ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА, ч.2

Лабораторная работа № 2

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

Цель работы: изучение системы «преобразователь-двигатель постоянного тока» (П-ДПТ) с жесткой положительной обратной связью по току (ООСI), 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 случае жесткой положительной обратной связи по току якоря двигателя компенсация падения угловой скорости, возникающего в результате увеличения нагрузки, достигается автоматическим увеличением ЭДС преобразователя. Функциональная схема замкнутой системы П-ДПТ с ПОС по току представлена на рис.1.1.1.

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

с положительной обратной связью по току на якоре двигателя.

В этой системе жесткая положительная обратная связь по току поступает на вход суммирующего усилителя У от шунта, напряжение на котором пропорционально току на якоре двигателя I_я:

Uос_I = Кос_I * Iя, (1.1.1)

где Кос_I =Кш=Uш/Iш=Rш– коэффициент обратной связи по току

Rш – сопротивление шунта.

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

Uу = Ку * (Uз - Кос_I * Iя), (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 является 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_I * Iя) - Rпр * Iя, (1.1.5)

Замкнутая система обратной связи по току работает следующим образом. При увеличении нагрузки на валу двигателя повышается ток, протекающий через преобразователь и уменьшается ток в 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 ток в якорной цепи П-ДПТ.

Уравнение скоростной характеристики двигателя в системе П-ДПТ с ПОС 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.)

При подстановке в уравнение (1.1.7.) значения Кос_I = 0 получим уравнение скоростной характеристики разомкнутой системы:

, (1.1.8.)

Сравнивая уравнения (1.1.7.) и (1.1.8.) при одной и той же скорости идеального холостого хода, можно получить связь между задающими сигналами в замкнутой Uзз и разомкнутой системах Uзр:

U_зз=U_зр (1.1.9.)

Таким образом, задающее напряжение в замкнутой системе с положительной обратной связью по току якоря такое же, как и для разомкнутой системы.

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

Из уравнений (1.1.7.) и (1.1.8.) видно, что перепад скорости в замкнутой системе з уменьшается по сравнению с перепадом скорости в разомкнутой системе р в раз:

, (1.1.10.)

Из уравнения (1.1.10) видно, что, изменяя Кос_I можно получить различные жесткости статической характеристики, в частности абсолютно жесткую характеристику, если

, (1.1.11.)

Если же Кос_I принять больше этого значения, то может быть получена отрицательная жесткость, т.е. характеристика будет восходящей, а работа системы электропривода неустойчивой.

Таким образом, положительная обратная связь по току дает возможность получить жесткие статические характеристики двигателя, работающего в замкнутой системе. При этой связи можно получить примерно постоянную скорость и даже увеличение скорости с ростом нагрузки. Практически, вследствие нелинейности характеристики преобразователя и изменения Кпр, характеристики двигателя в замкнутой системе с положительной обратной связью по току будут криволинейными при больших значениях коэффициента обратной связи.