Брандина Электрические машины (529639), страница 15
Текст из файла (страница 15)
27), коэффициент усиления быстро растетс увеличением частоты вращения (квадратичная зависимость). ПоэтомуЭМУ выполняют на повышенные частоты вращения (3000... 8000об/мин).Статические характеристики ЭМУ. Свойства ЭМУ вустановившемся статическом режиме, как и всякого генератора,характеризуются его внешней характеристикой Uвых = f(I), котораяопределяется формулойU вых = E d − IR d ,где Uвых - напряжение на выходе ЭМУ; E d - ЭДС, действующая попродольной оси ЭМУ; I - ток нагрузки; Rd - внутреннее сопротивлениеЭМУ по продольной оси, которое образуется суммой сопротивленийобмотки якоря, коммутируемой продольными щетками, переходногоконтакта коллектор - щетки, обмоток дополнительных полюсов и КО .Внешние характеристики ЭМУ при различной степени компенсациипоказаны на рис.
4.22. Здесь даны обозначения: 1, 2 - перекомпенсация;3 - полная компенсация; 4, 5 - недокомпенсация. При полной компенсации напряжение уменьшается за счет падения напряжения на активномсопротивлении Rd . Изменяя степень компенсации ЭМУ, можно получитьжелаемый вид внешней характеристики. При этом следует иметь в виду,что перекомпенсация может вызвать самовозбуждение ЭМУ и потерюуправляемости. В ряде случаев для защиты генератора от перегрузкиприменяют ЭМУ со значительной недокомпенсацией потока Фя, причемстепень компенсации выбирают так, чтобы ток короткого замыкания IH maxне превышал допустимого значения (рис.
4.22).ВажнымистатическимихарактеристикамиЭМУявляютсякоэффициенты усиления по мощности Kр, току К i и напряжению КU,.Коэффициент усиления по мощности Кр может достигать большихзначений (до 105), но чаще имеет величину порядка (5. . .10) 103.Коэффициент усиления по напряжению КU сравнительно мал и непревышает нескольких десятков. У ЭМУ малой мощности (до 0,5 кВт) онимеет значения порядка КU = 2. . .5.Динамические характеристики ЭМУ. Динамические свойства ЭМУопределяет передаточная функция. При выводе формулы передаточнойфункции ЭМУ принимаем, что магнитная система машины не насыщенаи магнитный поток Фя скомпенсирован.Передаточная функция первой ступени усиления ЭМУ аналогичнапередаточной функции обычного генератора, рассмотренной в п.4.2.4.Для обмотки управления уравнение напряжений согласно (4.22)dIU y = I y R y + Ly y .dtПод действием тока I y в поперечной цепи ЭМУ будет создаватьсяЭДС Еq, пропорциональная току I y , аналогично (4.23)Eq = k1 I y ,где k1 - коэффициент пропорциональности.На основании этих формул получимTydEq+ Eq = K qU y ,dt(4.28)где Kq = K1/ R y- коэффициент усиления по напряжению первогокаскада (цепь управления - поперечная цепь якоря ) аналогично (4.25).Передаточная функция первой ступени усиления ЭМУКU1= E q /U y = Kq/(Tу p + 1).(4.29)По аналогии с выражением (4.
22) для поперечной цепи ЭМУdI qE q = I q Rq + Lq,(4.30)dtгде I q , Rq и Lq - соответственно ток, активное сопротивление ииндуктивность поперечной цепи ЭМУ.Под действием тока I q в продольной цепи ЭМУ будет создаватьсяЭДС Еd, пропорциональная току I q :Ed = k 2 I q ,(4.31)где k2 - коэффициент пропорциональности.Если к ЭМУ подключить сопротивление нагрузки RНГ, то на выходеусилителя напряжение равноU вых =RHГEd .RHГ + Rd(4.32)Подставляя в (4.30) выражения для тока I q и ЭДС Еd,, найденные из(4.31) и (4.32), получаемTq ⋅dU вых+ U вых = K d E q ,dt(4.33)где Tq = Lq / Rq - постоянная времени поперечной цепи ЭМУ;K d = ( K d RH Rq ) /( RH + Rd ) = U вых / Eq - коэффициент усиления второго каскада(поперечная цепь - выходная цепь) ЭМУ по напряжению.Исключая из выражений (4.29) и (4.33) промежуточную переменнуюЕq, получаем уравнение динамики ЭМУ, устанавливающее связь междунапряжениями на входе Uу и выходе Uвых в видеd 2U выхdU выхTY Tq+(T+T)+ U вых = K q K dU Y .(4.34)Yqdt 2dtВ операторной форме уравнение (4.34) запишется в виде[TY Tq p 2 + (TY + Tq ) p + 1]U вых ( p ) = K ЭМУU y ( p ) ,(4.35)где K ЭМУ = K q K d - коэффициент усиления по напряжению.На основании (4.35) найдем передаточную функцию ЭМУ:U ( p)K ЭМУ.(4.36)WЭМУ ( p ) = вых=U вх ( p ) (TY p + 1)(Tq p + 1)Из выражения (4.36) видно, что по своим динамическим свойствамЭМУ представляют собой совокупность двух последовательносоединенных звеньев и, таким образом, подача на управляющуюобмотку напряжения Uу вызовет изменение напряжения Uвых на выходеЭМУ по апериодическому закону.
Однако в реальных условиях на ЭМУдействуют размагничивающие потоки, создаваемые вихревыми токами встали, которые не учитывались при выводе передаточной функции(4.35), поэтому на выходе переходной процесс носит колебательныйхарактер.Быстродействие ЭМУ поперечного поля характеризуется двумяпостоянными времени Ту и Тq, соответствующими первому и второмукаскадам. Постоянная времени цепи управления Ту сравнительно мала(с учетом внутреннего сопротивления источника питания Ту = 0,005. .
.0,025 с), а постоянная времени поперечной цепи Тq значительнопревосходит величину Ту (Тq =0,03. . .0,15с). Поэтому основное влияниена инерционность ЭМУ оказывает Тq . Однако это влияние существенноуменьшается, если включить в схему внешнюю обратную связь(рис.4.23). В качестве обмотки обратной связи Wo.c используется одна изуправляющих обмоток, которая включается таким образом, чтобымагнитный поток, создаваемый током обратной связи I o.c был направленнавстречу магнитному потоку цепи управления Фу.
В результатеполучаем отрицательную обратную связь (ООС).Принципиальной схеме (рис. 4.23) соответствует структурная схема,показанная на рис. 4.24.Рис. 4.23Передаточная функция ЭМУ с учетом ООСU ( p)KЭWЭМУ ( p ) = вых=,I Y ( p ) TЭ p + 1Рис. 4.24(4.37)где Tэ = Тq /(1 + К1k ОС) - постоянная времени ЭМУ после вводаобратной связи; К1 - коэффициент усиления ЭМУ, определяемыйотношением К1 = Uвых / Iу ; Кос - коэффициент обратной связи;Кэ = К1 / (1 + К1 К ос) - коэффициент усиления с учетом обратной связи.Из выражения (4.37) видно, что ввод отрицательной обратной связипозволяет уменьшить в (1 + К1 Кос) постоянную времени ЭМУ. Следуетоднако иметь в виду, что величина коэффициента Кос не можетвыбираться только из условия обеспечения требуемого значенияпостоянной времени Тэ. При этом необходимо учитывать также допустимую перегрузочную способность по току обмотки обратной связи,определяемую коэффициентом перегрузки Кп =I ymax/ Iy НОМ , где I ymax,Iy НОМмаксимальный и номинальный токи в обмотке управления.
Величина Кпдля большинства ЭМУ не превосходит значения 5...8.Положительными свойствами ЭМУ являются:- возможность непосредственного подключения к ЭМУ исполнительного двигателя и изменения его скорости в широких пределах;- малая инерционность и возможность ее уменьшения путем применения специальных схем включения ЭМУ;- достаточно большой коэффициент усиления по мощности;- линейная зависимость напряжения на выходе ЭМУ от токауправления;- возможность суммирования нескольких управляющих сигналов.Недостатки ЭМУ :- необходимость принятия специальных мер по улучшению коммутации под продольными и поперечными щетками ЭМУ, что обусловленобольшой частотой вращения якоря генератора (до 8000 об/мин);- нестабильность работы ЭМУ при длительной его эксплуатации,проявляющаяся в различных значениях напряжения на выходе припостоянных значениях частоты вращения якоря и тока управления.4.4.
Тахогенераторы постоянного тока4.4.1. Общие сведенияТахогенератор (ТГ) представляет собой генератор малоймощности, выходное напряжение которого пропорциональночастоте вращения вала ω . Выходной характеристикой ТГ являетсязависимостьdα,U = Kω = Кdtгде К - коэффициент пропорциональности, α - угол поворота вала.Основными требованиями, предъявляемыми к ТГ, являются:- линейность выходной характеристики;- высокая крутизна выходной характеристики;- малое влияние на выходную характеристику внешней нагрузки итемпературы окружающей среды;- симметрия выходного напряжения при изменении направлениявращения вала;- эксплуатационная надежность;- минимум пульсаций выходного напряжения;- малые габариты и масса.Степень этих требований зависит от назначения ТГ.
По назначений ТГможно разделить на три группы:- ТГ, предназначенные для измерения частоты вращения валаисполнительного органа. Эти ТГ должны иметь достаточно высокуюлинейность (отклонение 0,5 - 1%) и стабильность характеристики.- ТГ, предназначенные для регулирования частоты вращения вала вкачестве корректирующего звена, т.е. для осуществления обратнойсвязи по частоте вращения. При этом выходное напряжение ТГсравнивается с эталонным и разность этих напряжении подается в цепьуправления двигателя. Особенностью требований, предъявляемых ктаким ТГ, является высокая крутизна выходной характеристики.- ТГ, предназначенные для выполнения функции интегрирования идифференцирования в счетно-решающих устройствах.
К этим ТГпредъявляются весьма жесткие требования надежности в работе,стабильности и линейности характеристики (отклонение 0,05 - 0,1%).ТГ изготовляются постоянного и переменного тока (синхронные иасинхронные). ТГ постоянного тока имеют более высокиеэнергетические показатели, высокую крутизну и линейность выходнойхарактеристики .4.4.2. Выходная характеристикаТахогенераторы постоянного тока (ТГПТ) выполняются снезависимым электромагнитным (внешним) возбуждением или свозбуждением от постоянныхмагнитов (рис.4.25). ТГПТ свнешним возбуждением имеютбольшую крутизну выходнойхарактеристики, чем со встроенныммагнитом.
Конструкция ТГПТпринципиально не отличаетсяот обычной конструкции машинпостоянного токаРис. 4.25.Выходное напряжение ТГПТ согласно (4.8)U = E − IR Я − 2∆U Щ .Величина тока нагрузкиU.RНГРезультирующий магнитный поток Ф при нагрузке определяетсясуммой постоянного потока возбуждения ФВ и потока реакции якоря ФЯ,который пропорционален току якоря и при расположении щеток нагеометрической нейтрали уменьшает поток возбуждения. Такимобразом:Ф = Ф В − Ф РЯ = К 1 − К 2 I ,где К1 и К2 - постоянные коэффициенты.ЭДС машиныI=E = C E Ф ω = C1 ω − C 2U,R НГ(4.38)где С1 -коэффициент пропорциональности между ЭДС и частотойвращения при холостом ходе; С2-- коэффициент, учитывающий связьпотока реакции якоря и тока якоря.Подставляя (4.38) в уравнение напряжений (4.8), получим послепреобразований формулу выходной характеристики:C ⋅ ω − ∆U ЩU= 1.(4.39)С2 ⋅ ω + RЯ1+RНГЗдесь ∆UЩ - падение напряжения в щеточном контакте;RЯ - сопротивление цепи якоря, RНГ - сопротивление нагрузки.В режиме холостого хода ( RНГ → ∞) выходнаяUвых12характеристика E = C E Ф ω представляет собойпрямолинейную зависимость 1 (рис.4.26) смаксимальной крутизной характеристикиwКмакс = С 1 = СЕ ФВ .(4.40)При включении нагрузки выходнаяРис.4.26характеристика 2 (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
