2.2 Электромеханические процессы и схемы с учетом тахогенератора

При принудительном вращении якоря электрической машины с независимым возбуждением U_в с её щеток может быть снята э.д.с., определяемая выражением (2). Работающая в генераторном режиме машина постоянного тока, у которой имеется линейная зависимость между скоростью вращения n и снимаемой со щеток э.д.с., называется тахогенератором. Тахогенераторы используются для измерения скорости вращения валов исполнительных механизмов. Величина напряжения U_ТГ, генерируемого тахогенератором в зависимости от скорости вращения n общего вала системы, определяется как:

(7)

С оотношение (7) для тахогенератора также представим в виде операционной схемы (рис. 9), которую следует добавить к схеме на рисунке 8.

Комбинация из этих схем представляет полную операционную схему (рисунок 10) для разомкнутой системы управления, приведенной на рисунках 1 и 2 и состоящей из двигателя - генератора постоянного тока и тахогенератора, который вводится уравнением (7) и схемой по рисунку 9.

Преобразуя уравнение (7) с учётом (6), можно получить обобщенную зависимость для U_ТГ относительно входных управляющих воздействий, изменяющих состояния системы, и относительно её внутренних переменных:

(8)

У равнение (8) можно представить в виде схемы, где не детализируются операционные преобразования, а отражаются только воздействия от переменных, расположенных в правой части уравнения 8, на выходные координаты U_ТГ и n.

На схеме также дополнительно указан характер типа воздействий на n и U_ТГ:

• параметры U_В, R_Я, которые определяются конструктивными особенностями системы, и которые являются постоянными при эксплуатации системы,

• переменная U_Я, которая изменяется при изменении режимов работы системы,

• переменная M, характеризующая внешнюю нагрузку, на которую работает вся система, и её электрическая модель – сопротивление R_Н.

Следует также отметить, что на этой схеме внутренние переменные I_Я и Е_Я относятся к числу ненаблюдаемых, в то время как их влияние на внутренние процессы в системе можно оценивать по общей операционной схеме на рис. 10.

Выходная характеристика тахогенератора характеризуется коэффициентом крутизны К_ТГ. Из уравнения (7) и схем 9 - 11 видно, что выходная характеристика тахогенератора К_ТГ, зависит от трёх составляющих U_B, R_Я и R_H. Исследования показывают, что с ростом тока I_Я в цепи якоря тахогенератора при малых значениях сопротивления нагрузки R_Н линейность выходной характеристики К_ТГ тахогенератора нарушается.

3. Задание по лабораторной работе

1. Установить напряжение U_Я якоря двигателя 8,6 В, напряжение U_в возбуждения двигателя 1 В, добавочное сопротивление в цепи якоря двигателя R_ДОБ = 0. Снять характеристики двигателя n = F(I_Я).

Примечание 1. - При снятии характеристики n = F(I_Я) нагрузка R_Н на валу двигателя регулируется с помощью переключателя “R_{НАГРУЗКИ}” и строится по 6 обсчетам, полученным для различных положений переключателя “R_{НАГРУЗКИ}”. По полученным данным построить механическую характеристику двигателя согласно выражению n = F(М_Н), где нагрузочный момент М_Н определяется по формуле

М_Н = 0.0003 I_Я U_В [кГм]

2. Установить напряжение U_Я якоря 7 В, напряжение возбуждения U_в=1 В, R_ДОБ = 0. Снять характеристику n = F(I_Я), построить по полученным данным механическую характеристику.

3. Установить напряжение U_Я якоря 5,2 В, напряжение возбуждения U_в=1 В, R_ДОБ = 0. Снять характеристику n = F(I_Я). По полученным данным построить механическую характеристику.

4. Установить напряжение U_Я якоря 3,5 В, напряжение возбуждения U_в=1 В, R_ДОБ = 0. Снять характеристику n = F(I_Я). По полученным данным построить механическую характеристику.

5. По механическим характеристикам по п. 1 - 4 построить регулировочные характеристики n = F(U_Я) для трех значений моментов нагрузки М_Н = 0,0004 кГм, 0,0006 кГм, 0,0008 кГм.

Примечание 2. Для построения регулировочных характеристик необходимо отложить на оси абсцисс (ось моментов - М_Н) значения моментов 0,0004, 0,0006 и 0,0008 кГм. Затем из этих точек восстановить перпендикуляры до пересечения с механическими характеристиками, построенными для напряжений якоря U_Я = 3,5; 5,25; 7 и 8,6 В.

Из полученных точек пересечения провести прямые линии до пересечения с осью ординат (ось числа оборотов - n), находя таким образом связь между скоростью n и моментом М_Н для фиксированных значений напряжения U_Я якоря.

6. Установить напряжение якоря U_Я = 9,6 В, напряжение возбуждения - U_в=0,3 – 1 В (шаг 0,1 В), R_ДОБ = 0. Снять характеристики n = F(I_Я) (см. «Примечание1») и построить механические характеристики n = F(М_Н).

7. По полученным механическим характеристикам построить регулировочные характеристики

n = F(U_в)

для трех значений моментов (См. «Примечание 2»)

6. Установить напряжение якоря U_Я = 9,6 В, напряжение возбуждения U_в=1 В. Снять характеристику n = F(I_Я) и построить механические характеристики для трех значений добавочного сопротивления R_ДОБ = (0, 4 Ом, 8 Ом). По данным пункта 8 построить регулировочные характеристики

n = F(R_ДОБ)

для 3-х значений момента нагрузки 0,0012 кГм, 0,0014 кГм и 0,0016 кГм.