ы в а е тся. Д л я и м п у л ь сн о -р е гул и р уе м о го со п р о ти в л е н и я E u = 0, то гд а l + ß(e7 1) e-tfr/1-т = 0. (12) Э т о р а в е н ств о н и к о гд а не со б л ю д а е тся, т. е. при и м п у л ь с н о -р е гу лируем ом со п р о ти вле н и и реж им п р е р ы в и сты х то к о в невозм ож ен. Ф и зи че ски это о б ъ я с н я е тс я тем, ч то * в д анном с л у ч а е предельное з н а ч е ние то к а I " все гд а п о л о ж и те л ьн о. В ы р а ж е н и е (9 ) д л я сред него зн ач е н и я то к а с уче то м ( 4 ), (5) и (8) п р и в о д и тся к вид у ср * E s-a U + T (I-P ) ( 1 -, ) ( і - р ( і - «- «P t/'-- г ) sß ] - ß (1 - т). Н а осн ован и и ( 10), ( 11) и (1 3 ) п о лучи м о к о н ч а те л ь н о 1 (13)

4 Л4 =.? [ i f Y (I - P) - (1 7)(1~ У g Т> ] P ( I - T ) t (15) E s AU <р = - р ско льж ен и е в о тн о си те л ьн ы х единиц ах, «t (16) значение момента д ви гате л я еди- M = в о тн о си те льн ы х н и ц а х. (17) У р а в н е н и е (1 4 ) со вм е стн о с ур авн е н и ем (1 5 ) п о зв о л я е т опред е л и ть кр и вы е на п л о ск о с ти ф, M y о гр а н и ч и в а ю щ и е о б л а с ть н е п р е р ы в ного то к а. П о л ь з у я с ь приведенны м и в ы р а ж е н и я м и л е гк о п о стр о и ть ме х а н и ч е ск и е х а р а к т е р и с т и к и в о б л а сти н еп реры вн о го (п р и м а л ы х н а г р у з к а х ) и п р е р ы в и сто го то ко в. Н а п р и м е р, тр е б у е тс я п о стр о и ть м е ха н и ч е с к у ю х а р а к т е р и с т и к у при о тн о си те л ьн о й п р о д о л ж и те л ь н о сти в к л ю ч е н и я j и з а д а н н ы х а, ß. В р еж и м е н еп реры вн о го то к а м о м е н тн о -ск о р о стн а я х а р а к т е р и с т и к а в ы р а ж а е т с я ур авн е н и ем (1 5 ). Д л я опред еления то ч к и м е ха н и ческо й х а р а к те р и с ти к и в о б л а с ти п р е р ы в и сто го то к а при п р о и зво льн о й о тн о с и те л ьн о й п р о д о л ж и те л ь н о сти в к л ю ч е н и я Y/z(Tл ï ) опред еляем п а р ам е тр си стем ы OCu по ф о р м ул е S n ^ а Л " T f n O - к). (18) В этом сл уч а е ско л ьж е н и е и момент M n с о о тв е тс тв у ю т координатам то ч к и гран и чн ого р еж и м а д ви гате л я, работаю щ его при ап и V1 Tl * Р а с к л а д ы в а я э ксп о н е н ц и а л ь н ы е члены в степенной ряд, п о л учи м п р и б л и ж е н н ы е у р а в н е н и я д л я п о стр о е н и я м е ха н и ч е с к и х х а р а к т е р и с т и к в о б л а сти п р е р ы в и сты х то к о в Ф = Ф ; (19) M n= (? - гд е ф ско льж ен и е в отн оси тельн ы х единицах при зад ан н ы х а, ß, у. на 1 + Y«)?' пограничной (20 кривой П р и и м п ул ьсн о м р е гул и р о в а н и и с ко р о сти а си н х р о н н ы х д в и га т е лей с ф а зо вы м ротором зн аче н и е к о э ф ф и ц и е н та ß з а к л ю ч е н о об ы чно в п р е д е л а х 0,5 + 1,0 ; зн ачен и е п а р а м е тр а а в се гд а м о ж но п о л у ч и ть м еньш е 0,4. Д л я о б л е гче н и я р а сч е то в ж е л а те л ь н о п о стр о и ть у н и в е р са л ь н ы е д и а гр а м м ы в ф у н к ц и и кр и те р и е в подобия а и ß. H a рис. 4 д ан а д и а гр а м м а за в и си м о сти ф о т M д л я р а з л и ч н ы х зн аче н и й а при ß = l. Э т и кр и вы е п о стр о е н ы по у р а в н е н и я м F f F * Al = ф 1 + Y- (21> (22) С л е в а о т п о гр а н и ч н ы х к р и в ы х р а с п о л а га е т с я о б л а с ть п р е р ы в и сто го т о ка, сп р а в а н еп реры вн о го. Н а рис. 4 т а к ж е п о строено сем ейство ме х а н и ч е с к и х х а р а к т е р и с т и к при а = 0,2. П р и ß = l х а р а к т е р и с т и к и б л и з ки к п рям о ли н ей н ы м, при ß < l более явн о в ы с ту п а е т н ели ней но сть м е ха н и ч е ск и х х а р а к т е р и с т и к. М е ха н и ч е ск и е х а р а к т е р и с т и к и в о б л а сти п р е р ы в и сты х то к о в им ею т з н а ч и те л ь н у ю к р у т и з н у (особ енно при м а2 9

5 лых y ) и не пригодны для приводов, требующих постоянной скорости при меняющейся нагрузке. Зная пределы изменения момента нагрузки и пользуясь приведенными выражениями, не представляет большого тр у д а н а й ти тр еб уе м о е зн аче н и е п а р а м е тр а а, при ко то р о м д в и га т е л ь р а б о та е т в реж им е не п р е р ы в н о го то к а. При а < 0, 0 5 реж им п р е р ы в и с т ы х то к о в п р а к ти ч е с к и и с к л ю ч а е тс я. Э ксп ер и м ен тал ьн ая п р о в е р к а р а с ч е тн ы х ф о р м ул п р о в о д и л а сь на а си н хр о н н о м д в и га те л е м о щ н о сть ю 4,0 кет и п р е о б р а зо в а те л ьн о м у с т р о й ств е м а ш и н н о го ти п а. Р а с х о ж д е н и е эксп е р и м е н O 0,05 OJ 0J т а л ь н ы х и р а с ч е тн ы х д а н ны х для скольж ения и Рис. 4. сред н его зн а ч е н и я т о к а не п р е в ы ш а е т %. П р и это м м е н ьш а я то ч н о с ть п о л у ч а е т с я при о т с у т с т в и и с гл а ж и в а ю щ е го р е а к то р а, т а к к а к зам етн о е в л и я н и е о к а з ы в а ю т п у л ь с а ц и и т о к а с ч а с то то й с к о л ь ж е н и я. ЛИ ТЕРАТУ РА / 1. Ю. П. П е т р о в. Р а сч ет п ер ех о д н ы х п р оц ессов эл ек тр одви гател ей п остоян ного тока с пом ощ ью универсальны х ди агр ам м в критериях подобия, Г о сэн ер го и зд ат, Я. 3. Ц ы п к и и. Т еория линейны х им пульсны х систем. Ф и зм атгиз, Ф. И. Б у т а е в, Е. Л. Э т т и н г е р. Вентильны й эл ек тр оп р и вод, Г о сэн ер го и зд а т, 1951.