3. Элементы замкнутых систем аэп постоянного тока

   1. Дпт как элемент замкнутой сар

Рисунок 3.1 Рисунок 3.2

Изображение двигателя постоянного тока в структурных схемах представлено на рисунке 3.1.

Передаточная функция двигателя при однозонном регулировании скорости

.

1. Передаточная функция при однозонном регулировании скорости

U_я = var (изменяется от нуля до U_ян); U_в = соnst (U_вн).

В соответствии со схемой замещения электродвигателя при питании от идеального источника, представленной на рисунке 3.2 можно записать систему уравнений

Принимаем R_n = 0; L_n = 0;

где – механическая постоянная времени;

– электромагнитная постоянная времени;

.

Перейдем к изображению по Лапласу при нулевых начальных условиях

При Мс = 0

– передаточная функция двигателя постоянного тока однозонного регулирования.

Из выражения видно, что ДПТ – колебательное звено второго порядка. Реакция на скачок задающего сигнала приведена на рисунке 3.3.

а) Тм > 4 Тэ

– апериодическое звено второго порядка.

Реакция на скачок задающего сигнала приведена на рисунке 3.4.

б ) Тм >> Тэ; TэТм  0

Реакция на скачок задающего сигнала приведена на рисунке 3.5.

Такие передаточные функции и траектории отработки скачка (реакция на скачок задающего сигнала) будут иметь место только в том случае, когда не накладывается ограничений на внутреннюю координату (ток двигателя); реально ограничивают ток до определенного уровня. Такой вид передаточной функции используется только для систем АЭП с высокомоментным двигателем и микромашинами.

Как правило, применяют развернутую структурную схему, т.к. в процессе регулирования скорости осуществляется и контроль поддержания тока двигателя на допустимом уровне.

Рисунок 3.3 Рисунок 3.4 Рисунок 3.5

2. Развернутая структурная схема для однозонного аэп

Развернутая структурная схема ДПТ представлена на рисунке 3.6, где принято обозначение – ДТЯ – датчик тока якоря.

Wяц(р) = ?

– пропорциональное звено.

Реально силовой преобразователь имеет внутреннее сопротивление не равное нулю (R_n 0; L_n 0).

Схема замещения электродвигателя с реальным преобразователем представлена на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7 Рисунок 3.8

Для упрощения последующего анализа и расчета передаточной функции двигателя ее находят по отношению ЭДС на преобразователе.

.

В этом случае сопротивления, вносимые преобразователем, включают в якорную цепь двигателя (рисунок 3.8).

В соответствии с рисунком 3.9, развернутая структурная схема ДПТ изменится.

,

где J_ПР – момент инерции привода (J_ПР  1.2 J_д);

J_м – момент инерции механизма.

T_{м ПР}  2.4 Т_м.

3. Развернутая структурная схема для двухзонного аэп

С

Рисунок 3.10

труктурная схема двигателя для двухзонного регулирования представлена на рисунке 3.10.

Первая зона регулирования:

U_в = U_вн; U_я = var (изменяется от нуля до U_ян).

Вторая зона регулирования:

U_я = U_ян; U_в = var (изменяется от U_вн до U_{в мин}).

Для двухзонного регулирования найдем передаточную функцию звеньев, осуществляющих регулирование скорости за счет ослабления поля, и дополним ими структурную схему двигателя для однозонного регулирования.

Схема замещения цепи обмотки возбуждения двигателя представлена на рисунке 3.11, где приняты обозначения: L_s – индуктивность рассеивания; L_в – индуктивность основного потокосцепления; R_вт – сопротивление, учитывающее действие вихревых токов; R_в – омическое сопротивление цепи обмотки возбуждения; L_пв, R_пв – индуктивность и сопротивление преобразовательной цепи обмотки в

Рисунок 3.11 – Схема замещения цепи обмотки возбуждения

озбуждения.

Найдем связь между E_пв(р) и I_(p).

Внутреннее сопротивление источника (активное и индуктивное) будут отнесены к обмотке возбуждения.

где – постоянная времени рассеяния;

– постоянная времени основного потокосцепления;

– постоянная времени контура вихревых токов.

T_s  0; T_ВТ  0 – этими постоянными времени можно пренебречь.

Т_В = Т_ВТ + Т_s + T_в;

В результате получаем развернутую структурную схему цепи обмотки возбуждения (см. рисунок 3.12).

Равенство I_(р) = I_в(р) – только в установившемся режиме, когда р = 0. В соответствии с рисунком 3.13, в динамических режимах ток I_ всегда отстает от тока I_в.

Р исунок 3.13

– коэффициент передачи магнитной цепи (см. рисунок 3.14).

П олная структурная схема двигателя при двухзонном регулировании скорости представлена на рисунке 3.15, где приняты обозначения: ДП – датчик потока; МЦ – магнитная цепь обмотки возбуждения; C_е – множительное устройство; T_м^’ – постоянная времени при ослабленном потоке.

.

Недостатки схемы:

– если поток уменьшить вдвое, то постоянная времени увеличится в четыре раза

.

– проблемы при суммировании:

при М_с = const

,

где I_C(1), I_C(2) – статические токи первой и второй зоны регулирования.

.

Структурная схема двигателя, выраженная через момент двигателя и момент статической награзки более удобна и применяется чаще (см. рисунок 3.16).

Уравнение равновесия моментов

Несмотря на то, что коэффициент в электромеханической части двигателя на данной структурной схеме постоянен коэффициент передачи в контуре регулирования скорости будет уменьшаться при ослаблении потока.