5 .5.3 О п р е д е л е н и е з а п а с о в у с т о й ч и в о с т и. По полученной передаточной функции определяется логарифмическая фазовая характеристика (лфчх) скорректированной системы.

Рисунок 9 - Желаемая ЛФЧХ

Определение запасов устойчивости производится следующим образом: в точке пересечения графика ЛФЧХ с осью 180 восстанавливается перпендикуляр до пересечения с осью абсцисс. От оси абсцисс до желаемой ЛАЧХ определяется запас устойчивости по амплитуде, так как ЛФЧХ нигде не пересекает ось 180, то запас устойчивости по амплитуде практически неограничен в рамках линейного приближения. Запас по фазе определяется по прямой, проходящей через частоту среза от оси 180 до графика ЛФЧХ. Он равен  = 137, что удовлетворяет техническому заданию.

Синтез корректирующих звеньев. Коррекция динамических свойств САУ осуществляется для выполнения требований по точности, устойчивости и качеству переходных процессов.

С точки зрения требований к точности коррекция может потребоваться для увеличения порядка астатизма или коэффициента передачи системы при сохранении устойчивости и определенного качества переходного процесса.

Коррекция применяется также как средство обеспечения устойчивости, а

так же повышения качества переходного процесса.

Осуществляется коррекция введением в систему корректирующих звеньев с особо подобранной передаточной функцией. Принципиально корректирующие звенья могут включаться либо последовательно с основными звеньями САУ, либо параллельно им, также существуют и комбинированные способы включения. Соответственно, по способу включения в систему корректирующие звенья делятся на последовательные и параллельные.

При включении в систему последовательного КУ передаточная функция разомкнутой скорректированной системы принимает вид [17]:

(60)

(61)

где W_к(s) – передаточная функция корректирующего устройства

Подставляя в выражение (61) значения передаточной функции неизменяемой части системы и передаточной функции желаемой характеристики получим:

(62)

5.5.4 В ы б о р к о р р е к т и р у ю щ е г о у с т р о й с т в а. Последовательные корректирующие звенья наиболее удобны в электрических САУ, особенно постоянного тока. В этом случае последовательные корректирующие звенья осуществляются в виде пассивных четырехполюсников, передаточные функции которых можно просто и плавно изменять в очень широких пределах, ограниченных лишь достаточно свободными условиями физической реализуемости. К достоинствам последовательной коррекции можно отнести:

- ускорение переходного процесса;

- снижение установившейся ошибки;

- простота включения элементов коррекции;

К недостаткам можно отнести:

- увеличение чувствительности к помехам;

- необходимость согласования сопротивления корректирующих элементов

с входным и выходным сопротивлением элементов системы, к которым

они подключаются;

- снижение величины основного сигнала – увеличение ошибки.

Анализ устойчивости скорректированной системы. Устойчивость скорректированной системы определим по переходному процессу. Как известно неустойчивые системы имеют расходящейся переходный процесс, устойчивые – затухающий.

Одним из способов построения переходного процесса является представление передаточной функции замкнутой системы в виде функции, полученной путем обратного преобразования Лапласа.

Передаточная функция замкнутой системы:

(63)

где W(s)_п – передаточная функция прямой цепи;

W(s)_р – передаточная функция разомкнутой системы.

С учетом корректора (5.41) запишется в виде:

(64)

где W(s)_k – передаточная функция корректора

Передаточные функции прямой цепи и разомкнутой системы:

(65)

(66)

Подставляя (65), (66), (61) в (64), имеем:

(67)

Производя обратное преобразование Лапласа от полученного выражения для единичного ступенчатого воздействия, имеем:

По полученной формуле строится график переходного процесса, представленный на рисунке 10.

Рисунок 10 - Переходный процесс скорректированной системы

Как видно из графика, время переходного процесса t_р = 0,73 с, перерегулирование  = 29 %, колебательность 0, что соответствует техническому заданию.

Разработанная система была синтезирована согласно требованиям технического задания. Был применен способ коррекции, приводящий систему к заданным показателям качества. Оценка показателей устойчивости скорректированной системы показала, что разработанная САУ имеет запас устойчивости по фазе 120, тогда как удовлетворительным считается запас по фазе не менее 3060. Анализ запаса устойчивости по амплитуде показал, что система имеет неограниченный запас устойчивости по амплитуде.

6 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ

6.1 Общие сведения

Работа любого преобразователя энергии, в том числе электрической машины, сопровождается потерями энергии. Тепло, создаваемое этими потерями, нагревает отдельные ча­сти электрической машины, повы­шая их температуру. Чрезмерное повышение темпера­туры может вызвать в электриче­ских машинах снижение электриче­ской и механической прочности изоляции обмоток. Величина допустимой предельной температуры оп­ределяется классом нагревостойкости изоляции обмоток.

Превышение допустимой темпе­ратуры на 10—12°С сокращает срок службы изоляции примерно вдвое.

При заданном режиме работы температура частей электрической машины будет зависеть от темпера­туры охлаждающей среды. В связи с неизбежными колеба­ниями температуры охлаждающей среды вводят понятия перегре­ва, или превышения темпе­ратуры, частей электрической машины над температурой охлаж­дающей среды в:

(68)

где —температура рассматри­ваемой части электриче­ской машины;

— температура охлаждаю­щей среды.

На нагревание электрической ма­шины влияет режим ее работы, т. е. характер изменения нагрузки ма­шины во времени.

Согласно ГОСТ 183-66 на общие технические требования к электри­ческим машинам установлены че­тыре основных номинальных ре­жима работы:

1) продолжительный;

2) кратковременный с длительно­стью рабочего периода 10, 30, 60 и 90 мин; 3) повторно-кратковремен­ный с относительной продол­жительностью вклю-

чения ПВ-15, 2,5; 40 и 60% длительности одного цикла работы;

4. перемежающийся с чередованием неизменной номинальной нагрузки и

холостого хода (без выключения машины) с продолжительностью нагруз-

ки ПН-15; 25, 40 и 60% длительности одного цикла работы.

Номинальные данные электриче­ской машины (мощность, напряже­ние, ток, скорость вращения, коэф­фициент мощности, коэф­фициент полезного действия и другие величины), указываемые на ее щит­ке, относятся к работе машины на высоте до 1000 м над уровнем моря при температуре газообразной ох­лаждающей среды до +40°С и ох­лаждающей воды до +30° С, но не выше 33° С, если в стандартах или технических условиях на рассмат­риваемую машину нет других ука­заний.

Предельные допускаемые превы­шения температуры частей электри­ческих машин установлены ГОСТ 183-66.

Предельные допускаемые пре­вышения температуры для некото­рых видов машин установлены осо­быми стандартами.

Превышения температуры для машин с кратковременным режи­мом работы или ограниченным сро­ком службы указываются в стан­дартах или технических условиях на эти машины; при отсутствии та­ких указаний можно использовать данные ГОСТ 183-66, повысив их на 10° С.

Для закрытых машин с напря­жением не более 1500 В допустимо повысить на 5° С превышение тем­пературы обмоток, измеренное ме­тодом сопротивления. Допускаемые превышения тем­пературы коллекторов и контакт­ных колец могут превосходить указанные зна­чения при условии, если:

а) превышения температуры изоляционных материалов коллек­тора и контактных колец и связан­ных с ними обмоток не будут пре­восходить табличных значений, для материалов соответствующих классов;

б) повышенная температура не ухудшит коммутацию;

в) температура не будет дости­гать значений, опасных для паек соединений;

г) при изоляции классов F и Н применяется легированная медь или иной ма-

териал, сохраняющий твepдость при повышенной рабочей и технологиче-

ской температуре.

Предельная допускаемая темпе­ратура для какой-либо части элект­рической машины определяется суммой значения температуры, взя­той из таблицы, и температурой + 40°С, предельно допускаемой температурой охлаждающей среды, при-

нятой при составлении таблицы.

Предельная допускаемая темпе­ратура подшипников не должна превышать следующих значений:

- для подшипников скольжения — 80°С (температура масла не должна быть

при этом выше 65° С);

- для подшипников качения — 100° С.

Необходимость повысить исполь­зование активных материалов в связи с ростом единичной мощности машины первоначально обуслови­ла применение в качестве охлажда­ющей среды водорода вместо возду­ха, а в дальнейшем переход к си­стеме непосредственного охлажде­ния проводников обмотки, при кото­рой имеет место непосредственное соприкосновение проводников с ох­лаждающим агентом.

При непосредственном охлажде­нии применяют в качестве охлаж­дающей среды не только газ (газо­вое охлаждение), но и жидкости, как-то: воду, масло (жидкостное охлаждение).

При проектировании электриче­ской машины расчетное определе­ние превышения температуры по­зволяет проконтролировать допу­стимость выбранных электромагнитных нагрузок, без снижения надеж­ности работы машины при высоком использовании активных материа­лов.

В тепловом расчете электриче­ской машины ставится задача опре­делить превышение температуры различных частей машины (их пере­грев) над температурой окружаю­щей среды. За допустимые превы­шения температуры обмоток электрических машин при расчете при­нимаются те, которые приведены в таблице для случая определения их по методу сопротивления.

В со­ответствии с режимами работы ма­шин различают:

а) расчет устано­вившегося теплового режима, имею­щего место при столь

длительной работе машины, что дальнейшего повышения температуры уже

не происходит;

б) расчет неустановив­шихся тепловых режимов, соответ­ствующих кратквре-

менным режи­мам работы машин.

В электрических машинах обще­промышленного применения, предназначен-

ных обычно для длительной работы, производят расчет устано­вившегося теплово-

го режима.

Однако для ряда электрических машин, работающих в различных регулруемых электроприводах, требуется рассчитывать неустановившиеся тепловые процессы. Осу­ществление таких расчетов встреча­ет большие трудности, и для их вы­полнения обычно приходится при­нимать, электрическую машину или ее отдельные исследуемые части за однородное тело.