Структурная схема двигателя при скорости вращения выше основной

Составим структурную схему двигателя постоянного тока независимого возбуждения при скорости выше основной и при управлении по якорю и по потоку. Переходя к относительным единицам, примем за базовые значения переменных: тока якоря I_Я – номинальный ток I_Н, магнитного потока Ф – номинальный поток Ф_Н, момента двигателя М – электромагнитный момент двигателя при номинальных токе якоря и потоке, напряжения на якоре U_Я и ЭДС двигателя Е_Д – номинальное напряжение на якоре U_Н, скорости вращения двигателя – скорость n₀ идеального холостого хода при номинальных потоке и напряжении на якоре.

При составлении структурной схемы приходится считаться с тем, что уравнения для момента двигателя

М = Ф I_Я

и для ЭДС двигателя

Е_Д = Ф n

являются нелинейными. Рассматривая процессы "в малом", запишем линеаризованные выражения для приращений переменных:

М = Ф₀ I_Я + I₀ Ф;

Е_Д = Ф₀ n + n₀ Ф .

Здесь Ф, I_Я, n – текущие значения потока, тока якоря и скорости вращения двигателя в точке линеаризации.

Добавив к этим выражениям также уравнения моментов на валу двигателя

М – М_С = Т_Д р n

и ЭДС в якорной цепи

U_Я – Е_Д = (1 + Т_Я р) I_Я / К_Я ,

составим структурную схему двигателя (рис. 4.24 а). Эта структурная схема составлена для приращений переменных, но знак  перед переменными опущен. Двигатель представляется звеном с переменными параметрами, зависящими от текущих координат Ф, I_Я, n.

Преобразуем структурную схему двигателя, приведя воздействие Ф к тому же сумматору, что и Е_П (рис. 4.24 б). Воздействие Ф поступает на вход контура регулирования по двум каналам. Канал 1 учитывает изменение скорости вращения двигателя, обусловленную только смещением точки холостого хода на механической характеристике двигателя (аналогично регулированию скорости в системе Г-Д). Канал 2, по знаку противоположный каналу 1, учитывает только изменение наклона механической характеристики при изменении потока возбуждения.

При скорости выше основной (при n₀ > 1) действие канала 2 по крайней мере в К_Я раз слабее, чем канала 1. Поэтому с целью упрощения структурной схемы пренебрежем в схеме двухзонного регулирования влиянием канала 2, когда скорость вращения двигателя выше основной (рис. 4.24 в).

 Приведите примеры систем электропривода с регулированием по потоку, в которых в отличие от рассматриваемой схемы двухзонного регулирования влияние канала 1 подавляется, а влияние канала 2 является определяющим.

Структурная схема электропривода при работе в зоне ослабленного потока двигателя

Линеаризованная структурная схема электропривода при скорости вращения двигателя выше основной изображена на рис. 4.25. Все регулируемые величины представлены в относительных единицах. Выбор базовых значений регулируемых коор-динат в основных контурах регулирования КРС и КРТЯ производился так же, как и в п. 4.4. В канале регулирования потока двигателя базовые значения напряжений на выходах тиристорного возбудителя ТВ и регулятора тока возбуждения РТВ выбирались соответствующими номинальному потоку двигателя в установившемся режиме, а на выходах датчиков тока возбуждения ДТВ и напряжения на якоре ДН – соответствующими номинальным потоку и напряжению на якоре двигателя.

Обозначения звеньев, входящих в КРТЯ и КРС, и их передаточные функции – такие же, как в электроприводе с подчиненным регулированием и независимым возбуждением двигателя (п. 4.4).

Звено СЦ с передаточной функцией

W_СЦ (р) = (1 + Т_СЦ р) / К_СЦ

учитывает падение напряжения на участке силовой цепи двигателя и преобразователя до точки съема сигнала на ослабление потока двигателя. В зависимости от способа ослабления потока двигателя передаточная функция звена СЦ может быть представлена следующими выражениями:

WСЦ (р) = 0,	если сигнал на ослабление потока двигателя подается в функции ЭДС преобразователя;
WСЦ (р) = (1 + ТЯП р) / КЯП ,	если сигнал на ослабление потока подается в функции напряжения на якоре;
WСЦ (р) = (1 + ТЯЦ р) / КЯЦ ,	если сигнал на ослабление потока подается в функции ЭДС двигателя.

Здесь Т_ЯП и К_ЯП – электромагнитная постоянная времени и кратность тока короткого замыкания силовой цепи только преобразователя; Т_ЯЦ и К_ЯЦ – то же, но всей силовой цепи преобразователь-двигатель.

Преобразуем структурную схему электропривода (рис. 4.25). Звенья, относящиеся к цепям возбуждения двигателя (обведены на рисунке пунктиром), обозначим одним звеном ЗСВ – зависимой системой возбуждения. На структурной схеме (рис. 4.25) видно, что наличие ЗСВ вызывает появление дополнительных каналов лишь в КРТЯ, поэтому в дальнейшем достаточно оценить влияние ЗСВ только на условия настройки КРТЯ.

Сумматор 3 перенесем к сумматору 1, т.е. действие ЗСВ по U_Я или Е_Д представим двумя каналами:один канал учитывает воздействие Е_П на ЗСВ, а другой – учитывает наличие звена СЦ, которое уточняет картину взаимодействия отдельных звеньев из-за того, что сигнал по U_Я или Е_Д, в функции которого происходит ослабление потока двигателя, не совпадает с Е_П из-за падения напряжения в силовой цепи.

Прежде чем рассматривать условия настройки КРТЯ с ЗСВ, примем допущения, которые уже встречались ранее при анализе электроприводов с подчиненным регулированием: пренебрежем влиянием обратной связи по ЭДС вращения двигателя (ее сигнал, пропорциональный скорости n, поступает на вход сумматора 2 через звено с коэффициентом усиления Ф₀) и внешней обратной связи по скорости в контуре регулирования скорости КРС. В результате приходим к схемам (рис. 4.26).