 |
3 Элементы замкнутых систем АЭП постоянного тока
|
|
|
|
3 Элементы замкнутых систем АЭП постоянного тока
3. 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
.
3. 1. 1 Передаточная функция при однозонном регулировании скорости
Uя = var (изменяется от нуля до Uян); Uв = соnst (Uвн).
В соответствии со схемой замещения электродвигателя при питании от идеального источника, представленной на рисунке 3. 2 можно записать систему уравнений
Принимаем Rn = 0; Ln = 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 |
3. 1. 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 (Rn ¹ 0; Ln ¹ 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 JПР – момент инерции привода (JПР £ 1. 2 Jд);
Jм – момент инерции механизма.
Tм ПР » 2. 4 Тм.
3. 1. 3 Развернутая структурная схема для двухзонного АЭП
 |
Структурная схема двигателя для двухзонного регулирования представлена на рисунке 3. 10.
Первая зона регулирования:
Uв = Uвн; Uя = var (изменяется от нуля до Uян).
Вторая зона регулирования:
Uя = Uян; Uв = var (изменяется от Uвн до Uв 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: Ls – индуктивность рассеивания; Lв – индуктивность основного потокосцепления; Rвт – сопротивление, учитывающее действие вихревых токов; Rв – омическое сопротивление цепи обмотки возбуждения; Lпв, Rпв – индуктивность и сопротивление преобразовательной цепи обмотки
 |
возбуждения.
|
|
|
Найдем связь между Eпв(р) и Im(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.
Ts ® 0; TВТ ® 0 – этими постоянными времени можно пренебречь.
ТВS = ТВТ + Тs + Tв;
 |
В результате получаем развернутую структурную схему цепи обмотки возбуждения (см. рисунок 3. 12).
Равенство Im(р) = Iв(р) – только в установившемся режиме, когда р = 0. В соответствии с рисунком 3. 13, в динамических режимах ток Im всегда отстает от тока Iв.
Рисунок 3. 13 |
– коэффициент передачи магнитной цепи (см. рисунок 3. 14).
 |
Полная структурная схема двигателя при двухзонном регулировании скорости представлена на рисунке 3. 15, где приняты обозначения: ДП – датчик потока; МЦ – магнитная цепь обмотки возбуждения; Cе – множительное устройство; Tм’ – постоянная времени при ослабленном потоке.
.
Недостатки схемы:
– если поток уменьшить вдвое, то постоянная времени увеличится в четыре раза
.
– проблемы при суммировании:
при Мс = const 
,
где IC(1), IC(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.
|
|
|
