Динамические свойства днв при питании от источника напряжения

Воспользуемся системой уравнений для математического описания механической характеристики ДПТ:

;

;

Перепишем эту систему в виде:

;

;

.

Здесь - коэффициент, соответствующий линейной части кривой намагничивания;;- электромагнитные постоянные цепи возбуждения и якорной цепи.

Этим уравнениям соответствует приведенная ниже структурная схема. На ней даны два канала управления – канал управления потоком двигателя, которому соответствует управляющее воздействие U_Bи канал управления по цепи якоря с управляющим воздействиемU_Я.

Из схемы следует, что при отсутствии реакции якоря процессы в цепи возбуждения протекают независимо от процессов в якорной цепи, а процессы в последней зависят от Ф.

Цепь возбуждения представляет собой апериодическое звено с постоянной времени Т_В, которая для двигателей от 1 до нескольких тысяч кВт находится в пределахТ_В= 0,25,0 с, и быстро возрастает с увеличением мощности двигателя. Индуктивность цепи возбуждения можно определить по формуле:

.

Здесьw_в– число витков обмотки возбуждения на одном полюсе;- коэффициент насыщения, аI_B..ЛИН– ток возбуждения, создающий номинальный поток Ф_нпри отсутствии насыщения магнитной цепи (см. рис.).

При работе на насыщенной части кривой намагничивания L_BиТ_Вуменьшаются тем больше, чем выше насыщение, причем. Изменение Ф вносит нелинейность в математическое описание процессов преобразования энергии даже при ненасыщенной магнитной цепи, поэтому при переменном магнитном потоке структурная схема, изображенная на рис., используется для анализа динамических свойств электропривода с ДНВ с помощью ЭВМ.

При питании от источника напряжения ДНВ работает преимущественно при постоянном магнитном потоке Ф = Ф_Н=const, при этом уравнение механической характеристики имеет вид

, откуда

, или; при этом уравнение динамической механической характеристики принимает вид

. (3.41)

Этому уравнению соответствует структурная схема, представленная на рис. Она свидетельствует о том, что при Ф =constЭМП с независимым возбуждением представляет собой апериодическое звено с постоянной времениТ_Я. Индуктивность рассеяния якорной цепи двигателя может быть вычислена по приближенной формуле Уманского – Линвилля.

,

где = 0,50,6 для некомпенсированных и= 0,25 для компенсированных машин.

Для двигателей средней и большой мощности Т_Я=0,020,1 с, причем наибольшее значение соответствует некомпенсированным, либо тихоходным двигателям большой мощности.

ДНВ имеет бесконечно большое число динамических характеристик, соответствующих динамическим процессам, зависящим от вида механической части, начальных условий, характера управляющих и возмущающих воздействий. По ним можно судить о свойствах как самого ДНВ, так и механической части. Поэтому для анализа динамических свойств самого двигателя их использовать нельзя.

В установившихся динамических режимах, например, при наличии периодической составляющей нагрузки электропривода, динамическая механическая характеристика для каждого цикла установившихся колебаний одинакова и форма ее зависит только от электромеханических свойств двигателя. Установим, какой вид динамическая механическая характеристика имеет в этом случае. Пусть момент двигателя в установившемся динамическом режиме изменяется по закону . Тогда (3.41) однозначно определяет соответствующий закон изменения скорости:

,

откуда после нахождения производной определим:

или

,

где - фазовый сдвиг.

Изобразив на графике статическую характеристику (1), кривыеи, задаваясь разными значениями времениt, на фоне статической характеристики можно построить динамическую характеристику. Это замкнутая кривая (2). Она существенно отличается от статической, а ее отклонение от статической объясняется влиянием электромагнитной инерции якорной цепи. Уменьшение частоты вынужденных колебанийили снижениеТ_Яуменьшают эти отклонения. В пределе при0 илиТ_Я0 динамическая характеристика сольется со статической.

Если с помощью структурной схемы (б), изображенной ранее, определить передаточную функцию динамической жесткости механической характеристики:

.

Заменив pнаj, получим выражения амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик динамической жесткости.

:.

Соответствующие им кривые приведены на рис. Из них видно, что электромагнитная инерция приводит к уменьшению модуля динамической жесткости тем в большей степени, чем выше. Одновременно сдвиг по фазе между колебаниямииМизменяется от - 180, соответствующих статической жесткости (= 0) до -270прик бесконечности.

Введение добавочного сопротивления в цепь якоря ДНВ уменьшает Т_Я. При этом если в пределах возможных частот колебанийснижается незначительно, а- фазовый сдвиг, остается близким к 180, то можно без существенных погрешностей исследовать динамические процессы пользуясь выражением статической механической характеристики.

Отметим в заключение, что проведенный анализ динамических свойств ЭМП независимого возбуждения справедлив полностью только для компенсированных двигателей.