Ход работы

Рис 1. Осциллограмма переходного процесса при пуске и торможении двигателя

Рис 2. Осциллограмма переходного процесса при наброске и сбросе нагрузки

Рис 3. Осциллограмма без сигнала адаптации

Рис 4. Осциллограмма с установленным сигналом адаптации

Рис 4. Осциллограмма с максимальным сигналом адаптации

Рис 5. Осциллограмма переходного процесса при пуске двигателя при

Рис 6. Осциллограмма переходного процесса при пуске двигателя при

Лабораторная работа 25.5

«Исследование системы электромашинный усилитель – двигатель»

Цель работы: Целью работы является исследование статических и динамических режимов в системе ЭМУ—Д предназначенной для регулирования скорости двигателя и поддержания постоянства скорости при изменении нагрузки.

Общие сведения о лабораторной установке

Принципиальная схема лабораторного стенда приведена на рис.1. Все основные соединения, показанные на схеме, а также приборы и аппараты смонтированы на стенде. Не подсоединены только обмотки управления ЭМУ и некоторые узлы схемы, которые подсоединяются студентами.

Лабораторная установка имеет асинхронный двигатель MI, двигатель постоянного тока М2 и электромашинный усилитель по­перечного поля с четырьмя обмотками управления, две из которых используются для введения обратных связей по скорости и на­пряжению, а третья служит в качестве задающей обмотки. Нагруз­ка на валу двигателя М2 осуществляется нагрузочным генерато­ром НГ. Ток нагрузки регулируется с помощью резистора R7.

С валом двигателя М2 соединен тахогенератор ТГ, используемый для введения обратной связи по скорости. Коэффициент обратной связи регулируется переключением отпаек резистора R5 с по­мощью тумблера B4.

Основные данные электрических мамин Двигатель М2

Р_н = 0,3 кВт, U_H= 220 В, I _н = 2,06 А, n_н = 1500 об/мин R_яд = 24,5 Ом

E_н/ω_н= 0,946 В/об/мин

Электромашинный усилитель ЭМУ-50

Р_н = 4,5 кВт, U_H= 230 В, I_Н = 19,6 А, n_н = 2935 об/мин, R_я= 0,475 Ом R_ко = 0,385 Ом,

R_дn = 0,11 Ом .

Рис.1. Принципиальная схема лабораторного стенда

Таблица 2.1

			Ток управления
Обмотка управления	Число витков	Сопротивление		Номинальный	Длительно допустимый
		Ом		мА	мА
ОУ I ОУ II ОУ III ОУ IV	1600 110 1600 600	2000 10.4 2000 920		9 123 9 24	62.5 900 62.5 165

Тахогенератор ТМГ-3ОП

U_H = 230 В, n_н = 4000 об/мин, R_ЯТГ = 400 Ом, I_Я = 80 мА

В качестве задающей обмотки ЭМУ используется обмотка ОУ IУ, включенная через потенциометр R 3, R4.

В качестве стабилизирующей обмотки используется обмотка ОУ III включенная через конденсатор С ( 50 мкФ )

Анализ динамики в системе ЭМУ – Д

Анализ динамики системы проводится при следующих допущениях:

1. характеристики машин линейны;

2. индуктивность якоркой цени двигатели paвна нулю;

3. реакции якоря ЭМУ полностью скомпенсирована;

4. внутренние обратные связи в ЭМУ не учитываются.

На входе разомкнутой системы ЭМУ – Д действует напряжение задающей обмотки ЭМУ U_З0(p) выходом является скорость дви­гатели ω(р). Передаточная функции звеньев этой системы приведены в литературе [I] м [II]. С учетом принятых допущений, можно получать уравнение разомкнутой системы.

или после подстановка числовых значений

где Т₁ = 0,06с – электромагнитная постоянная временя первого каскада ЭМУ;

Т₂ = 0,16с – электромагнитная постоянная времени корот­козамкнутого контура ЭМУ (см. [I] стр.221);

Т_м = 0,079с – электромеханическая постоянная времени двигателя;

k_Э = 13,8 – коэффициент усиления ЭМУ по напряжению для задающей обмотки;

k_Д = 1,035 l/Bc – коэффициент передачи двигателя;

k_Э k_Д = 14.3 1/Вс – коэффициент передачи системы по за­дающей обмотке ЭМУ;

R₀ = 25,4 Ом – сопротивление якорной цепи ЭМУ-двигатель.

Переходной процесс разгона двигателя в разомкнутой системе при подаче ступенчатого задающего воздействия U_З0, рассчитанный на основании теоремы разложения для уравнения (I) [4], приведен на рис.2 (кривая I).

В замкнутой системе на вход ЭМУ кроме задающего сигнала действует сигнал обратной связи по скорости двигателя (см. структурную схему рис.3) и уравнение системы принимает вид

Рис.2. Расчетные кривые пуска двигателя в разомкнутой (1) и замкнутой (2) системе ЭМУ – Д

Рис.3. Структурная схема системы ЭМУ – Д

K_ЗООС = 11.3 – коэффициент усиления ЭМУ по напряжению для обмотки обратной связи;T₁ = 0.108с – электромагнитная постоянная времени первого каскада ЭМУ в замкнутой системе.

Для оценки динамики замкнутой системы ЭМУ-Д по уравнению (2) с использованием теоремы разложения рассчитан переходной процесс отработки ступенчатого управляющего воздействии.

Как видно из рис.2, процесс характеризуется значительным пе­ререгулированием и большой колебательностью. Поэтому с целью улучшения динамики в схеме применена гибкая обратная связь по напряжению ЭМУ. Эта связь подает сигнал на вход ЭМУ (обмотка ОУ III) таким образом, чтобы уменьшалось перерегулирование и ко­лебании напряжения ЭМУ и скорости двигателя. Обмотка ОУ III включена через конденсатор C, поэтому ток в ней проходит толь­ко при переходных процессах. Обмотка должна быть подключена таким образом, чтобы при изменении напряжения ЭМУ поток этой обмотки препятствовал возникающему изменению: при увеличении U_ЭМУ он размагничивает ЭМУ, а при уменьшении U_ЭМУ – подмагничивает.

Неправильно включенная гибкая обратная связь будет усиливать колебания.

Программа работы

1. Собрать схему представленную на рис.1.

2. Снять внешние характеристики ЭМУ при различных степенях компенсации реакции якоря:

R2 = 4 Ом, R2 = 14 Ом, R2 = 36 Ом.

3. Настроить систему ЭМУ – Д и снять скоростные характеристики ω = f(I_Я):

• Разомкнутой системы при ω₀ = 145 рад/с;

• Замкнутой системы при том же задающем напряжении и R5 = 10 кОм, R5 = 500 Ом, R5 = 100 Ом;

• Замкнутой системы при ω₀ = 145 рад/с и R5 = 10 кОм, R5 = 500 Ом, R5 = 100 Ом;

• Зависимость U_ЭМУ = f(I_Я) для R5 = , R5 = 10 кОм, R5 = 500 Ом, R5 = 100 Ом;

• Проследить влияние стабилизирующего конденсатора при R5 = 100 Ом и влияние сопротивления резистора R7.

Ход выполнения лабораторной работы.

Внешние характеристики ЭМУ при различных степенях компенсации реакции якоря.

R2=36 Ом	Uэму, В	220	210	200	185	175
	Iя,А	0	3	7.5	16	23
R2=14 Ом	Uэму, В	220	205	190	170	150
	Iя,А	0	3	7	15	20
R2=4 Ом	Uэму, В	220	195	170	135	110
	Iя,А	0	2.5	6.5	12	15.5

Рис 4. Внешние характеристики ЭМУ при: 1 – R2=36 Ом, 2 – R2=14 Ом, 3 – R2=4 Ом.

Скоростные характеристики

Система	R5, кОм	Опытные данные
Разомкнутая		Uтг, В	64	63	62	58	56	55	52
		, рад/с	116.6	114.7	112.9	105.6	102	100.2	94.7
		Iя, А	0.4	0.9	0.95	1.7	2	2.3	3
Замкнутая	0.5	Uтг, В	20	18	17	16	15	14	13
		, рад/с	36.4	32.8	31	29.1	27.3	25.5	23.7
		Iя, А	0.4	0.7	0.9	1.5	1.8	2.1	2.5
	2	Uтг, В	24	21	20	20	19	19	18
		, рад/с	43.7	38.2	36.4	36.4	34.6	34.6	32.8
		Iя, А	0.9	1.5	1.8	2.2	2.7	3.1	3.6
	10	Uтг, В	40	39	38	36	35	33	31
		, рад/с	72.8	71	69.2	65.6	63.7	60.1	56.5
		Iя, А	0.8	0.9	1.6	1.9	2.2	2.8	3.1

Рис 5. Скоростные характеристики при: 1 – разомкнутой системы, 2 – замкнутой системы при R5=500 Ом, 3 – замкнутой системы при R5=2 кОм, 4 – замкнутой системы при R5=10 кОм

Зависимость Uэму=f(Iя)

R5, кОм	Опытные данные
0.5	Uэму, В	260	260	260	260	260	260
	Iя, А	0.4	0.9	1.5	1.8	2	2.5
2	Uэму, В	240	238	236	234	232	230
	Iя, А	0.4	0.8	1.4	1.6	1.9	2.3
2.5	Uэму, В	150	147	145	141	138	134
	Iя, А	0.3	0.5	0.9	1.1	1.3	1.5

Рис 6. Внешние характеристики ЭМУ при: 1 – при R5=500 Ом, 2 – при R5=2 кОм, 3 – при R5=10 кОм

а) б)

Рис 5. Осциллограммы переходного процесса пуска двигателя а) при отключенной гибкой обратной связи б) при включенной гибкой обратной связи.

Вывод: в ходе данной лабораторной работы были исследованы статические и динамические характеристики ЭМУ. Из рис. 4 видно, что реакция якоря оказывает существенное влияние на внешнюю характеристику ЭМУ, с повышение степени компенсации реакции якоря характеристика ЭМУ становится более жесткой. Также с повышением коэффициента обратной связи по скорости жесткость механической характеристики становится больше, но при этом падает скорость идеального холостого хода. Без обратной связи с конденсатором (гибкой обратной связи) в переходных режимах ЭМУ наблюдается перерегулирование.

Так как конденсатор не пропускает постоянный ток, то эта обратная связь работает только в переходных режимах, а, следовательно, не влияет на механические характеристики ЭМУ. Из осциллограмм видно, что гибкая обратная связь убирает перерегулирование, но увеличивает время переходного процесса до 0.8 с.