ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА, ч.2

Лабораторная работа № 3

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

Цель работы: изучение системы «преобразователь-двигатель постоянного тока» (П-ДПТ) с жесткой отрицательной обратной связью по напряжению (ООСU), 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.

Введение жесткой отрицательной обратной связи по напряжению двигателя необходимо для повышения жесткости механических характеристик двигателя. Функциональная схема замкнутой системы П-ДПТ с ООС по напряжению представлена на рис.1.1.1.

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

с отрицательной обратной связью по напряжению на якоре двигателя.

В этой системе жесткая отрицательная обратная связь по напряжению поступает на вход суммирующего усилителя У от переменного резистора, напряжение на котором пропорционально напряжению на якоре двигателя U_я:

Uя = Кос_U * Uд, (1.1.1)

где Кос_U – коэффициент обратной связи по напряжению.

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

Uу = Ку * (Uз - Кос_U * Uя), (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_U * Uя) - Rпр * Iя, (1.1.5)

Замкнутая система обратной связи по напряжению работает следующим образом. При увеличении нагрузки на валу двигателя повышается падение напряжения на внутреннем сопротивлении преобразователя и уменьшается напряжение на якоре двигателя. При этом сигнал обратной связи снижается, а сигнал управления U_у и соответственно ЭДС преобразователя Е_пр повышается, тем самым в известной степени компенсируя падение напряжения в якорной цепи П-ДПТ.

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

(1.1.6)

при подстановке вместо Uн выражения Uя из (1.1.5):

, (1.1.7)

Так как Uд=СеФн*w+Iя*Rя, подставим в (1.1.7.) и решая относительно  получим уравнение скоростной характеристики замкнутой системы:

, (1.1.8)

При подстановке в уравнение (1.1.8) значения К_осU = 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:

U_зз=(1+К_пр(U_у)*К_у*К_осU)*U_зр (1.1.10)

Таким образом, в замкнутой системе для получения той же скорости идеального холостого хода необходимо увеличить задающее напряжение в 1+К_пр(U_у)*К_у*К_осU раз.

Второй член в правой части уравнения (1.1.8.) характеризует статическое падение скорости , пропорциональное току нагрузки Iя, которое зависит от коэффициентов передачи преобразователя Кпр, суммирующего усилителя Ку, обратной связи по напряжению К_осU, внутренних сопротивлений преобразователя Rпр, якоря двигателя Rя, конструктивного коэффициента двигателя Се и номинального магнитного потока Фн:

(1.1.11)

При Кос_U0 получим статическое падение скорости в разомкнутой системе:

(1.1.12)

Сравниваяуравнения (1.1.11) и (1.1.12), видим, что для разомкнутой системы электропривода суммарное сопротивление якорной цепи имеет вид:

Rя_∑р = Rя + Rпр, (1.1.11.)

а для замкнутой системы электропривода

Rя_∑ з= Rя + Rпр/(1+Кпр(Uу)*Ку*Кос_U), (1.1.12.)

На рис. 1.1.2. изображены скоростные характеристики разомкнутой (кривая 2) и замкнутой (кривая 1) систем электропривода. Жесткость этих характеристик зависит от суммарного сопротивления якорной цепи Rя_∑, , а поскольку в замкнутой системе электропривода Rя_ меньше, чем в разомкнутой системе, то и характеристика замкнутой системы будет более жесткой.

w* 1	Rпр* Rя* Rя∑з * Rя∑р*	1 2
0	1	Iя*

Рис.1.1.2. Характеристики двигателя.

1-замкнутая система электропривода,

2 – разомкнутая система электропривода

В пределе, при бесконечно большом коэффициенте усиления цепи обратной связи, статическое падение скорости двигателя будет стремиться к соответствующему значению на естественной характеристике двигателя.

Следовательно, в замкнутой системе с отрицательной обратной связью по напряжению при высоких коэффициентах усиления канала обратной связи жесткость статической характеристики двигателя будет приближаться к жесткости естественной характеристики двигателя.