Электрические двигатели в регулируемых электроприводах. Двигатели постоянного тока. Ограничения, накладываемые на режимы преобразования энергии в машинах постоянного тока, страница 4

1.4  Структурная схема обмотки независимого возбуждения.

При регулировании скорости двигателей постоянного тока выше основной (w>w_н)требуется изменение потока возбуждения. Для построения высококачественных систем регулирования необходимо иметь модели цепи возбуждения, с необходимой точностью учитывающие насыщение магнитной цепи и влияние вихревых токов, а так же влияние токов, индуктированных в короткозамкнутых коммутируемых секциях обмотки якоря.

В [12] предлагается вихревые токи и токи короткозамкнутых секций обмотки якоря учитывать с помощью дополнительной, магнитосвязанной с обмоткой возбуждения, дополнительной короткозамкнутой обмотки. В [13] рассматривается аналогичная модель, отличающаяся лишь тем, что не учитывается индуктивность короткозамкнутой обмотки. В работе [14] так же система возбуждения рассматривается в виде двух магнитосвязанных контуров, взаимно влияющих друг на друга. Во всех рассматриваемых случаях формирование потокосцепления обмотки возбуждения описывается уравнением второго порядка.

Рассмотрим метод определения структурной схемы системы возбуждения двигателя, предлагаемый в [13]. Предполагается, что дополнительный короткозамкнутый контур, учитывающий влияние вихревых токов и токов, индуктируемых в коммутируемых секциях обмотки якоря, располагается на главных полюсах машины (рис. 1.2.а), сцеплен только с главным магнитным потоком и обладает только активным сопротивлением. При этих условиях взаимодействие двух магнитосвязанных контуров можно описать с помощью эквивалентной схемы замещения, приведенной на рис. 1.2.б. Здесь R_в – сопротивление цепи возбуждения (с учетом сопротивления возбудителя); L_в – общая индуктивность рассеяния обмотки возбуждения и обмотки возбудителя; R_вт – сопротивление фиктивной короткозамкнутой обмотки, учитывающей влияние вихревых токов и токов, индуктируемых в в короткозамкнутых коммутируемых секциях обмотки якоря; L_м – индуктивность, характеризующая потокосцепление y_м обмотки возбуждения от основного потока; i_вт –вихревой ток, i_и – ток обмотки возбуждения, i_м – результирующий намагничивающий ток.

 

В соответствии с рис. 1.2.а и рис. 1.2.б в формировании главного магнитного потока Ф в переходных режимах, когда возникают вихревые токи, участвуют и ток возбуждения I_в, и вихревой ток. Так как предполагается, что число витков фиктивной короткозамкнутой обмотки совпадает с числом витков обмотки возбуждения, то результирующая намагничивающая сила F по главному пути, равная сумме намагничивающих сил обмотки возбуждения F_в и контура вихревых токов F_вт, пропорциональна току I_м=I_в+I_вт, т.е. в переходном режиме Ф=f(I_M). В установившихся режимах i_вт=0 и Ф=f(I_в).

Следовательно, в переходных режимах  возбуждения описывается следующими уравнениями:

i_м=i_в+i_вт

(1.3)

здесь v – число витков обмотки возбуждения.

Из двух последних уравнений системы (1.3) можно получить зависимость результирующего намагничивающего тока i_м от потокосцепления y_м обмотки возбуждения от основного потока Ф:

                                                             (1.4)

Тогда первые три уравнения системы (1.3) совместно с уравнением (1.4) можно представить в виде структурной схемы, изображенной на рис. 1.3, где Т_в=L_в\R_в.

 

Нелинейная зависимость I_м=j(М) (рис. 1.4.а) является «обратной» по отношению к зависимости y_м=f(I_м) (рис. 1.4.б).

 

При синтезе аналоговых регуляторов систем возбуждения используются линеаризованные модели объекта регулирования – цепи возбуждения. Линеаризация заключается в замене нелинейной зависимости I_м=j(y_м) линейной функцией I_м= y_м/L_м, справедливой для режима малых отключений DU_в, DI_в, DI_вт, DI_м, Dy_м координат. Тогда справедлива схема, представленная на рис. 1.5.

Эту схему можно преобразовать к более удобному для синтеза виду (рис. 1.6), где приняты следующие преобразования: