5 Лабораторная работа № 10.1 Исследование системы электропривода с управлением по цепи возбуждения двигателя

Цель работы: изучение принципа управления вентильными приводами постоянного тока с управлением по цепи возбуждения.

Лабораторная работа выполняется на стенде № 10.

При подготовке и защите отчета студенты должны ответить на контрольные вопросы, которые состоят из двух блоков:

1. Блок вопросов, относящихся к методике работы на стенде.

2. Блок вопросов, относящихся к обработке экспериментальных данных.

К работе допускаются студенты, правильно ответившие на первый блок вопросов – 1 – 18. На второй блок вопросов – 19 – 30 – студент должен ответить при защите лабораторной работы.

5.1 Основные теоретические положения

Структурная схема системы регулирования скорости вращения с управлением по цепи возбуждения показана на рис.5.1. Это трехконтурная система, содержащая контуры регулирования тока возбуждения, тока якоря и скорости вращения. Передаточная функция регулятора тока возбуждения рассмотрена в [1] и имеет вид:

, (5.1)

где ,– активное сопротивление и постоянная времени цепи обмотки возбуждения;

–постоянная времени, учитывающая влияние вихревых токов;

–коэффициент передачи вентильного преобразователя;

–коэффициент передачи обратной связи по току возбуждения;

–постоянная времени интегрирования контура тока возбуждения.

Передаточные функции двух других регуляторов (тока якоря и скорости вращения) получены на основании методики построения многоконтурных систем регулирования и имеют вид:

; (5.2)

, (5.3)

где R_Э – эквивалентное сопротивление якорной цепи двигателя, Ом;

Т_Э – эквивалентная постоянная времени якорной цепи, с;

а_Т.Я – отношение постоянных времени интегрирования контуров тока якоря и тока возбуждения;

К_Т.Я=U_зтя.max/I_{я.max.доп} – коэффициент отрицательной обратной связи по току якоря, Ом;

К_Ф=/I_ВН – передаточный коэффициент усиления цепи возбуждения двигателя, Вб/А;

К – конструктивная постоянная двигателя;

^о – настроечное значение скорости, с^-1;

К_С=U_зс/_max – коэффициент отрицательной обратной связи по скорости, Вс;

^о – настроечное значение магнитного потока двигателя, Вб;

J – приведенный к валу двигателя суммарный момент инерции, Нм  с².

В рассматриваемой системе, так же как и в системе регулирования скорости управлением по цепи якоря, регулятор скорости может выполняться как пропорциональным, так и пропорционально-интегральным. В первом случае система будет астатической по заданию и статической по нагрузке, а во втором случае – астатической по обоим видам воздействия.

В соответствии со структурной схемой (рис.5.1) передаточная функция замкнутого контура регулирования тока якоря запишется как:

(5.4)

Если оптимальная настройка контура тока соответствует режиму, в котором объект регулирования имеет максимальный коэффициент передачи, то ^о=_max. При этом условии и неизменном напряжении на якоре двигателя, равном номинальному, имеем:

, причем, (5.5)

где D=_max/_Н – диапазон регулирования скорости вращения.

С учетом (5.5) уравнение (5.4) принимает вид:

. (5.6)

Постоянная времени контура регулирования тока якоря Т_Т.Я=а_Т.ЯDТ_Т.В при изменении  в указанном выше диапазоне, лежит в пределах:

. (5.7)

Рисунок 5.1 – Структурная схема системы электропривода постоянного тока

с управлением по цепи возбуждения двигателя

Передаточная функция замкнутого контура регулирования скорости для однократноинтегрирующей системы может быть записана в виде:

, (5.8)

где Ф_Н – номинальный поток двигателя, Вб.

По аналогии с предыдущим, оптимизация данного контура производится для режима Ф^о=Ф_Н, и, соответственно Т_Т.Я.max=а_Т.ЯDТ_Т.В. При этом уравнение (5.8) принимает вид:

. (5.9)

Из последнего уравнения видно, что постоянная времени контура регулирования скорости Т_С при изменении  от 1 до 1/D меняется в пределах

.

При расчете двукратноинтегрирующей системы учет переменных параметров Ф и  выражается в том, что постоянную времени в цепи обратной связи ПИ-регулятора скорости приходится соизмерять с наибольшим значением Т_С.

. (5.10)

Анализируя (5.10), можно сделать следующие выводы:

1. При номинальной скорости вращения двигателя ( =1) постоянная времени контура тока якоря возрастает в D раз по сравнению с ее оптимальными значениями, выбранными исходя из режима _max. Отношение постоянных Т_С/Т_Т.Я в этом режиме соответствует выбранному оптимальному значению.

2. При максимальной скорости вращения ( =1/D) постоянная времени контура скорости возрастает в D раз по сравнению с режимом номинальной скорости, а отношение постоянных Т_С/Т_Т.Я соответственно увеличивается в D раз.

Таким образом, при регулировании скорости потоком возбуждения в широких пределах для получения хорошего качества переходных процессов во всем диапазоне скоростей, необходимо вводить в контуры тока якоря и скорости дополнительные элементы (например, делительные устройства), которые компенсировали бы изменения параметров  и Ф.

Расчет параметров регуляторов тока возбуждения, тока якоря и скорости.

В первую очередь необходимо произвести расчет для внутреннего контура системы регулирования, т.е. для контура тока возбуждения, а затем для внешних контуров – контуров тока якоря и скорости.