3.2.7 Структурные схемы разомкнутой системы электропривода и их использование для расчета переходных процессов

В соответствии с принципиальной схемой разомкнутой системы Г-Д, показанной на рисунке 3.7, эта система электропривода при работе с постоянным потоком двигателя Ф=Ф_Н описывается уравнениями (3.16)(3.23), подробно поясненными ранее в разделе 3.2.2.

По этим уравнениям можно следующим образом записать выражения передаточных функций для отдельных элементов (цепей) системы Г-Д:

цепь возбуждения генератора –

, (3.125)

либо, учитывая линеаризованную кривую намагничивания генератора с коэффициентом ,

; (3.126)

цепь якоря системы Г-Д –

, (3.127)

либо, учитывая уравнение связи (3.21),

; (3.128)

механическая цепь двигателя –

(3.129)

В соответствии с приведенными передаточными функциями структурная схема разомкнутой системы Г-Д будет иметь вид, показанный на рисунке 3.29.

При использовании для описания системы Г-Д уравнения механической цепи в виде:

(3.130)

структурная схема системы Г-Д принимает вид (рис. 3.30):

Если при составлении структурных схем системы Г-Д воспользоваться понятием электромеханической постоянной времени (см. раздел 2.2), то, заменяя в приведенных выше структурных схемах момент инерции по соотношению, можно получить иное представление этих структур (см.рис.3.31 и рис. 3.32).

От структурных схем системы Г-Д можно легко перейти к структурным схемам электропривода, в котором якорная цепь двигателя питается от регулируемого источника напряжения (преобразователя напряжения различного типа). Последний может быть представлен двумя последовательно включенными апериодическими звеньями (на входе напряжение управления U_У, на выходе – ЭДС преобразователя Е_П). Такая структурная схема характерна для генератора постоянного тока с электромашинным или магнитным усилителем-возбудителем, или же с вентильным преобразователем в цепи возбуждения (в последнем случае апериодическим звеном первого порядка может быть представлен широтно-импульсный преобразователь или вентильный преобразователь с фазовым управлением).

Для вентильного преобразователя с фазовым управлением, имеющего среднестатистическое запаздывание  и фильтр на входе системы импульсно-фазового управления (СИФУ) с постоянной времени Т_Ф, справедливость такого описания вытекает из следующих соображений:

представляя силовой блок вентильного преобразователя (ВП) с фазовым управлением, как звено с чистым запаздыванием, можно записать его передаточную функцию как

, (3.131)

где К_П – коэффициент усиления силового блока преобразователя;

U_Ф – напряжение на выходе фильтра.

В общем случае СИФУ сама может быть инерционной. Часто на входе СИФУ включают фильтр с постоянной времени Т_Ф для помехозащищенности или выделения среднего значения сигнала, поступающего на вход фильтра от релейного регулятора со скользящим режимом.

Для упрощения с достаточной точностью передаточную функцию силового блока преобразователя (3.131) можно разложить в степенной ряд Макларена и получить, что

. Используя два первых члена разложения, можно представить силовой блок преобразователя как апериодическое звено с передаточной функцией

. (3.132)

Таким образом, вентильный преобразователь (ВП) с фазовым управлением и фильтром на входе СИФУ (апериодическое звено первого порядка) можно представить схемой рисунок 3.33 и передаточной функцией

,(3.133)

гдеU_У – напряжение на входе СИФУ.

Так как Т_Ф и _П весьма малы (_П2-4 мс, Т_Ф6-8 мс), то, пренебрегая малыми второго порядка W_ВП(р) можно представить как апериодическое звено первого порядка с передаточной функцией

, (3.133)

гдеТ_ПТ_Ф+10 мс – постоянная времени вентильного преобразователя с фазовым управлением и фильтром на входе СИФУ.

Если в качестве источника питания двигателя используется широтно-импульсный преобразователь, то при математическом описании объекта управления следует принять Т_Ф=0, а Т_П=.

Структурные схемы разомкнутых систем электропривода, приведенные выше, служат для расчета динамических режимов работы путем аналитического решения системы дифференциальных уравнений, получаемых для этих структур, путем моделирования этих режимов на аналоговых вычислительных машинах или путем моделирования на цифровых математических моделях при использовании различных пакетов прикладных программ (МАСС, Kobra, Simulink и др.).

Г л а в а ч е т в е р т а я

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ДВИГАТЕЛЯХ НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ, ПИТАЕМЫХ ОТ СЕТИ С ПОСТОЯННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ