5.9. Электропривода с двигателями постоянного тока, цифровые виртуальные модели. Математические модели двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

На рис. 2.1. показан двигатель постоянного тока с независимым возбуждением [1]. Уравнения, которые описывают электромагнитные и электромеханические процессы, имеют вид:

Рис. 2.1. ДПТ с независимым возбуждением.

В уравнениях ( 2.1.) индексом «B» отмечены переменные и параметры, относящиеся к обмотке возбуждения, индексом «Я» - переменные и параметры, относящиеся к якорю, коэффициенты Кф,Км,Кэ являются конструктивными постоянными.

Приведем уравнения (2.1.) к безразмерному виду, приняв в качестве базовых единиц номинальные значения переменных двигателя.

(2.2)

где:

- относительные переменные состояния двигателя,

- параметры двигателя.

Уравнения (2.2.) могут быть представлены в операторной форме:

(2.3)

Этим уравнениям соответствует виртуальная модель, представленная на рис. 2.2 .

а)

Рис. 2.2 Цифровая виртуальная модель ДПТ. [1] dpt1..

Модель имеет два входа управления: (U_Я) – управление по цепи якоря, (U_В) - управление по цепи возбуждения и один вход по возмущению (M_H) – возмущение по ремонту нагрузки. Блок (Transfer Fen) моделирует цепь возбуждения (постоянная времени цепи Тв = 0,5 с). Блок (Transfer Fen1) моделирует цепь якоря (постоянная времени Т=0, 02 с). Блоки (Produkt, Produkt1 ) реализуют умножение в соответствии с уравнением 2 и3 системы (4.3.). Блоки (Sum1, Gain, Integrator) реализуют третье уравнение системы (2.3.).

В двигателе с независимым возбуждением поток можно считать постоянным. В этом случае модель двигателя упрощается, такая модель представлена на рис. 2.3.

Вдальнейшем эта модель будет использована для синтеза электропривода при управлении по цепи якоря.

Рис. 2.3.Цифровая виртуальная модель ДПТ при постоянном потоке возбуждения [1].

В приводах постоянного тока иногда используется так называемое двухзонное регулирование. В этом случае двигатель управляется и по цепи якоря, и по цепи возбуждения. Обычно эти управления разнесены. По цепи якоря при постоянном потоке возбуждения управление осуществляется при значительных моментах на валу, а управление по цепи возбуждения – при малых моментах.

Рис.2.3. Цифровая виртуальная модель для получения механических характеристик [1] dpt5..

Математическая модель двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.

В двигателе постоянного тока с параллельным возбуждением [1] обмотка возбуждения включена параллельна якорю рис. 2.4. В этом случае u_В=u_R=u, и из (2.3.) имеем:

(2.4)

Рис. 2.4. ДПТ с параллельным возбуждением.

Модель двигателя, построенная по этим уравнениям показана на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Цифровая виртуальная модель с параллельным возбуждением [1] dpt3..

Исследование механических характеристик двигателя с параллельным возбуждением можно проводить на модели, показанной на рис. 2.6.

Рис. 2.6 Цифровая виртуальная модель ДПТ с параллельным возбуждением [1] dpt3.a..

Результаты моделирования показывают, что двигатель развивает меньший пусковой момент и имеет большую скорость холостого хода по сравнению с двигателем с независимым возбуждением.