Двигатель постоянного тока

Практическая работа

Тема: Составление структурной схемы системы автоматической стабилизации скорости двигателя

Цель: построить структурную схему системы автоматической стабилизации скорости двигателя, определить передаточные функции звеньев системы

Последовательность операций. При построении структурной схемы следует:

1) выделить элементарные динамические звенья основной цепи воздействия и цепей обратных связей и определить их передаточные функции;

2) найти точки приложения задающих и возмущающих воздействий;

3) определить положение узлов суммирования и точек съема сигналов для обратных связей.

Основными динамическими звеньями системы автоматической стабилизации скорости двигателя являются: двигатель постоянного тока; тиристорный преобразователь; суммирующий усилитель; датчик скорости.

Двигатель постоянного тока

Входным воздействием двигателя постоянного тока, работающего при постоянном магнитном потоке, является напряжение на якоре, а выходной координатой — угловая скорость

Если приложить к якорю двигателя воздействие в вида скачка напряжения, возникнет переходный процесс. который описывается дифференциальными уравнениями:

; (1)

. (2)

Выражение (1) представляет уравнение ЭДС главной цепи, а (2) — уравнение движения электродвигателя. Здесь — соответственно ЭДС, ток, сопротивление индуктивность якоря двигателя; M — момент двигателя:

(3)

— статический момент на валу двигателя:

; (4)

J — момент инерции:. приведенный к валу двигателя; с — коэффициент пропорциональности между моментом М и током двигателя или между ЭДС двигателя и его угловой скоростью ; - ток якоря двигателя, обусловленный моментом статической нагрузки на его валу.

Учитывая выражения (3) и (4), получаем

, (5)

где — электромеханическая постоянная времени двигателя.

Коэффициент пропорциональности можно определить по формуле:

где - номинальные значения тока и угловой скорости двигателя.

После преобразования уравнений (1) и (5) по Лапласу найдем:

;

Совместное решение этих уравнений дает операторное уравнение двигателя:

(6)

где - электромагнитная постоянная времени якоря двигателя.

Полагая скачок возмущающего воздействия равным нулю, получим операторное уравнение двигателя:

Операторному уравнению соответствует структурная схема, изображенная на рисунке 1

Рисунок1 - Структурная схема двигателя

Структурная схема представлена:

- апериодическим и интегрирующим звеньями в результате чего получается колебательное звено;

– – возмущающее воздействие.

Задание1. Определить передаточные функции звеньев ДПТ и нарисовать его структурную схему. Данные для построения см. приложение А.

2. Тиристорный преобразователь.

Тиристорный преобразователь в практике проектирования принято интерпретировать инерционным звеном порядка

где - коэффициент усиления преобразователя: - постоянная времени звена:

первого порядка

;

- постоянная времени цепи СНФУ, фильтр ; - число фаз; f - частота сети; - среднее статистическое запаздывание преобразователя.

где - максимальное выпрямленное напряжение на якоре ДПТ;

Um=10 B – максимальное управляющее напряжение;

U2ф – эффективно значения напряжения на вторичной обмотки трансформатора.

3. Суммирующий усилитель.

Представляет собой безынерционное звено с коэффициентом усиления .

4. Датчик скорости.

Представляет собой инерционное звено

где - коэффициент усиления датчика скорости. - постоянная времени фильтра датчика скорости (). Обычно для упрощения расчётов постоянной времени фильтра приводят к малой постоянной времени прямого канала. Такой постоянной времени является инерционного звена, характеризирующего тиристорный преобразователь. Для этой цели часто используют формулу Ямпольского: