Системы управления электромеханическими объектами. Система управления «магнитный усилитель – двигатель», страница 2

Рис. 1.3. Структурная схема (а) и переходная характеристика (б) ДПТ

при якорном управлении

                                         (1.9)

где

;   .

Так как обычно T_я < Т_м, то

.                                                                                                            (1.10)

Электромеханическую постоянную времени Тм в зависимости от того, какие параметры двигателя известны, можно рассчитать по формуле

,                                                                                                            (1.11)

где

Инерционность двигателя зависит в основном от электромеханической постоянной времени Т_м, которая может быть определена экспериментально по переходной характеристике, как показано на рис. 1.3, б.

Описание лабораторной установки

Функциональная схема лабораторной установки приведена на рис. 1.4. Установка состоит из исследуемого двигателя ДПТ типа СЛ 369, тормозящего двигателя ТД и частотного датчика ЧД, генерирующего два импульса за оборот якоря. Установка позволяет осуществлять как якорное, так и полюсное управление. Якорное управление в зависимости от положения П1 может производиться как в статическом, так и динамическом режимах. Токи якоря и обмотки возбуждения ДПТ измеряются амперметрами РА1 и РА2, а напряжение на двигателе – вольтметром PV . Кроме того, есть возможность подключения осциллографа в контрольные точки 1, 2, 3 для наблюдения соответственно ЭДС якоря, пропорциональной частоте вращения, тока якоря и импульсов частотного датчика. Тормозящий двигатель работает в генераторном режиме и позволяет изменять момент сопротивления для основного ДПТ.

Исследуемый ДПТ имеет следующие параметры: U_ян = 110 В; R_я = 15 Ом, L_я= 100 мГн; I_ян = 0,9 А;  n_н = 3600 об/мин; J = 1.5 кг см2; R_ум =  10 Ом; R_д1 = 30 Ом; R_д2 = 50 Ом.

Рис. 1.4. Функциональная схема лабораторной установки

Программа работы

1. По номинальным данным рассчитать статические и динамические параметры ДПТ – Кэм; Тя и Тм. Построить регулировочные характеристики w = f(I_я) при U_я = var; R = var; Rд1 = 30 Ом; Rд2 = 50 Ом  (см. рис. 1.2, а, б).

2. Снять экспериментально статические характеристики ДПТ при якорном и полюсном управлении. Сравнить их с расчетными.

3. Зарисовать переходные процессы при ступенчатом управлении в якорной цепи и ЭДС якоря i_я(t) и l_я(t), определить по их виду постоянные времени Тя и Тм , сравнить с расчетными.

2. Система управления «Магнитный усилитель – двигатель»

Общие положения

На рис. 2.1, а приведена схема управления частотой вращения двигателя постоянного тока независимого возбуждения в системе магнитный усилитель ‑ двигатель. Здесь используется МУ с внутренней обратной связью со смещением, имеющий характеристику, показанную на рис. 2.1, б.

Рис. 2.1. Схема управления МУ ‑ ДПТ (а) и характеристика МУ (б)

Возможны три варианта системы управления:

- разомкнутая система (рис. 2.2, а), когда напряжение управления U_y подается непосредственно на обмотку управления МУ w_yU и отсутствует обмотка w_yI;

- замкнутая система (рис. 2.2, б), когда на обмотку управления w_yU подается разность U_y – U_я, как показано на рис. 2.1, б, но без обмотки w_yI;

- замкнутая система с воздействием по возмущению с положительной обратной связью по току (рис. 2.2, в), которой полностью отвечает схема рис. 2.1, а.

Рис. 2.2. Способы управления в системе МУ ‑ ДПТ

Уравнение якорной цепи двигателя имеет вид:

, где E_я ‑ ЭДС якоря; Rя ‑ сопротивление якоря; U_му ‑ выходное напряжение МУ; R_му ‑ выходное сопротивление МУ.

Учитывая, что E_я = K_эмw, получим выражение для механической характеристики данного типа привода

.                                                      (2.1)

Механическая характеристика привода в системе без обратной связи будет иметь вид, показанный на рис. 2.3, и ее линейная часть описывается выражением