ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА, ч.2

Лабораторная работа № 1

«ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЁТ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ «ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ-ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА» С ЖЕСТКОЙ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ ПО СКОРОСТИ»

Цель работы: изучение системы «преобразователь-двигатель постоянного тока» (П-ДПТ) с жесткой отрицательной обратной связью по скорости (ООС), выявление влияния параметров цепи обратной связи и объекта управления на жесткость механических характеристик двигателя и на качество переходных режимов.

1.ТЕОРИЯ ВОПРОСА

1.1.Статические режимы работы.

В ведение жесткой отрицательной обратной связи по скорости двигателя необходимо для повышения жесткости механических характеристик двигателя, т.е. для поддержания постоянства скорости вращения двигателя при изменении момента нагрузки. Функциональная схема замкнутой системы П-ДПТ с ООС по скорости представлена на рис.1.1.1.

Рис.1.1.1. Функциональная схема системы «П-ДПТ»

с отрицательной обратной связью по скорости.

В этой системе жесткая отрицательная обратная связь по скорости поступает на вход суммирующего усилителя У от тахогенератора ТГ, э.д.с. которого пропорционально скорости двигателя :

Етг = Кос_ * , (1.1.1)

где Кос – коэффициент обратной связи по скорости.

На входе суммирующего усилителя сигнал обратной связи сравнивается с задающим сигналом Uз и полученное напряжение управления

Uу = Ку * (Uз - Кос_ * ), (1.1.2)

где Ку – коэффициент передачи усилителя,

поступает на вход силового преобразователя П, который питает якорь ДПТ.

Напряжение на выходе преобразователя П равно разности э.д.с. преобразователя Епр и падения напряжения на внутреннем сопротивлении преобразователя Rпр

Uпр = Епр - Rпр * Iя, (1.1.3)

где Iя – ток якоря двигателя, который одновременно является и током нагрузки преобразователя.

Э.д.с. преобразователя Епр определяется сигналом на его входе Uу

Епр = Кпр(Uу ) * Uу, (1.1.4)

где Кпр(Uу) – коэффициент передачи преобразователя, который вследствие нелинейности характеристики преобразователя сам является функцией входного сигнала.

Таким образом, напряжение на якоре ДПТ определяется выражением:

Uя = Кпр(Uу ) * Ку * (Uз - Кос_ * ) - Rпр * Iя, (1.1.5)

Поддержание постоянства скорости в системе с замкнутой отрицательной связью по скорости осуществляется следующим образом. При увеличении нагрузки на валу двигателя снижается его скорость и соответственно э.д.с. тахогенератора, а, следовательно, возрастает управляющий сигнал преобразователя (разность между задающим сигналом и сигналом обратной связи), что приводит к увеличению э.д.с. преобразователя и соответственно к частичной компенсации падения напряжения в якорной цепи П-ДПТ.

Уравнение скоростной характеристики двигателя в системе П-ДПТ с жесткой ООС можно получить из уравнения естественной скоростной характеристики ДПТ

, (1.1.6)

при подстановке вместо Uн выражения Uя из (1.1.5):

(1.1.7)

После решения полученного уравнения относительно  получим уравнение скоростной характеристики замкнутой системы:

(1.1.8)

При подстановке в уравнение (1.1.8) значения Кос_= 0 получим уравнение скоростной характеристики разомкнутой системы:

, (1.1.9)

Сравнивая уравнения (1.1.8) и (1.1.9) при одной и той же скорости идеального холостого хода, можно получить связь между задающими сигналами в замкнутой Uзз и разомкнутой системах Uзр:

(1.1.10)

Таким образом, в замкнутой системе для получения той же скорости идеального холостого хода необходимо увеличить задающее напряжение в раз.

Статическое падение скорости , пропорциональное току нагрузки Iя, зависит от коэффициентов передачи датчика обратной связи Кос_, преобразователя Кпр, суммирующего усилителя Ку, внутренних сопротивлений преобразователя Rпр, якоря двигателя Rя, конструктивного коэффициента двигателя Се и номинального магнитного потока Фн.

Из уравнений (1.1.8) и (1.1.9) видно, что перепад скорости в замкнутой системе з уменьшается по сравнению с перепадом скорости в разомкнутой системе р также в раз:

, (1.1.11)

В пределе, при бесконечно большом коэффициенте усиления преобразователя, статическое падение скорости на естественной характеристике будет стремиться к нулю:

(1.1.12)

Следовательно, при помощи отрицательной обратной связи по скорости имеется возможность значительно повысить жесткость статической характеристики за счет увеличения коэффициентов передачи цепи обратной связи по скорости, коэффициентов передачи преобразователя и суммирующего усилителя.