ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА П-2

РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА В СИСТЕМЕ С ИМПУЛЬСНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ

НАПРЯЖЕНИЯ

Цель работы: исследование регулировочных характеристик двигателя постоянного тока в системе с широтно-импульсным преобразователем напряжения.

Приборы и оборудование

1. Вольтметр постоянного тока на 100 В 1 шт.

2. Вольтметр постоянного тока на 30 В 1 шт.

3. Вольтметр постоянного тока на 50 В 1 шт.

4. Измеритель скважности стрелочный 1 шт.

5. Амперметр постоянного тока 5 Л 1 шт.

6. Потенциометр - задатчик 1 шт.

7. Двигатель постоянного тока МУ-100 1 шт

8. Тахогенератор Ктг = 0.06 В/(рад/с) 1 шт.

1. Общие сведения

В системах автоматического регулирования широкое распространение получили импульсные методы управления скоростью вращения двигателей постоянного тока. Импульсные методы регулирования скорости вращения основаны на изменении энергии, подводимой к электродвигателю. В этом случае к двигателю подводится последовательность импульсов неизменного напряжения U_n и работа двигателя состоит из периодов Т (разгон-торможение). Требуемая скорость достигается в виде средней скорости за периоды и будет определяться относительной продолжительностью включения (скважностью) импульсов :

где t_u - длительность импульса;

t_n - длительность паузы.

На рисунке 1 изображена принципиальная схема импульсного регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, а на рис. 2 – кривые тока и напряжения на выходе преобразователя (ШИП), где - ток, протекающий через двигатель в интервале времени [0;t; t_u], а - ток, протекающий через якорь двигателя в интервале времени [t_u; t; T].

При импульсном управлении мгновенное значение скорости вращения будет непрерывно колебаться в определенных пределах. При этом размах колебаний будет тем меньше, чем больше отношение электромеханической постоянной времени привода к периоду следования импульсов. Следовательно, с ростом частоты управляющих импульсов размах колебаний скорости уменьшается. Среднее значение скорости при этом остается неизменным. Оно может быть изменено только путем изменения скважности импульсов. С ростом скважности импульсов, подаваемых на электродвигатель, среднее значение скорости вращение его также растет.

При неизменной скважности  среднее значение скорости будет зависеть от величины момента нагрузки М_с и величины питающего напряжения U_n. С изменением М_с и U_n изменяется установившееся значение скорости вращения двигателя.

Импульсный способ управления позволяет путем изменения скваж­ности импульсов  в широких пределах регулировать среднюю скорость вращения двигателей постоянного тона.

Импульсное регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока может быть осуществлено при помощи различных преобразователей: широтно-импульсных, частотно-импульсных и широтно - частотно-импульсных.

В настоящей работе исследуется автоматизированный электропривод с широтно-импульсным преобразователем.

2. СТРУКТУРА ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Ьлок - схема преобразователя изображена на рис.3. Преобразователь состоит из входного усилителя постоянного тока УПГ, широтно-импульсного модулятора ШИМ, усилителя импульсов УИ (одного или нескольких), импульсного усилителя мощности ИУМ и устройства токоограничения УТО. Если уровень входного сигнала достаточен без усиления, то входной усилитель УПГ может быть исключен из схемы.

Широтно-импульсный модулятор формирует модулированные по дли­тельности импульсы с постоянной частотой их следования.

Длительность импульсов па выходе ШИМ однозначно определяется уровнем входного сигнала.

Импульсный усилитель мощности предназначен для широтно-импульсного регулирования напряжения на нагрузке - двигателе постоянного тока. Так как цепь двигателя представляет собой активно-индуктивную нагрузку с противо-ЭДС, ИУМ должен обеспечивать протекание тока как от источника питания в цепь, так и от цепи в источник или во вспомогательные цепи. Оптимальная частота переключения для ШИП, работающего на якорь двигателя, выбирается из условия обеспечения минимума суммарных дополнительных потерь в цепи якоря и потерь в коммутирующих элементах ИУМ.

В качестве коммутирующих элементов в ИУМ используются транзисторы, тиристоры или два операционных вентиля.

В двигателе, управляемом нереверсивным широтно-импульсным преобразователем, возможны два режима:

I) режим прерывистых токов;

2) режим непрерывных токов.

Основным режимом является режим непрерывных токов. Режим прерывис­тых токов возникает в системах с малыми частотами коммутации и при малых нагрузках, а также когда период переключений (коммутации) сравним с электромагнитной постоянной времени цепи якоря.

Рассмотрим работы импульсного усилителя мощности, изображенного на рис. 1 и состоящего из транзистора Т и диода Д.

Во время импульса по цепи якоря двигателя протекает ток i₁. Во время паузы транзистор Т закрыт, но по цепи якоря двигателя протекает ток i₂. Ток

i₂ обусловлен энергией, запасенной в индуктивности якорной цепи двигателя и разряжающейся во время паузы через диод Д, шунтирующий цепь якоря. Если период следования импульсов напряжения является величиной много меньшей, чем электромагнитная постоянная времени якорной цепи двигателя, то по цепи протекает непрерывный ток i_M = i₁ + i₂.

ИУМ позволяет получить на выходе различные значения среднего напряжения: