5. Содержание отчета

1. Принципиальная и функциональная схемы системы стабилизации,

2. Таблицы с результатами измерений.

3. Графики экспериментально снятых характеристик: U₁=f(I₂), U₁=f(I₁), U₁, U₂=f(K_oc), U₂=f(I₃) , U₂=f(I₃), U₃=f(I₃).

4. Краткие выводы по результатам работы.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дайте классификацию изучаемой системы стабилизации.

2. Чем объясняется снижение частоты вращения ИД при увеличении нагрузки на валу?

3. Объясните работу системы по принципиальной схеме.

4. Чем объясняется улучшение статической точности при введении отрицательной обратной связи?

7. ЛИТЕРАТУРА

При подготовке к выполнению и защите лабораторной работы рекомендуется Литература [13-15]

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА В СИСТЕМЕ ГЕНЕРАТОР-ДВИГАТЕЛЬ С ЭЛЕКТРОМАШИННЫМ ВОЗБУДИТЕЛЕМ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Изучение принципиальной схемы системы стабилизации частоты вращения двигателя постоянного тока по схеме генератор-двигатель.

2. Исследование статических характеристик звеньев и системы.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

На рис. 1 показана схема регулирования частоты вращения двигателя по­стоянного тока в системе генератор-двигатель. В основу этой системы регули­рования положена схема генератор-двигатель, в которой в качестве возбудителя генератора использован ЭМУ (электромашинный усилитель), выполняющий одновременно функции сумматора и предварительного усилителя регулятора. ЭМУ имеет две обмотки управления: ОУ1, вводящую в регулятор независимый сигнал (уставку управления), и ОУ2 - обмотку обратной связи, питаемую от тахогенератора ТГ напряжением, пропорциональным регулируемой величине -частоте вращения двигателя Д. Задающий сигнал и сигнал отрицательной об­ратной связи сравниваются в виде соответствующих им намагничивающих сил (н. с.) обмоток управления F_У1 и F_У2

F = F_У1 - F_У2 (1)

Принцип действия.

Величина и знак F_У1 (изменением знака F_У1 можно производить реверс ис­полнительного двигателя Д) определяются только величиной и знаком управ­ляющего напряжения U_У. Величина н. с. обмотки обратной связи F_У2 пропор­циональна току в обмотке ОУ2 и зависит от частоты вращения n регулируемого двигателя:

F_У2 = k₁ ∙ n, (2)

где k₁ - коэффициент пропорциональности.

Таким образом, результирующая н.с. ЭМУ может быть представлена в виде:

F_У = k₂ U_У ± k₁ n (3)

где k₂ -коэффициент пропорциональности;

знак (+) соответствует положительной обратной связи, а знак (-) - отри­цательной, которая используется в режиме стабилизации.

Результирующая н.с. обмоток управления ЭМУ предопределяет напря­жение на обмотке возбуждения генератора Г, равное напряжению на зажимах якоря ЭМУ:

U_ОВ = к_ЭМУ F_У = к_ЭМУ (k₂ U_У ± k₁ n) (4)

где к_ЭМУ -коэффициент усиления ЭМУ.

Электродвижущая сила генератора постоянного тока Г, определяющая напряжение на якоре двигателя постоянного тока Д, зависит от магнитного по­тока, создаваемого обмоткой возбуждения ОВГ:

Е= c_en_ПД Ф = k₃ U_ОВ = k₃ к_ЭМУ (k₂ U_У ± k₁ n) (5)

где Се - постоянная генератора Г по э.д.с.;

n_ПД — частота вращения якоря Г (первичного двигателя ПД);

k₃ - коэффициент пропорциональности.

Частота вращения двигателя постоянного тока Д (объекта регулирования) определяется выражением:

(6)

где U_Я - напряжение на якоре двигателя Д: U=Е – I_Яг К_Яг (7)

I_Я — ток якоря двигателя (I_Я = I_Яг );

R_Я - сопротивление якорной обмотки двигателя;

Ф=соnst— магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения двига­теля.

Напряжение якоря двигателя является регулирующим воздействием в рассматриваемой системе стабилизации частоты вращения двигателя Д. В соот­ветствии с (6) увеличение напряжения и приводит к увеличению частоты вра­щения n и, наоборот, уменьшение U приведёт к уменьшению n.

Формулы (5), (6) и (7) позволяют определить влияние изменения коорди­нат системы и параметров - напряжения уставки U_У, глубины обратной связи k₁ и знака обратной связи на регулируемую величину - частоту вращения дви­гателя при отсутствии главного возмущающего воздействия - момента сопро­тивления (момента нагрузки).

Рассматривая (5), (6) и (7) совместно, можно получить:

, (8)

где

(9)

(10)

(11)

В знаменателе (8) знак (-) соответствует ПОС, а знак (+) — ООС. Второе слагаемое в формуле (8) отражает влияние неявной отрицательной обратной связи по току якоря I_Я= I_Яг в системе Г-Д. (Падение напряжения в якорных об­мотках генератора и двигателя). В замкнутой системе при ООС влияние этой неявной обратной связи в соответствии с (8) уменьшается в 1+ k₅ раз. Если пре­небречь падениями напряжений на сопротивлениях якоря Г и Д в виду их мало­сти (R_Я ≈ 0, R_Я ≈ 0), то (8) принимает вид:

, (12)

Из (12) следует, что при отсутствии нагрузки на двигатель постоянного тока (Мс=0) в рассматриваемой системе частота вращения двигателя зависит от напряжения уставки U_У, знака обратной связи и глубины обратной связи (коэф­фициента k₁).

Если предположить, что момент сопротивления двигателя М_С>0, то урав­нение замкнутой системы, рассмотренное относительно частоты вращения n для установившегося состояния можно записать в виде:

(13)

где k₇ - коэффициент передачи двигателя по главному возмущающему воздей­ствию - моменту сопротивления М_С.

Из (13) следует, что в замкнутой САУ при ООС влияние М_С уменьшается в 1+ k₅ раз по сравнению с разомкнутой системой.