ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА, ч.2

Лабораторная работа № 5

«ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И РАСЧЁТ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ «ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ-ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА» С ЗАДЕРЖАННОЙ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ ПО ТОКУ ЯКОРЯ ДВИГАТЕЛЯ»

Цель работы: изучение системы «преобразователь-двигатель постоянного тока» (П-ДПТ) с задержанной отрицательной обратной связью по току якоря двигателя (ЗОС I_я), 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.

Задержанные обратные связи (ЗОС) включаются при достижении тока нагрузки определенных (заданных) значений, называемых токами (моментами) отсечки. ЗОС применяются для автоматического ограничения тока якорной цепи для получения так называемых «экскаваторных» характеристик.



I1=Iотс М1=Мотс

I2=Iкз

М2=Мкз

ЗОС отключ. 0II1

ЗОС включ. I2IIкз

I зона II зона оос по I вкл.

I1 I2

IIя

Рис.1.1.1. Экскаваторные характеристики электропривода.

Данная скоростная характеристика позволяет получить безреостатный пуск двигателя.

Особенность «экскаваторной» характеристики - излом при токе I=Iотс, следовательно реализовать эту характеристику в линейных системах невозможно.

Структурная схема замкнутой системы с нелинейной от­рицательной обратной связью по току приведена на рис. 1.1.2. Эта схема содержит в себе схему с отрицательной обратной связью по скорости и схему с отрицательной обратной связью по току якоря, которая содержит узел токовой отсечки (УТО).

Рис. 1.1.2. Замкнутая система П—Д

с задержанной отрицательной обратной связью по току.

Характеристика УТО U΄_0C(U_0C) показана на рис. 1.1.3. Работа УТО в соответст­вии с его характеристикой происходит следующим обра­зом: до тех пор, пока сигнал обратной связи Uос_I= к_осI*I_я , снимаемый с резистора R_ш, не превосходит некоторого задан­ного опорного напряжения U_oп, сигнал U΄_0CI равен нулю. При U_осI > U_oп на выходе УТО появляется сигнал отрица­тельной обратной связи U΄_0CI , который поступает на вход системы.

U΄0CI
	Uoп UосI

Рис. 1.1.3. Характеристика УТО.

Значение опорного напряжения U_oп определяется задан­ным током, с которого должно начаться его регулирование. Этот ток получил название тока отсечки I_отс. Используя I_отс, можно следующим образом описать работу УТО:

при

U _oп= к_осI*I_отс ≥ к_ш*I_отс U΄_0CI = 0;

при (1.1.1)

U_oп= к_осI*I_отс < к_ш*I_отс U΄_0CI ≠ 0;

В соответствии с (1.1.1.) характеристики электропривода рис. 1.1.4., имеют два участка: на участке I при I ≤ I_отс U΄_0CI=0 и система представляет собой систему с ООС по скорости; на участке II при I > I_отс U΄_0CI ≠ 0, система остаётся замкнутой с ООС по скорости и ООС по току, при этом осущест­вляется регулирование (ограничение) тока и момента.

Рис.1.1.4. Характеристики системы П—Д

с задержанной отрицательной обратной связью по току.

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

Uу = Ку * (Uз –К_ОСω*ω - К_осI * Iя), (1.1.2.)

где Ку – коэффициент передачи усилителя, К_ОСω- коэффициент обратной связи по скорости, 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- К_ОСω*ω - К_осI * Iя) - Rпр * Iя, (1.1.5)

Уравнение скоростной характеристики двигателя в системе П-ДПТ с ООС по ω и ООС Iя можно получить из уравнения естественной скоростной характеристики ДПТ

, (1.1.6)

при подстановке вместо Uн выражения Uя из (1.1.5.):

, (1.1.7)

Уравнение для участка I скоростной харак­теристики можно получить, если в (1.1.7) положить КосI = 0:

Таким образом после некоторых преобразований:

.(1.1.8)

Уравнение для участка II скоростной харак­теристики можно получить из (1.1.9) поле преобразований, заменив I на разность I - I_отс,

,(1.1.9)

Скоростные характеристики системы показаны рис. 1.6.3. механические характеристики при Ф=const повторяют электромеханические при другом масштабе по оси абсцисс.

Ток при нулевой скорости ДПТ получил название тока стопорения Iст или ток упора Iуп. Он может быть найден, если в (1.1.9) поло­жить  = 0,

. (1.1.10)

Физическая сторона получения мягких характеристик ДПТ на участке II при I > I_отс, состоит в том, что при росте тока увеличивается сигнал U΄_0C и уменьшаются сигналы U_вх и U_у, так как U_вх = U_зс -U_осω - U΄_осI. По этой причине умень­шается ЭДС преобразователя, за счет чего и происходит ограничение тока и момента ДПТ.