Динамические свойства днв при питании от источника напряжения.

Воспользуемся системой уравнений:

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_B и канал управления по цепи якоря с управляющим воздействием U_Я.

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

Цепь возбуждения представляет собой апериодическое звено с постоянной времени Т_В, которая для двигателей от нескольких кВт до нескольких тысяч кВт находится в пределах (0,25,0)с. Индуктивность ее можно определить по формуле.

Гн или

Здесь W_B – число витков обмотки возбуждения на одном полюсе; - коэффициент насыщения, а I_B.ЛИН – ток возбуждения, создающий номинальный поток Ф_н при отсутствии насыщения магнитной цепи (см. рис.)

При работе на насыщенной части кривой намагничивания L_B и Т_В уменьшаются, причем . Изменение Ф вносят нелинейность в математическое описание процессов преобразования энергии, поэтому структурная схема, изображенная на рис., используется для анализа динамических свойств эл.привода с ДНВ на ЭВМ.

Обычно при питании от источника напряжения ДНВ работает при Ф=Ф_Н=const. При этом уравнение динамической механической характеристики имеет вид

, откуда

, или

; или

Этому уравнению соответствует структурная схема.

Она показывает, что при Ф=const ЭМП с независимым возбуждением представляет собой апериодическое звено с постоянной времени Т_Я. Индуктивность рассеяния якорной цепи двигателя может быть вычислена по приближенной формуле Уманского – Линвилля.

, где

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

Т_Я для двигателей средней и большей мощности равно (0,020,1)с, причем наибольшее значение соответствует некомпенсированным, либо тихоходным двигателям.

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 эл.привода, 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 согласно вышеприведенному выражению:

,

откуда после нахождения производной определим :

, или

,

где .

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

Если с помощью структурной схемы, изображенной ранее, определить передаточную функцию динамической жесткости механической характеристики, она будет иметь вид:

Заменив  на j, получим выражения амплитудно-частотной и фазочастотной 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  и М изменяется от 180, соответствующих статической жесткости (=0) до 90 при  к бесконечности.

Введение добавочного сопротивления в цепь якоря ДНВ уменьшает Т_Я. При этом если в пределах возможных частот колебаний снижается незначительно, а  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.