- •5 Лабораторная работа № 10.1 Исследование системы электропривода с управлением по цепи возбуждения двигателя
- •5.1 Основные теоретические положения
- •Расчет параметров регулятора тока возбуждения Rоств, Rтв, Rзтв, Соств
- •Расчет параметров регулятора тока якоря Rзтя, Rтя, Rостя, Состя
- •Расчет параметров регулятора скорости Rзс, Rc, Rосс
- •5.2 Устройство лабораторной установки
- •5.3 Программа работы
- •5.4 Методика выполнения лабораторной работы
- •5.5 Контрольные вопросы
- •5.6 Перечень ссылок
5 Лабораторная работа № 10.1 Исследование системы электропривода с управлением по цепи возбуждения двигателя
Цель работы: изучение принципа управления вентильными приводами постоянного тока с управлением по цепи возбуждения.
Лабораторная работа выполняется на стенде № 10.
При подготовке и защите отчета студенты должны ответить на контрольные вопросы, которые состоят из двух блоков:
1. Блок вопросов, относящихся к методике работы на стенде.
2. Блок вопросов, относящихся к обработке экспериментальных данных.
К работе допускаются студенты, правильно ответившие на первый блок вопросов – 1 – 18. На второй блок вопросов – 19 – 30 – студент должен ответить при защите лабораторной работы.
5.1 Основные теоретические положения
Структурная схема системы регулирования скорости вращения с управлением по цепи возбуждения показана на рис.5.1. Это трехконтурная система, содержащая контуры регулирования тока возбуждения, тока якоря и скорости вращения. Передаточная функция регулятора тока возбуждения рассмотрена в [1] и имеет вид:
, (5.1)
где ,– активное сопротивление и постоянная времени цепи обмотки возбуждения;
–постоянная времени, учитывающая влияние вихревых токов;
–коэффициент передачи вентильного преобразователя;
–коэффициент передачи обратной связи по току возбуждения;
–постоянная времени интегрирования контура тока возбуждения.
Передаточные функции двух других регуляторов (тока якоря и скорости вращения) получены на основании методики построения многоконтурных систем регулирования и имеют вид:
; (5.2)
, (5.3)
где RЭ – эквивалентное сопротивление якорной цепи двигателя, Ом;
ТЭ – эквивалентная постоянная времени якорной цепи, с;
аТ.Я – отношение постоянных времени интегрирования контуров тока якоря и тока возбуждения;
КТ.Я=Uзтя.max/Iя.max.доп – коэффициент отрицательной обратной связи по току якоря, Ом;
КФ=/IВН – передаточный коэффициент усиления цепи возбуждения двигателя, Вб/А;
К – конструктивная постоянная двигателя;
о – настроечное значение скорости, с-1;
КС=Uзс/max – коэффициент отрицательной обратной связи по скорости, Вс;
о – настроечное значение магнитного потока двигателя, Вб;
J – приведенный к валу двигателя суммарный момент инерции, Нм с2.
В рассматриваемой системе, так же как и в системе регулирования скорости управлением по цепи якоря, регулятор скорости может выполняться как пропорциональным, так и пропорционально-интегральным. В первом случае система будет астатической по заданию и статической по нагрузке, а во втором случае – астатической по обоим видам воздействия.
В соответствии со структурной схемой (рис.5.1) передаточная функция замкнутого контура регулирования тока якоря запишется как:
(5.4)
Если оптимальная настройка контура тока соответствует режиму, в котором объект регулирования имеет максимальный коэффициент передачи, то о=max. При этом условии и неизменном напряжении на якоре двигателя, равном номинальному, имеем:
, причем, (5.5)
где D=max/Н – диапазон регулирования скорости вращения.
С учетом (5.5) уравнение (5.4) принимает вид:
. (5.6)
Постоянная времени контура регулирования тока якоря ТТ.Я=аТ.ЯDТТ.В при изменении в указанном выше диапазоне, лежит в пределах:
. (5.7)
Рисунок 5.1 – Структурная схема системы электропривода постоянного тока
с управлением по цепи возбуждения двигателя
Передаточная функция замкнутого контура регулирования скорости для однократноинтегрирующей системы может быть записана в виде:
, (5.8)
где ФН – номинальный поток двигателя, Вб.
По аналогии с предыдущим, оптимизация данного контура производится для режима Фо=ФН, и, соответственно ТТ.Я.max=аТ.ЯDТТ.В. При этом уравнение (5.8) принимает вид:
. (5.9)
Из последнего уравнения видно, что постоянная времени контура регулирования скорости ТС при изменении от 1 до 1/D меняется в пределах
.
При расчете двукратноинтегрирующей системы учет переменных параметров Ф и выражается в том, что постоянную времени в цепи обратной связи ПИ-регулятора скорости приходится соизмерять с наибольшим значением ТС.
. (5.10)
Анализируя (5.10), можно сделать следующие выводы:
1. При номинальной скорости вращения двигателя ( =1) постоянная времени контура тока якоря возрастает в D раз по сравнению с ее оптимальными значениями, выбранными исходя из режима max. Отношение постоянных ТС/ТТ.Я в этом режиме соответствует выбранному оптимальному значению.
2. При максимальной скорости вращения ( =1/D) постоянная времени контура скорости возрастает в D раз по сравнению с режимом номинальной скорости, а отношение постоянных ТС/ТТ.Я соответственно увеличивается в D раз.
Таким образом, при регулировании скорости потоком возбуждения в широких пределах для получения хорошего качества переходных процессов во всем диапазоне скоростей, необходимо вводить в контуры тока якоря и скорости дополнительные элементы (например, делительные устройства), которые компенсировали бы изменения параметров и Ф.
Расчет параметров регуляторов тока возбуждения, тока якоря и скорости.
В первую очередь необходимо произвести расчет для внутреннего контура системы регулирования, т.е. для контура тока возбуждения, а затем для внешних контуров – контуров тока якоря и скорости.