Структурная схема контура тока представлена на рис. 2.

Рис. 2

На рис. 2 приняты обозначения:

и_з.т – сигнал задания тока;

и_о.т – сигнал обратной связи по току;

W_PT (p) – передаточная функция регулятора тока;

u_у – напряжение управления на входе тиристорного возбудителя;

k_в, Т_в – коэффициент усиления и постоянная времени тиристорного возбудителя;

u_в – напряжение, поступающее с выхода тиристорного возбудителя на обмотку возбуждения генератора;

k_г, Т_г – коэффициент усиления и постоянная времени генератора;

е_г – ЭДС генератора;

е_д – противоЭДС, наводимая в обмотке якоря двигателя;

R_я – суммарное сопротивление последовательно соединенных в соответствии с рис. 1 обмоток генератора и двигателя;

T_я – постоянная времени последовательно соединенных обмоток генератора и двигателя;

i_я – ток в обмотке якоря двигателя;

k_о.т – коэффициент обратной связи по току.

Передаточная функция разомкнутого контура тока в соответствии с рис. 2 имеет вид:

(1)

Желаемая передаточная функция разомкнутого контура тока при настройке на модульный оптимум

(2)

Приравняв правые части уравнений (1), (2) и положив Т_ = Т_в, получим передаточную функцию регулятора тока

(3)

Полученная передаточная функция соответствует ПИД-регулятору. Вследствие того, что постоянная времени якоря двигателя Т_я значительно меньше постоянной времени генератора Т_г, можно отказаться от компенсации постоянной времени Т_я, положив Т_ = Т_в + Т_я.

Передаточная функция регулятора тока при этом упрощается и имеет тот же вид, что и для системы ТП-Д, т.е. она соответствует ПИ-регулятору.

(4)

Постоянная времени интегрирования ПИ-регулятора тока

. (5)

Передаточная функция замкнутого контура тока при настройке на модульный оптимум имеет вид:

(6)

Структурная схема контура ЭДС представлена на рис. 3.

На рис. 3 дополнительно приняты обозначения:

и_з.э – сигнал задания ЭДС;

и_о.э – сигнал обратной связи по ЭДС;

W_PЭ (p) – передаточная функция регулятора ЭДС;

I_с – статический ток;

с_м – коэффициент пропорциональности по моменту;

Т_м – электромеханическая постоянная времени;

 – угловая скорость двигателя;

k_о.э – коэффициент обратной связи по ЭДС двигателя;

T_Ф – постоянная времени фильтра в датчике ЭДС.

Передаточная функция разомкнутого контура эдс в соответствии с рис. 3 при пренебрежении постоянной времени tф и малой величиной 2т2р2 определяется из уравнения:

(7)

Желаемая передаточная функция разомкнутого контура ЭДС при настройке на модульный оптимум

(8)

где Т_э = 2Т_ + Т_Ф  2Т_ .

Приравняв правые части уравнений (7), (8), получим передаточную функцию регулятора ЭДС

(9)

Принимая Т_э = 2Т_ , получаем передаточную функцию П-регулятора ЭДС

(10)

2.2. Расчёт параметров системы тв-г-д для электропривода напора экскаватора

Вначале произведём расчёт номинальных значений параметров электродвигателя. Значе­ния номинальной частоты вращения n_ном, номинальной мощности Р_ном, номинального тока I_я.ном, номинального напряжения U_ном и числа пар полюсов р_п возьмём из паспортных данных двигателя: n_ном = 750 об/мин; Р_ном = 200 кВт, I_я.ном = 585 А, U_ном = 370 В, р_п = 2.

Выразим угловую номинальную скорость двигателя:

_ном = 2n_ном / 60 = 23,14750 / 60 = 78,54 рад / с.

Рассчитаем номинальный момент электродвигателя:

М_ном = Р_ном /_ном = 200000 / 78,54 = 2546,5 Нм.

Постоянную с_м найдём следующем образом:

с_м = М_ном / I _я.ном = 2546,5 / 585 = 4,353 Нм / А.

Номинальная ЭДС двигателя

Е_ном = с_м_ном = 4,35378,54 = 341,88 В.

Индуктивность обмотки якоря двигателя

где  = 0,25 при наличии компенсационной обмотки.

Произведём также расчёт номинальных значений параметров генератора типа ГПЭ - 220 - 1000 У2. Значения номинальной частоты вращения n_г.ном, номинального тока I_г.ном, номинального напряжения U_г.ном и числа пар полюсов р_пг возьмём из паспортных данных генератора: n_г.ном = 1000 об/мин, I_г.ном = 579 A, U_г.ном = 380 В, р_пг = 2.

Зная паспортные данные генератора, найдем следующие параметры.

Угловая номинальная скорость генератора

 _г.ном = 2n _г.ном / 60 = 23,141000 / 60 = 104,72 рад / с.

Индуктивность обмотки якоря генератора

Суммарная индуктивность обмоток якоря генератора и двигателя

L_я = L_я + L_г = 0,00101 + 0,00078 = 0,00179 Гн.

Значения активных сопротивлений якоря генератора R_яг, дополнительных полюсов генератора R_ДПг, якоря двигателя R_яд, и дополнительных полюсов двигателя R_ДПд при температуре 15 С возьмём из паспортных данных генератора и двигателя: R_яг = 0,0128 Ом; R_ДПг = 0,0047 Ом; R_яд = 0,013 Ом; R_ДПд = 0,00525 Ом.

Рассчитаем суммарное активное сопротивление последовательной цепи обмоток генератора и двигателя, приведенной на рис. 1, при температуре 15 С:

R_я15 = R_яг + R_ДПг + R_яд+ R_ДПд = 0,0128 + 0,0047 +

+ 0,013 + 0,00525 = 0,03575 Ом.

Активное сопротивление цепи генератор – двигатель при температуре 75 С

R _я75 = 1,1 R _я15 [1 + (75 – 15)] =

= 1,1  0,03575  [1 + 0,004  (75 –15)] = 0,04876 Ом,

где  = 0,004 – температурный коэффициент сопротивления меди;

1,1 – коэффициент, учитывающий сопротивление соединительных проводов.