Электромеханические исполнительные элементы. Часть 1

1.

Министерство образования и науки Российской Федерации
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
БАЛТИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
«ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. УСТИНОВА
Кафедра Н1
Мехатроника и робототехника
К.т.н., доцент Савельев Б.Н.
Электромеханические
исполнительные элементы
презентация курса лекций
Часть 1
Санкт – Петербург
2015 г.

2.

Введение
Основные понятия и определения
1. Механика - наука о механическом движении материальных тел и происходящих при этом
взаимодействиях между телами.
2. Привод
– устройство приведения в движение механических объектов различного назначения.
3. Система автоматического привода (САП)
САП- совокупность устройств, объединенных в систему, предназначенную для приведения в
движение и управления движением рабочих органов машин или иных механических объектов
управления в соответствии с заданной технологией.
4. Электроника
- наука о взаимодействии электронов с электромагнитными полями и о методах
создания приборов и устройств, в которых это взаимодействие используется
для преобразования электромагнитной энергии, в основном, для передачи,
обработки и хранения информации
5. Мехатроника
-область науки о механическом движении, взаимодействии твердых тел и
управлении их движением с использованием электронных приборов и
устройств.
6. Мехатронная система
- система автоматического управления движением механических
объектов, построенная с использованием электронных приборов и
устройств.

3.

Основные понятия и определения
7. Техническая система - устройство, которое обладает совокупностью следующих основных признаков:
- является законченным видом технической продукции;
- состоит из взаимодействующих элементов, узлов, агрегатов, подсистем;
- самостоятельно выполняет определенные функции;
- взаимодействует с внешней средой и другими техническими объектами.
8. Управление - процесс целесообразного воздействия на объект управления, обеспечивающий его
желаемое (заданное) поведение, режим работы или выходные переменные.
9. Регулирование - частный случай процесса управления, целью которого является воспроизведение
системой поступающих на нее извне заданий (задающих воздействий).
10. Автоматизация - процесс исключения человека из технологического процесса или из отдельных
его операций (выполнение операций без непосредственного участия человека).
11. Система автоматического управления (САУ)
САУ каким-либо объектом называется техническая система, включающая в себя этот объект
управления(ОУ) и присоединяемую к нему автоматическую аппаратуру, обеспечивающую
заданный режим работы или выходные переменные объекта в соответствии с командами
задающего устройства, являющегося частью этой автоматической аппаратуры.
12. Автоматическая управляющая система -автоматическая аппаратура САУ.
13. Система автоматического регулирования (САР)
САР – техническая система, в которой задаваемый от внешнего задающего устройства режим
работы ОУ или его регулируемая переменная воспроизводится и поддерживается с помощью
присоединяемых к ОУ автоматически действующих устройств.
14. Автоматический регулятор - автоматические устройства САР,

4.

Обобщенные схемы САУ и САР
V
U
АУС
АЗУ
ОУ
Авт. рег
Условные обозначения:
Y
Y - регулируемые переменные ОУ;
- возмущающие воздействия на ОУ;
V
U - управляющие воздействия на ОУ;
Рис.1 Обобщенная схема САУ
V
ЗУ
Авт. рег
U
ОУ
Рис.2 Обобщенная схема САР
ОУ – объект управления;
АУС – автоматическая управляющая
система;
Авт. Рег. – автоматический регулятор;
АЗУ – автоматическое задающее
устройство;
Y
- управляющие воздействия на САР;
ЗУ – внешнее задающее устройство.

5.

КЛАССИФИКАЦИЯ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
Электроприводы подразделяются на два больших класса:
1. нерегулируемый электропривод;
2. регулируемый электропривод.
Нерегулируемый электропривод содержит в своем составе лишь устройства,
обеспечивающие пуск и отключение двигателя.
Регулируемый электропривод представляет собой САУ или САР, управляющую
процессом движения некоторого механизма (объекта управления).
Современные электроприводы ,как правило, являются системами
автоматизированного привода, поэтому их классифицируют как и другие системы
автоматического регулирования.

6.

Классификация САР по реализованному в них принципу управления
САР, работающие по разомкнутому циклу
(разомкнутые системы)
V
ЗУ
Авт. рег
U
Y
ОУ
Рис. 3 Управление по задающему воздействию
V
ЗУ
const
Авт. рег
U
Y
ОУ
Рис. 4 Управление по возмущающему воздействию
САР, работающие по замкнутому циклу
(замкнутые системы)
V
Авт. рег
ЗУ
U
ОУ
Y
ОС
Рис. 5 Управление по отклонению
САР комбинированного управления
V
ЗУ
Авт. рег
U
ОУ
Y
ОС
Рис. 6 Управление по отклонению и возмущению

7.

Классификация САР по наличию УПУ и дополнительного ИП
Обобщенные функциональные схемы САР
Авт. рег
ЗУ
ИУ
УПУ
УУ
V
УИ
УПОИ
U
ОУ
Y
ИП
УПОИ
УИ
Рис.7 САР непрямого действия.
V
Авт. рег
ЗУ
УИ
РОИУ
U
ОУ
Y
Условные обозначения:
ИУ – исполнительное устройство;
УПУ – усилительнопреобразовательное устройство;
УУ – устройство управления;
УИ – устройства измерений;
УПОИ – устройства предварительной
обработки информации;
ИП – источник питания
Рис.8 САР прямого действия.
РОИУ – регулирующий орган
исполнительного устройства

8. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ

РЕГУЛЯТОР ПОЛЗУНОВА
РЕГУЛЯТОР УАТТА
ВОДА
ПАР
ОН
Паровая
турбина
Объект
нагрузки
Масса
Регулирующий
орган
Центробежный
механизм
ДАТЧИК УРОВНЯ
Регулирующий
орган
ПАР
ТОПКА
Рис. 10
Рис. 9

9.

Классификация САР по характеру внутренних процессов
Статические характеристики звеньев непрерывного действия
Рис.11 Пропорциональная
Рис.12 Кусочно - линейная
Рис.14 Зона нечувствительности
Рис.13 Насыщение
И тому подобные

10.

Статические характеристики звеньев дискретного действия
Статические характеристики звеньев релейного действия
Рис.15а Сухое трение
Рис.15б ступенчатая
Рис.15в релейная
Статические характеристики звеньев импульсного действия
Рис.16а Амплитудно-импульсная
t
t
t
t
Рис.16б широтно-импульсная

11.

САР температуры охлаждающей жидкости в двигателе
Аккумуляторная
батарея
Задатчик
0
Датчик t C
Двигатель
вентилятора
Термо
Р
а
д
и
а
т
о
р
стат
ДВ
Регулир.
объект
Рис.17

12. Классификация приводов по схеме построения силовой части

Индивидуальный однодвигательный привод
УУ
УМ
ИД
МП
ОУ
Рис.18
ИП
Привод, обеспечивающий движение одного
исполнительного органа рабочей машины,
(одного объекта управления (ОУ)
относительно одной оси с помощью одного
исполнительного двигателя).
Обобщенная схема силовой части
индивидуального однодвигательного привода
приведена на Рис.18.
Условные обозначения
УУ – устройство управления;
УМ – усилитель мощности;
ИП -- источник питания;
ИД – исполнительный двигатель;
МП – механическая передача;
ОУ – объект управления;
φ – регулируемая координата движения ОУ.

13.

Примеры использования индивидуальных
однодвигательных приводов в технических комплексах
Приводы выдвижения секций и подъема стрелы автокранов
Исполнительный
двигатель привода
подъема стрелы.

14.

Приводы рабочих органов токарных станков

15.

Приводы металлообрабатывающих центров с числовым
программным управлением.

16.

Приводы стартовых и антенных установок и др.

17.

Групповой привод
Привод с одним исполнительным
двигателем, обеспечивающий движение
исполнительных органов нескольких
рабочих машин или нескольких
исполнительных органов одной рабочей
машины (нескольких ОУ).
УУ
ИП
УМ
Обобщенная схема силовой части
группового привода приведена на Рис.19.
ИД
МП
ОУ2
ОУ1
Условные обозначения
1
ОУ3
2
Рис. 19
3
УУ – устройство управления;
УМ – усилитель мощности;
ИП -- источник питания;
ИД – исполнительный двигатель;
МП – механическая передача;
ОУi – объект управления;
i – регулируемая координата движения ОУ.

18.

Примеры использования группового привода в
технических комплексах
т
Металлообрабатывающие станки с приведением в движение нескольких
рабочих органов одним электродвигателем, так в винторезных токарных
станках, приведение в движение шпинделя и рабочей подачи суппорта
осуществлен от одного электродвигателя. Регулирование скорости вращения
шпинделя и подачи суппорта производится с помощью коробок скоростей.

19.

Групповой привод автомобилей,
От одного двигателя приводятся в движение , как минимум, два колеса, а
также валы элементов ( насоса, генератора и тд.) других систем.

20.

В полноприводных
автомобилях приводятся в движение все колеса

21.

Многодвигательный привод
Привод, содержащий несколько
исполнительных двигателей, механическая
связь между которыми осуществляется через
исполнительный орган рабочей машины.
УУ
УМ
ИП
ИД
УМ
ИД
МП
Движением ОУ относительно одной оси
управляют несколько исполнительных
двигателей.
Обобщенная схема силовой части
двухдвигательного привода приведена на
Рис.19.
Условные обозначения
ОУ
Рис.20
УУ – устройство управления;
УМ – усилитель мощности;
ИП -- источник питания;
ИД – исполнительный двигатель;
МП – механическая передача;
ОУ – объект управления;
φ – регулируемая координата движения ОУ.

22.

Примеры использования многодвигательного привода в
технических комплексах
Привод лестницы пожарных машин и машин МЧС
Исполнительные двигатели
двухдвигательного привода
подъема лестницы.

23.

Привод подъема стрелы экскаватора
Исполнительные двигатели
двухдвигательного привода
подъема стрелы экскаватора.

24.

Экскаватор-погрузчик NEW HOLLAND B80B
Приводы ковша и стрелы
Исполнительные двигатели
двухдвигательного привода
ковша погрузчика.
Исполнительные двигатели
двухдвигательного привода
стрелы погрузчика.

25.

Приводы поворота башен различных комплексов
Роботизированные комплексы

26.

Военной техники

27.

Антенных установок, подъемных кранов и т.д.

28.

Принцип действия и особенности
двухдвигательного привода по
сравнению с однодвигательным.
(Включить показ слайдов)
Башня
Шаровой погон
Вид А-А
А
А
F
F
Fr
Fr
Основание
F
ИД
F
Тангенциальные усилия создают вращающий момент
относительно оси, а радиальные составляющие усилий в
двухдвигательном приводе компенсируют друг друга,

29.

Дифференциальный привод
УУ
УМ
ИП
УМ
Многодвигательный привод, у которого скорости
двигателей на исполнительном органе привода
алгебраически суммируются с помощью механического
дифференциала.
Многодвигательный привод, исполнительные двигатели
которого связаны с ОУ механическим дифференциалом и
управляют одной координатой его движения.
Схема силовой части привода приведена на Рис.22.
ИД
ИД
МД
ОУ
Рис.22
МД – механический
дифференциал
Приводы этого типа позволяют расширить диапазон
регулирования скорости ОУ, под которым понимается
отношение максимальной скорости к минимальной
скорости плавного движения при заданном моменте
нагрузки на привод.
Это достигается за счет увеличения максимальной
скорости движения ОУ при суммировании максимально
допустимых скоростей вращения валов
исполнительных двигателей, а также за счет снижения
минимальной скорости плавного движения ОУ при
суммировании разных по направлению и величине
скоростей вращения исполнительных двигателей.
Последнее обеспечивается соответствующими
алгоритмами управления исполнительными
двигателями.

30.

Примером могут служить приводы антенных постов слежения, в
которых нужно обеспечивать и очень малые и очень большие скорости
движения ОУ.

31.

Многокоординатный привод
(система приводов)
У У2
У У1
У М1
Привод, обеспечивающий движение
исполнительного органа рабочей
машины или ОУ по двум или более
пространственным координатам.
ИП
Схема силовой части привода
приведена на Рис.23.
У М2
ИД1
ИД2
МП1
МП2
ОУ
Рис.23
2
Многокоординатные приводы
бывают связанного и несвязанного
управления, т.е. имеющие
дополнительные внешние связи
друг с другом (не через ОУ) или
работающие автономно и связанные
только через ОУ.
1
Примерами могут служить приводы
антенных установок, стрел кранов,
координатных столов и т.п. ,в которых
нужно управлять несколькими
координатами движения ОУ. (См.
например слайд 19)

32.

Функциональная схема САП
ИП
ВАД
УИ
Эл-ты вспомогат.
подсистем
ЗУ
U
му
УУ
ЭУ
ВАД
УИ
УПУ
Информационная часть САП
Рис.23
ИД
МП
ОУ
О
Энергетическая часть САП
Условные обозначения:
ИД – исполнительный двигатель;
УПУ – усилительно-преобразовательное устройство;
ЭУ – электронный усилитель;
УУ – устройство управления;
ОУ – объект управления;
МП – механическая передача;
УИ – устройства измерений;
ВАД– вторичная аппаратура датчиков;

33.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОМАШИННОГО МОМЕНТНОГО ПРИВОДА
при косвенном измерении момента и компенсации противо ЭДС
3 220 v
Г
ИD
ОЯг
Mf Г Г
ПD
E ЯГ
M пд M ТР M Г
IЯ
UЯ
УУ
U Мо
КК
U
ЭУ
BГ
BAD
I BГ
ОВг
U BД
DМ
DС
Рис.24
д
РЕД
I BД
O
MUo
ОУ
E ЯД
MТР Д
Ф BД
Ф BГ
U Мз
MД
КОд
КОг R ш
Г
ОЯд
Mfo
ОВд
Mfд i Р Р
MРo

34.

Классификация электрических машин
По назначению:
- Электромашинные генераторы - преобразуют механическую энергию в электрическую;
- Электрические двигатели - преобразуют электрическую энергию в механическую;
- Электромашинные преобразователи - преобразуют переменный ток в постоянный
и наоборот;
- Электромашинные усилители – используются для управления большими мощностями
с помощью малой мощности;
- Исполнительные (управляемые) двигатели – преобразуют электрический сигнал в
соответствующее перемещение вала;
- Тахогенераторы – преобразуют механическое вращение вала в электрический сигнал
(напряжение, пропорциональное скорости вращения)
- Вращающиеся трансформаторы - преобразующие угол поворота ротора в сигнал,
являющийся функцией угла;
- Машины синхронной связи ( сельсины) – обеспечивают синхронный и синфазный
поворот не связанных механически осей
- Микромашины гироскопических приборов – обеспечивают высокую частоту
врашения роторов гироскопов, и другие.

35.

Основные требования к исполнительным двигателям приводов:
1. Отсутствие самохода, т.е. самоторможение при нулевом сигнале управляющего
воздействия.
2. Близкий к линейному вид регулировочных и механических характеристик;
3. Широкий диапазон регулирования скорости движения исполнительного органа
( max 1000 );
min
4. Устойчивость работы во всем диапазоне регулирования;
5. Высокое быстродействие ( приемистость), достигается:
- малой инерционностью исполнительного органа;
- большим пусковым моментом.
6. Малая зона нечувствительности ( низкое значение сигнала троганья);
7. Большая перегрузочная способность;
8. Малая мощность управляющего воздействия;
9. Малые массогабаритные размеры на единицу мощности
(высокие значения удельной мощности на единицу массы и объема);
10. Высокая надежность при работе в широком диапазоне режимов
функционирования.

36.

КЛАССИФИКАЦИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПРИВОДОВ
1. По мощности:
-- микродвигатели
-- двигатели малой мощности;
-- двигатели средней мощности;
-- двигатели большой мощности.
2. По роду тока:
-- постоянного тока;
-- переменного тока.
3. По принципу действия:
-- коллекторные
-- бесконтактные
-- асинхронные;
-- синхронные:
-- с постоянными магнитами;
-- реактивные;
-- гистерезисные;
-- шаговые (импульсные).
4. По типу ротора двигателя:
-- с обычным ротором;
-- с полым (малоинерционным) ротором;
-- с гладким (беспазовым ) ротором.
Асинхронные двигатели:
-- с короткозамкнутым ротором;
-- с фазным ротором.
5. По количеству обмоток
-- с обмоткой возбуждения;
-- с постоянными магнитами
-- двухфазные;
-- трехфазные;
-- многофазные.

37.

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
В основе создания электрических машин лежат законы электромагнитной индукции
и электромагнитных сил.
Закон Ампера
Закон Фарадея
N
е
B
Где:
v
F
I
N
B
S
S
е
U
Рис.25
e B l a
е - вектор индуктируемой ЕДС;
B - вектор магнитной индукции;
вектор скорости движения проводника;
v -- активная
длина проводника.
la
Рис.26
F I B l a
F - вектор электромагнитной силы;
I - вектор тока.

38.

Процесc индуктирования ЭДС и электромагнитного момента в рамке
N
B е
v
Da
v
Е 2е
N
B ia
Nр
F
F MДСр
S
р
Ф
р
F
е
U
S
Рис.27
Е 2v Ba l a Sin Da Ba l a Sin
dФр
d B a S р
d
Е
dt
dt
dt
Ba l a Da dCos t Ba l a Da Sin t
dt
ia
S
Рис.28
M L F Da Sin 2 F
2
M Da Sin Ba l a ia
0 - при горизонтальном
положении рамки

39.

М
E
2
2
Рис.29 Кривые изменения ЕДС и электромагнитного момента рамки
в функции угла поворота.
М
E
2
2
Рис. 30 Кривые изменения ЕДС и электромагнитного момента рамки
в функции угла поворота при введении механического коммутатора.

40.

E
Рис.32
Рис.31
2

41.

В
А
А
S
N
1
2
3 4 5 6
Рис.33 Схема соединения секций петлевой обмотки якоря

42.

Рис. 34 Упрощенная схема обмотки якоря
1-секция обмотки якоря, 2- коллектор

43.

Машины постоянного тока
35

44.

Векторная диаграмма индуктируемых в обмотке якоря ЭДС
при синусоидальных ЭДС в секциях
Е
Рис. 36

45.

Схема четырехполюсной машины
Рис.37

46.

Векторная диаграмма индуктируемых в обмотке якоря ЭДС
при синусоидальных ЭДС в секциях четырехполюсной
машины
А
Е
Рис.38
В

47.

Основные конструктивные элементы и устройство
машин постоянного тока
Главные полюсы машины
5
1 – полюсный наконечник;
2 – сердечник полюса;
3 – болт крепления
полюса к корпусу;
4 – заклепка крепления
пластин пакете;
5 - обмотка возбуждения;
6 – щека.
Рис.39

48.

Сердечник якоря машины постоянного тока
5
1 и 3 – шайбы обмоткодержателя;
2 – место установки бандажа;
Рис.40
4 – место установки коллектора;
5 – пазы для укладки секций обмотки якоря;

49.

Схема расположения секций двухслойной обмотки якоря
четырехполюсной машины
Рис.41

50.

Расположение секций якоря в пазах
1 – секции обмотки якоря,
2 – сердечник якоря,
3 – коллектор
Рис.42

51.

Коллектор машины постоянного тока
Рис.43
1- корпус, 2 – фланец, 3 – изолятор, 4 - коллекторные пластины,
5 – изоляционные прокладки (миканит), 6 - пластмасса, 7 - втулка

52.

Устройство машины постоянного тока
Рис.44
1 – коллектор, 2 – щеточный узел, 3 – якорь , 4 – гланый полюс, 5 – обмотка
возбуждения, 6 – корпус, 7 – подшипниковый щит, 8 – вентилятор, 9 – обмотка якоря.

53.

Распределение создаваемой ОВ индукции вдоль окружности якоря
и индуктируемых ЭДС в секции ОЯ (напряжений между
коллекторными пластинами)
А
В
А
Рис.45
- полюсное деление;
е B x a l a - индуктируемая в проводнике ЭДС;
U k 2е 2 B x a l a - напряжение между коллекторными пластинами при
токе равном 0 .

54.

Основные параметры электромашин
А
Uk
В
N
N
2a
U E e a la Bx
1
N
Вср
2a
1
N
1 B x Bср
2a
2a
Вср - среднее значение индукции
Daв
полюсном делении
Da n
Вср l a Ф а Da 60
2
Рис.46
(2 p)
pN
рN
E
Ф
Фn ce Ф
2 a
60a
pN
ce 2 a - конструктивная константа машины
Электромагнитный момент
N B срl a
F aрез 1 f ax N f аср N Bср l a i a
2a I a
N
pN
M 0.5 F рез Da
Ф I a сМ Ф I a
2 a

55.

Реакция якоря
При работе машины под нагрузкой в цепи якоря протекает ток и возникает МДС якоря.
Воздействие МДС якоря на магнитное поле машины постоянного тока называют
реакцией якоря.
Фag
Фag
Фв
Фрез
Рис. 47 Магнитные поля машины постоянного тока, создаваемые:
а) – обмоткой возбуждения;
б) – обмоткой якоря;
в) – результирующее поле
обмоток якоря и возбуждения.

56.

Магнитное поле реакции якоря действует по поперечной оси машины, поэтому его
называют поперечным полем. Оно оказывает двойное воздействие на поле машины.
1 - искажает симметричное распределение поля машины относительно главных
полюсов и смещает физическую нейтраль ( о о ) относительно геометрической
нейтрали ( о о );
Кривые распределения магнитной
индукции в воздушном зазоре МПТ
создаваемой:
а) – обмоткой возбуждения;
б) – обмоткой якоря;
Вмакс
в) – обмотками якоря и
возбуждения.
Рис.48

57.

2 - оказывает размагничивающее влияние на результирующий поток возбуждения
машины.
Из за нелинейного характера кривой намагничивания суммирование МДС обмоток
возбуждения и якоря приводит к несимметричному изменению результирующего потока
машины и уменьшению среднего потока.
B
A
N
Ф
A
S
Ф
Фв
Ф
F agx
F agx
F вx
F резx
Fв
x
x
F agx
Рис.50
Вмакс
Рис.49
Кроме сказанного реакция якоря влияет на процессы коммутации.
F рез

58.

Коммутация
Под коммутацией понимают процесс изменения тока в секциях ОЯ при переходе их из
одной параллельной ветви в другую, а часто и все процессы, возникающие под щетками
коллекторных машин. В том числе искрение щеток и круговой огонь на коллекторе.
Причин возникновения искрения несколько:
Мехнические - биение, элептичность и шероховатость поверхности коллектора,
наличие выступающих коллекторных пластин, вибрация щеток и т.п.
Электромагнитные – разрыв электрической цепи с током при выходе коллекторной
пластины из-под щетки, что приводит к возникновению короткой электрической дуги.
Дуга между соседними пластинами может перерасти в круговой огонь на
коллекторе, так как при дуге появляются раскаленные пары меди и происходит
ионизация воздуха.
Реакция якоря искажает магнитное поле в воздушном зазоре машины, увеличивая
магнитную индукцию под одним из краев главных полюсов. Это вызывает увеличение
напряжения U k между соседними пластинами и опасность возникновения искрения
и кругового огня.
При вращении якоря секции переходят из одной параллельной ветви в другую, и
направление тока в них меняется на противоположное. Это осуществляется за счет
коммутации, которая должна быть безискровой.
Секции в которых происходит изменение тока находятся под щетками, и их называют
коммутируемыми, а время замыкания секции щеткой – периодом коммутации.

59.

N
Коммутируемая
секция
Распределение тока в ветвях обмотки якоря
S
Распределение тока в секции
Рис.51
bщ
Тк
где:
к
- период коммутации;
bщ - ширина щетки;
к - скорость коллектора.
Период коммутации очень короткий
Т к 0,001с
Вследствие этого скорость изменения
тока (di dt ) 2
- очень
i
a Tk
ср
велика

60.

ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ КОММУТАЦИИ
Распределение тока в коммутируемой секции во время коммутации
ia
ia
а
ia
ia i
ia
ia
i
1 2
i1 ia i i2 ia i
а
1 2
2i a
Сбегающий
край щетки
i2 0
i1
ia
ia
ia
аi1
0
ia
i2
1 2
Набегающий
край щетки
2i a
2i a
Рис.52
При изменении тока в коммутируемой секции возникает ЭДС самоиндукции,
называемая реактивной
е р L рез di dt
(
L рез - результирующая индуктивность секции)
Кроме того в коммутируемой секции индуктируется ЭДС вращения в магнитном поле,
ек 2Bк a l a
Вк - индукция в воздушном зазоре коммутируемой
секции, создаваемая МДС ОВ и реакцией якоря

61.

Для секции, замкнутой щеткой можно написать уравнение
е р ек i1 R1 i Rc i2 R2 ,
где: i- ток в коммутируемой секции; i1 и i 2- токи через пластины 1 и 2 ;
R1 и R2 - сопротивления контактов между щеткой и коллекторными пластинами;
RC - сопротивление секции.
Т.к. RC всегда значительно меньше сопротивлений щеточного контакта, им можно
е р ек i1 R1 i2 R2
пренебречь, тогда
Это нелинейное дифференциальное уравнение и называют основным
уравнением коммутации.
Аналитически его решение можно получить при ряде допущений.
Так ,если положить 1 1 2 2 0 , так как эта разность мала, меньше 10% от
приемлемой коммутации, то уравнение коммутации примет вид:
р
к
iR i R
Подставляя в него
е е 0
ек при
е р L рез di dtt, найдем ток в коммутируемой секции
i L рез ek dt C
По теореме о среднем i (Т к ) L рез екср Т к С
1
0
1
Из начальных условий постоянная интегрирования
С ia
Для безискровой коммутации необходимо отсутствие разрыва тока, т.е.
i1 (Т к ) 0 или
i(Т к) ia , тогда условия безискровой коммутации: i(Т к ) ia L 1рез екср Т к ia
Из него екср L рез 2 ia T k е рср

62.

Способы улучшения коммутации и уменьшения влияния реакции якоря
Основной способ - введение в конструкцию машины добавочных полюсов, которые
кср.
создают в зоне коммутации поле, индуктирующее требуемое значение
Их устанавливают между главными полюсами, а их обмотку включают последовательно с ОЯ.
При этом магнитную цепь машины выполняют ненасыщенной.
е
В этом случае
екср 2 Bk l a a wc c ia a
1
Т.е. она пропорциональна току якоря и скорости.
Реактивная ЭДС так же пропорциональна току
якоря и скорости.
е рср L рез 2 ia T k с2 ia a
Поэтому возможна их взаимная компенсация
при различных режимах работы машины.
Дополнительные полюса и создают в зоне
коммутации индукцию Вк такой величины, чтобы
рср
в коммутируемых секциях возникала
кср
е
Рис.53 Схема расположения главных и добавочных полюсов
1 – сердечник добавочного полюса;
2 - обмотка добавочного полюса
е

63.

Координальным способом компенсации реакции якоря является
применение компенсационной обмотки, которую укладывают в пазах
главных полюсов и включают последовательно с ОЯ так, чтобы ее МДС
была направлена встречно МДС якоря и компенсировала последнюю.
При
k ag реакция якоря
практически не искажает магнитное
поле в воздушном зазоре.
F
Рис.54
F

64.

Рис.55 –Схема расположения в машине обмоток.
1 – главный полюс,
2 – обмотка возбуждения,
3 – компенсационная обмотка,
4 – добавочный полюс,
5 – якорь.

65.

Основные воздействия на ДПТ НВ, выходная переменная и режим работы
Mэм
IЯ
E ЯД ОЯ
UЯ
MТР M f
ОДП КО
Ф
UB
IB
ОВ
Рис.56 Принципиальная схема ДПТ НВ
Условные обозначения на схеме:
ОЯ – обмотка якоря ДПТ;
ОВ – обмотка возбуждения ДПТ;
КО – компенсационная обмотка ;
ОДП – обмотка дополнительных полюсов ;
Uя t , Uв t - напряжения на зажимах цепи якоря и цепи
возбуждения машины ;
Iя t , Iв t - токи в цепи якоря и цепи возбуждения ДПТ ;
E я t - ЭДС якоря машины ;
Мэм t - электромагнитный момент на валу двигателя;
М тр t - момент трения на валу двигателя;
М f t - внешний возмущающий момент на валу ДПТ.
t - скорость вращения вала ДПТ;
Ф t - поток цепи возбуждения электромашины;
Управляющие воздействия на ДПТ НВ
U я t или Iя t
При управлении по цепи возбуждения: U в t или Iв t
При управлении по цепи якоря:
Возмущающие воздействия
М f t - внешний момент нагрузки на валу двигателя.
Выходная переменная
t - скорость вращения вала двигателя.
Режим работы двигателя постоянного тока независимого возбуждения.
{U я t , Uв t , M f t } - совокупность (вектор) существенных воздействий:
При UЯ const , UВ const , M f const - режим статический.

66.

Уравнение движения электродвигателя постоянного тока
Принимаемые допущения:
- параметры машины на рассматриваемом интервале времени не изменяются;
- реакция якоря полностью скомпенсирована компенсационной обмоткой ДПТ;
- гистерезисом магнитной цепи машины пренебрегаем;
- кривая намагничивания аппроксимирована кусочно-линейной характеристикой “насыщение”;
- трения на валу машины хорошо описываются характеристикой «сухое трение».
Уравнения равновесия ЭДС в цепях электромашины
В цепи якоря:
d I я t
t
t
t
t
t
E я t
Uя
U Rя
U Lя
Eя
R я Iя
Lя
dt
В цепи возбуждения:
Uв t U Rв U Lв R в Iв t Lв
d Iв t
, где
dt
(1)
(2)
Uя t , Uв t - напряжения на зажимах цепи якоря и цепи возбуждения машины ;
URя t , ULя t - падение напряжения на активном и реактивном сопротивлении якоря;
URв t ; ULв t - падение напряжения на активном и реактивном сопротивлении ОВ;
Iя t , Iв t - токи в цепи якоря и цепи возбуждения машины ;
E я t - ЭДС якоря машины ;
R я , R в - активные сопротивления цепи якоря и цепи возбуждения машины ;
L я , Lв - индуктивности цепи якоря и цепи возбуждения машины .
E я t cе Ф t t , где
Ф t - поток цепи возбуждения электромашины;
t - скорость вращения вала ДПТ;
cе - конструктивная константа электромашины.
(3)

67.

Уравнение магнитной цепи электродвигателя
Ф
Ф t
Фнас
-Iв нас
Iв нас
Iв
-Фнас
Iв t
при
Iв t Iв нас
Фнас Sign Iв t при Iв t Iв нас
(4)
Фнас - поток насыщения магнитной цепи ДПТ;
Iв нас - ток возбуждения насыщения магнитной цепи ДПТ;
- тангенс угла наклона линейного участка кривой.
Рис.57 Кривая намагничивания магнитной цепи ДПТ при принятых допущениях
Уравнение моментов на валу электродвигателя
М эм t М f t М тр t М дин t 0, где
Мэм t - электромагнитный момент на валу двигателя;
М f t - внешний возмущающий момент на валу двигателя;
М тр t - момент трения на валу двигателя;
Мдин t - динамический момент вала двигателя.
М эм t См Ф t Iя t ,
М тр
(5)
(6)
См - конструктивная константа ДПТ НВ,
Мтрс
д
-Мтрс
М дин t J д t J д
d t
,
dt
(7)
J д - момент инерции подвижных частей двигателя;
t - угловое ускорение вала двигателя.
Рис.58 Характеристика сухих трений на валу двигателя.
при 0
М трс t Sign
М тр t Мэм t М f t при 0 и Мэм t М f t Мтрс
Мтрс Sign (Мэм t М f t ) при 0 и Мэм t М f t Мтрс
(8)

68.

Уравнение движения электродвигателя постоянного тока
Решая систему уравнений (1) – (8) относительно скорости, получим уравнение движения ДПТ,
связывающее выходную переменную двигателя с основными воздействиями на него.
2
d
Jд Lя
Jд R я
d
2
2
2
Се См Ф U в d t
Се См Ф U в dt
Rя
Lя d )
U
R
L
я
яd
я
(
1
(1
) M тр
Mf
2
dt
dt
С
С
U
Се Ф U в Се См Ф 2 U в
Ф
R
Rя
я
е м
в
(9)
В статических режимах работы двигателя воздействия на него и выходная переменная
имеют постоянные значения. Следовательно производные от них будут равны нулю, и
уравнение примет вид:
Rя
Uя
Rя
Uя
Rя
M
M эм
f
M
тр
2
2
2
Ф
Ф
С
С
U
Ф
С
U
С
С
U
Ф
е м
в
С е U в С е См Ф U в
е
в
е м
в
(10)
Его называют уравнением статических характеристик ДПТ НВ
Статические характеристики ДПТ НВ
Механические характеристики
f ( Mд )
Регулировочные характеристики
Регулировочные при управлении по цепи якоря
Uя const
Uв const
f ( Uя)
M д М f - полезный момент на валу двигателя.
M f const
Uв const
Электромеханические (скоростные) характеристики Регулировочная при управлении по цепи возбуждения
f (I Я )
Uя const
Uв const
f ( Uв )
M f const
Uя const

69.

Семейство статических механических характеристик идеализированного ДПТ НВ
(при отсутствии трений на валу)
Уравнение механических характеристик для этого случая:
Искусственные при R доб
R доб1 R доб2 R доб3
R доб1
0
U я R я 2 Mэм 0 1 Мэм
ст
се Ф се см Ф
0
R доб2 R доб3
Uя
се Ф
М кз
Искусственные
при U я
U ян
о3
скорость идеального
холостого хода
U я Ф момент короткого
с
замыкания
Rя
М
2
с
е см Ф
статический модуль
ст
жесткости хар-ки
Rя
f (Mэм) Uя Uян
он
Н
Ф(U в) Фн ( Uвн)
о1
-естественная хар-ка
о2
- М кзн
- М кз1
- М кз2
-МЭМН
МЭМН М кз2
о2
о1
Н
он
Рис.59
М кз1
М кз3М кзн
Ф3
Мэм
Ф1
Ф2
Искусственные при Ф
Ф3
Ф2
Ф1
Фном
Фном

70.

Семейство статических механических характеристик ДПТ НВ
при учете сухих трений в подвижных частях машины
Уравнение статических механических характеристик:
Искусственные при Ф
Искусственные при R доб 0
Фном
0ф
Искусственные
при U я
U ян
ххн
он
хх1
хх2
- М кзн
- М кз1
1
U я R я 2 M трс R я 2 M д хх
Мд
ст
Се Ф Се См Ф
Се См Ф
Uя R я
хх
M трс - скорость
Се Ф Се См Ф 2
холостого хода
тр R я 2 M трс - просадка скорости,
Се См Ф
вызванная трениями
2
с
е см Ф
статический модуль
ст
Rя
жесткости хар-ки
- М кз2
01
02
хх2
хх1
он
Рис.60
ххн
М ТРс
М кз2
М кз1 Мкзф М кзн
М ТРс
Мд

71.

Регулировочные характеристики ДПТ НВ при управлении по цепи якоря
Уравнение статических характеристик ДПТ НВ:
Уравнение регулировочной характеристики:
2б
2а
1
1
U я R я 2 M трс R я 2 M д хх
Мд
ст
Се Ф Се См Ф
Се См Ф
f (Uя) M const
f
Uв const
Рассмотрим характеристики при различных
значениях фиксируемых переменных.
Uя
се Ф н
2 M f М эм 0; | Ф | const Фн
2а 0 Ф Фн
Uя
1 M f М эм 0; Ф Фн
4
3
5
се Ф
M f M fo const 0; Ф Фн
2б
3
Uя (0)
0
Uя
0 Ф - Фн
Uя R я 2 M fо
Се Фн Се См Фн
0 R я 2 M fо
U я (0) Rя M f
сМ Ф
0
се см Ф
н
4 M f Mтрc Sign ; Ф const Фн
Uя R я 2 Mтрс Sign
Се Фн Се См Фн
5 M f M fo M трс Sign ; Ф Фн
4
5
Рис.61
Uя R я 2 Mтрс Sign R я 2 M fo
Се Фн Се См Фн
Се См Фн

72.

Регулировочные характеристики ДПТ НВ при управлении по цепи возбуждения
Уравнение статических характеристик ДПТ НВ:
f ( Uв )
Уравнение регулировочных
характеристик:
Ф
Фнас
-Iв нас
Iв нас
Iв
U В ( 0) U В э
3а
ихх
А
ихх
3.
н
UВНАС
3
2
1
А
Рис.62
U Ян
се Ф UВ
ИХХ
UЯ
се Ф UВ
ИХХ
Б
U Ян
се Фнас
Б
UЯ
се Фнас
UЯ UЯн ; MЭМ соnst MЭМн
U Ян -1 R Я М эмн -2
А
2 -2 U В
-1 U в
cе R В
cе c м R В
Uв
А
d
U Ян
R Я М эмн -3
-2
2
U
UВ 0
в
2
-1
-2
d UВ
cе R В
cе c м R В
2
R
U
Я М эмн
Ян
UВэ 2
э
U Ян cм R В
4МЭМн R Я
R Я Мэмн
U Я R Я МЭМн
Б
;
UВ 0
2
U Ян cм R В
се Фнас се см Фнас
э
Б
MЭМ соnst 0
UЯ UЯн ; MЭМ соnst 0
2.
3а
UВНАС - Uвэ
UЯ UЯн ;
1.
А
4 3
Мэм Мтр М f
Рассмотрим характеристики при различных
значениях фиксируемых воздействий
2
э
B
Uя соnst
M f соnst
1
-Фнас
IB U B R
Uя R я 2 Мэм ;
Се Ф Се См Ф
Б
3а.
4.
UЯ UЯн ; MЭМ соnst MЭМн
UЯ UЯн ; MЭМ МТРc Sign

73.

Режимы работы двигателя и область допустимых режимов работы
Режимы работы по направлению потока энергии на выходе двигателя подразделяют:
Тормозные режимы:
Sign Sign M в
1. Двигательные
2.1 торможение противовключением Sign Sign хх
Sign Sign M в
2. Тормозные
3. Холостого хода
4. Короткого замыкания
M в 0 ; хх
0 ; М в М кз
2.3 торможение динамическое
Область допустимых режимов
Границы области по моменту:
При наличии
IЯ IЯm и МЭМ МЭМm cM Ф IЯm ,
II
Sign Sign хх
хх 0
2.2 торможение рекуперативное
где IЯm - максимально допустимое значение тока якоря двигателя.
Момент на валу ДПТ:
РТ
ххн
ТПВ
хх1
хх2
- М кзн
- М кз1-МЭМm - М кз2
он
I
- в двигательных режимах
- в тормозных режимах
Дв
Границы области по скорости:
Естественные характеристики при
01
02
UЯ UЯн ;
UВ UВн ;
М ТРс
М ТРс
хх2
М кз2 МЭМm М кз1
М кзн
Мв
хх1
он
ТПВ
ххн
Дв
III
РТ
Рис.63
Мв МЭМm Мтр
Мв МЭМm Мтр
IV

74.

Статические характеристики мощности электродвигателей
Электромашины являются преобразователями энергии электрической в механическую или наоборот.
Статическими характеристиками мощности называют зависимости мощности на входе или выходе электромашины
от одной из обобщенных сопряженных координат этой мощности в определенном режиме использования.
Статические характеристики мощности на входе и выходе электродвигателя
Nэ U я I я
Под входной мощностью ДПТ НВ понимается электрическая мощность на зажимах якоря машины
Под выходной мощностью электродвигателя понимается механическая мощность на валу машины
Nм Мв
М
эм
Так как ток якорной цепи определяется выражением: Iя
, а Мэм М f М тр ,мощности на входе
см Ф
Nэ f ( Uя , М f , Uв) и Nм f ( Uя , М f , Uв) на выходе
ДПТ являются функциями режима его работы.
Рассмотрим вид этих характеристик в основных режимах использования двигателя, а именно:
1. При работе на одной механической характеристике (управляющие воздействия постоянны);
2. При регулировании скорости вращения вала изменением Uя при постоянном моменте Мэм М f const ,
3. При стабилизации скорости вращения вала изменением Uя при изменении момента Мэм М f var,
Уравнениями характеристик мощности в 1 -ом режиме использования являются:
Nэ f (Iя) Uя const
Uв const
Nм f ( ) Uя const или Nм f (Мэм (Мв)) Uя const
Uв const
Uв const
Уравнениями характеристик мощности во 2 -ом режиме использования являются:
Nэ f ( Uя) M f const
Uв const
N м f ( ) М f const
Uв const
В 3 -ем режиме использования изменяются и U я , и
Nэ f ( Uя) const
Uв const
и
Iя f (Мэм), поэтому характеристиками являются:
Nэ f (Iя) const
Uв const
Nм f (Мэм (Мв)) const
Uв const
Характеристики могут быть сняты экспериментально или построены теоретически при использовании модели ДПТ.
При принятых ранее допущениях ДПТ НВ в статических режимах работы описывается уравнениями:
U я R я 2 Mэм 0 1 Мэм
ст
се Ф се см Ф
или
1
U я R я 2 M трс R я 2 Mв хх
Мв
Ф
Се
Се См Ф
Се См Ф
ст

75.

1.1 Характеристики мощности на входе ДПТ НВ при постоянных управляющих воздействиях
(при работе на одной механической характеристике)
Уравнение характеристики электрической мощности
Nэ
тпв
Nэ
Nэкз
3
Nэ
I я4
Nэн
Nэи
ихх
дт
4
н
1
Nэ4 2
Iя
Uя
Uян ; Uв Uвн ;
Iя Iян Nэи Uя Iян
Выделим на характеристике мощности режимы работы ГД
Отобразим рабочие точки механической характеристики на характеристике
мощности, а мощность на зажимах якоря Nэ на плоскости механических
характеристик
Мэм
Рис.64
(4)
Iкз I я3
- мощность на зажимах якоря ДПТ НВ
в номинальном режиме
2. При работе на искусственной механической характеристике
При
- Nэ4
(4)
Nэн Uян Iян
дт
0 Iян Iя1 Iя2
РТ
1. При работе на естественной механической характеристике
Uян R я 2 Mэм Построим ее на плоскости« - Мэм»
Се Фн Се См Фн
2
U ян ;
Uян
Характерные точки: Мэмкз Iякз см Фн
см Фн ; ое
се Фн
Rя
,
;
ном.
режим.
При I я I ян М эм М эмн см Фн I ян
(1)
1
Uя const линейное от Iя
Уравнение естественной характеристики ДПТ НВ имеет вид:
(2)
дв
при
Построим характеристики мощности на плоскости « Nэ Iя »
(3)
кз
Nэ2
дт
1
N э U я Iя
Nэ U я Iя о се Ф
ое
N э1
о Мэм
Сравнивая построения на Рис.32 и Рис.33, установим следующее:
При Iя 0 (Мэм 0) - идеальный холостой ход ГД.
(1)
Nэ2
Iя Iякз (Мэм Мэмкз)- режим короткого замыкания.
При 0 Iя (Мэм) Iякз (Мэмкз) - двигательные режимы.
При I я I якз (Мэм Мэмкз ) - режимы торможения
противовключением ТПВ
Мэмкз Мэм3 М эм
режимы
торможения
При Iя 0 (Мэм 0)
(3)
N экз
Nэ3
(2)
М эм4 0МэмнМэм1 М эм2
3
Рис.65
см Ф
дт
При
При Uя
рекуперативного РТ.
0 - режим динамического торможения ДТ

76.

1.2 Характеристики мощности на выходе ДПТ при постоянных управляющих воздействиях
(при работе на одной механической характеристике)
Nм Мв
U я const , Uв const.
Т.к. f (Mв (Мэм)) могут быть построены два вида характеристик: N м f и N м f ( М в (М эм )).
Уравнение характеристик механической мощности на валу
при
1. Характеристики на выходе ДПТ без учета механических потерь
Уравнение механической характеристики может быть представлено:
Nм
1
U ян R я
M
М эм
о
2 эм
Се Ф н Се См Ф н
ст
Умножая выражение для момента на ,а выражение для скорости на М эм
,
Nм
N экз
Мэм ( о ) ст или
0.75N экз
получим уравнения характеристик механической мощности:
-1
N м ( о 2 ) ст
Nм 0 Мэм - ст М2эм ;
Это параболы, найдем координаты точки экстремума: -1
Nвх
0.5N экз
N пот
дв
0.25N экз
0.25N экз1
N м ( о 2 ) ст 0
N мэ
N мн
э 0.5 о
N м о 2 Мэм ст 0
М эмэ 0.5 о ст 0.5
U я c м Ф 0 .5
М эмкз
Rя
М эм М эмкз N п
0 ихх
Мэмкз/2
2 0.25
0
.
25
кз 0 о1 хх о о1 н хх о
N
о Мэмкз 0.25 U я Iякз 0.25 Nэкз
о
мэ
Мв
ст
N
р
2 2 2
Точки пересечения с осью абсцисс (Nм=0)
N вых
0 - режим ИХХ
N
- режим ИХХ
тпв
3
ДТ
Рис.66
о
0 - режим КЗ
Мэм
2
4 N мех
Мэм о ст Мэмкз - режим КЗ
1
Нанесем эти точки на плоскости « N м » или « Nм М эм» и построим характеристики
РТ
Rя
2. При работе на искусственной механической характеристике
Экстремум э 0.5 о1
Nмэ1 0.25 Nэкз1 Мэмэ 0.5 Мэмкз1
о
хх
3. Вторая характеристика может быть построена самостоятельно или совмещено
Режимы работы ДПТ: 0 о дв., 0 тпв., о рт. о 0 ; 0 дт.
4. Характеристики на выходе ДПТ при учете механических потерь
хх ст-1 М в
М в ( хх ) ст
о1
0
Рис.67
Микз1М вкзМекз
М эм Экстремум э 0.5 хх N мэ 0.25 хх М вкз М вэ 0.5 М вкз

77.

2.1 Характеристики мощности на входе ДПТ НВ при регулировании скорости вращения вала
(управляющее воздействие расход на штуцерах Qш)
Уравнение характеристики мощности
N э U я , Iя (М f ), ) U я Iя
f(
Nэ
3
N эн
(5)
2.1.1.Характеристики на входе ГД без учета механических потерь
Nэ11
(3)
тпв
(1)
(2)
кз
U я5 U я4 Q трсДТ 0 UUтрсU я2 U я3 U ян
я1
РТ
(4)
Nэ14
Рис.68
2
4
1
о 3
Nэ13
о 2
(3)
о 1
-М трс
(5)
4
1
о 4
дт
о5
4
0
Nэ12
Nэ11
(2)
М эм2 М трс М эм1
(1)
Nэ14
(0)
(4)
Рис.69
Рассмотрим их при различных значениях фиксируемых параметров:
Мэм1 Мэмн М f const; Uв Uвн .
Уравнение характеристики: N э1 I ян U я I я I ян М эмн см Ф
2
При U я U ян ; N эн U ян I ян - мощность на входе ДПТ в
номинальном режиме
Uв Uвн .
2. М эм2 М эмн Мв const ;
Уравнение характеристики: N э2 U я I2
При U я U ян ; N э2 U ян I я2 N ян
Uя
3. М эм3 М эмн Мв const ; Uв Uвн .
Мэмн
Уравнение характеристики: N я U я I я3
Iя3
Iян
Ф
с
U
м
в3
4. Мэм4 Мв М трс Sign ; U вн .
Уравнение характеристики: N э U я I я4
(cеФ) 1 Sign при Uя Uтрс R я (сеФ) 1 Мтрс ( 0)
U
М
трс
я
1
NЭ4
Uя Iякз U2я R -я1 при Uя Uтрс R я (смФ) М трс ( 0)
4
ДВ
Nэ13
N эн
Nэ12
Построим характеристики мощности на плоскости « N э U я »
1
1.
Режимы работы ДПТ на характеристике мощности
Отобразим их на плоскости« Мэм» и характеристике мощности.
Uя 0 ( о 0) рабочая точка (0) – режим ДТ;
1
0
Ф
U
U
М
R я рабочие точки (1) - режим ТПВ;
с
эм
я
якз
м
М эм
1
U я Мэм смФ R я ; ( о2 ; 0) рабочая точка (2) – режим КЗ;
1
U я U якз Мэм смФ R я ( о3) рабочие точки (3) – режим ДВ;
рабочие точки (4) – режим РТ;
Uя 0 (- о4)

78.

2.2 Характеристики мощности на выходе двигателя при регулировании скорости вращения вала
Nэ
N эн
(управление по цепи якоря)
2.2.1.Характеристики на выходе ДПТ без учета механических потерь
1
Nм
1. Мэм1 Мэмн М f Мв const;
3
Nэ
N мн
ДВ
1 Уравнение характеристики: при
2
N мн
N экз
N м13
0 тпв U якз
4 дт 1 кз 0
РТ
ДТ
РТ
тпв N м11
U я3
U ян
3
н
н ; Nмн М эмн н - мощность на валу ДПТ в
номинальном режиме
Uв Uвн .
2. М эм2 М эмн Мв const ;
Уравнение характеристики: Nм2 Мэм2
При н ; Nм2 М эм н Nмн
Uв Uвн .
3. М эм3 М эмн Мв const ;
Uя
Уравнение характеристики: Nм3 МэмН
4. Мэм4 Мв Мтрс Sign ; U 1.
При
4
ДВ
ХХ
N мдт
Nэ14
N М4
1
4
2
Режимы работы ГД на характеристике мощности
0 рабочая точка (2) – режим КЗ;
рабочие точки (3) – режим ДВ;
о 3
ДВ
о 2
(3)
о 1
(5)
4
М трс Sign при ( 0)
0 при ( 0)
Рис.70
М трс
Мэм Мэмн
Uвн .
Nм1 Мэмн
1
о 4
дт
N м13
М эм2 М трс
0 N м11
4
Рис.71
N мдт
N м14
(2)
М эм1
(1)
М эм
тпв
(0)
(4)
РТ
0
0 дт рабочие точки (1) - режим ТПВ;
дт рабочая точка (0) – режим ДТ;
дт рабочие точки (4) – режим РТ;
Потери мощности (мощность потерь в якоре)
Отобразим на плоскости « N м - » характеристики Nэ f ( U я)
При Uя 0 Nэ 0 режим ДТ, – начало координат « Nэ U я »
Мощность потерь (в якоре)
Nэ Nэн Nмн Nэкз

79.

3.1 Характеристики мощности на входе ДПТ при стабилизации скорости вращения вала
(управление по цепи якоря)
Уравнения характеристик мощности Nэ
Uя) или Nэ f (Iя); ( const)
3.1.1.Характеристики на входе ДПТ без учета механических потерь
Уравнение для цепи якоря ДПТ НВ
f(
Nэ
Iя ( U я E я) R -я1 или Uя Ея Uя се Ф R я Iя
Подставляя выражения для I я и U я в уравнение мощности N э I я U я,
(4)
N э4
1
(1)
Nэ1
тпв
получим уравнения характеристик мощности на входе ДПТ:
N э (2 U я E я ) R -я1 0
ДВ
(3)
0.5 Е я2 Е я2
Uя4 0 ДТ
N ээ2
- Nэ2(2)
1
сеФ 1 2 R -я1
4
Е я1 Uя1 U я
Iя -Е я R -я1 се Ф R -я1- режим ДТ
1. Построим характеристику Nэ f ( U я) при 1 const и Uвн
2. Построим характеристику Nя f ( Uя) при 2 1 и Uвн
2 -1
Характерные точки: Ея2 се Ф 2 ; Uяэ 0.5 Ея 2 ; N ээ 0.25 сеФ 2 R я
3. Построим характеристику Nя f ( Uя) при 3 0 ; Ея 0
о 1
Мэм4 М эм3
Uяэ 0.5 Ея 0.5 се Ф Iяэ 0.5 E я R -я1 0.5 се Ф R -я1
2
N ээ 0,25 E 2я R -я1 0.25 сеФ R -я1
Uя 0
(3)
(2)
1
о 4
Рис.73
(1)
(0)
Nэ1
- Nэ2 о 2
N э4-М эм2
N э Eя 2 Iя R я 0
Точки пересечения с осью NЭ = 0:
Iя 0 - режим ИХХ
U я E я режим ИХХ
РТ
Рис.72
(4)
2
Точки экстремума:
ИХХ (0)
Uя2 0.5Е я1
Nэ E я Iя Iя R я
Определим характерные точки этих кривых (парабол)
2
3
N э ( U 2я E я U я ) R -я1
0
М эм1
- режим ДТ
Режимы работы ДПТ на характеристике мощности
Отобразим режим стабилизации скорости на плоскости « Мэм»
Мэм 0 - режим ИХХ,
- режимы ДВ,
М эм Мэм 0 (Мэм1)
0 Мэм Мэмдт (- Мэм2) - режимы РТ,
Мэм Мэмдт -Мэм3 - режим ДТ,
Мэм Мэм3 (- Мэм4) - режимы ТПВ,

80.

3.2 Характеристики мощности на выходе ДПТ при стабилизации скорости вращения вала
(управление по цепи якоря)
Уравнения характеристики мощности:
Nм f (М эм (Мв)); ( const)
3.2.1.Характеристики на входе ДПТ без учета механических потерь
Уравнение характеристики при const Nм М эм линейное.
1. Построим характеристику Nм f (Мэм) при 1 const и Uвн
При Мэм Мэмн ; 1 const Nм1 1 М эмн
1
2. Построим характеристику Nм f (М эм) при 2 1 и Uвн
N э1
(1)
3
N мн
При Мэм Мэмн ; 2 const Nм2 2 Мэмн
Nэ
2 3. Построим характеристику N f (М ) при
N м1
1 const и Uв < Uвн
Nэ (1)
эм
м
ДВ
N мн
Nм
4 4. Построим характеристику Nм f (М эм) при 4 0 и Uвн
ИХХ (0)
М эм2 0
При 0 N м4 0
МэмнМ
Мэм1
Nм
М и4 Мэмдт
РТ
ДТ
тпв (4)
(3)
- N м4
Мэм4 Мэм3
(2)
о 1
- N м3 1
- N м 2 о 2
-Мэм2
Режимы работы двигателя на характеристике мощности
- N м2
(2)
(3)
(4)
эм
- N э2
- N мдт
- N м4
Рис.74
(0)
(1)
о 4 0
N м1
М эм1
Рис.75
М эм 0 точка (0) - режим ИХХ,
Мэм 0 (М эм1) точка (1) - режимы ДВ,
0 Мэм Мэмдт (- Мэм2) точка (2) - режимы РТ,
Мэм Мэмдт -Мэм3 точка (3) - режим ДТ,
М эм М эм3 (- М эм4) точка (4) - режимы ТПВ,
Потери мощности (мощность потерь в якоре)
Отобразим на плоскости «Nм - Мэм » характеристику N э f ( U я)
Это парабола, пересекающая ось Nэ = 0 в режимах ИХХ и ДТ
Мэм
Мощность потерь
Nэ Nэ Nм

81. Нелинейная математическая модель ДПТ (при принятых ранее допущениях):

ДИНАМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДПТ НВ
Нелинейная математическая модель ДПТ (при принятых ранее допущениях):
d
U я Е я U R U L с е Ф R я I я L я I я
dt
d
Uв U Rв U Lв R в Iв Lв Iв
Уравнение цепи возбуждения:
dt
Iв при Iв Iвнас
Уравнение магнитной цепи :
Фв
Фнас Sign Iв при Iв Iвнас
d
М эм М f М трс М дин ; см Ф I я М f М трс Sign J д
Уравнение моментов:
dt
Уравнение цепи якоря:
М эм см Ф I я - электромагнитный момент ДПТ;
М трс
Мтрс Sign
при 0
М дин J д J д
d - динамический момент ДПТ;
dt
(Мэм - М f ) при 0 и Мэм М f М трс
- момент сухих трений на валу ДПТ;
М трс Sign (Мэм - М f ) при 0 и Мэм М f М трс
Нелинейная структурная схема ДПТ НВ
UL
Uя
Lя D
UR
МТРс
Iя
1
см
Rя
Ея
URв
Uв
1
Rв
ULв
Iв
Мэм
Фнас
Iвнас
Ф
Lя D
Мf
се
Рис.76
М дин
1
JД D

82.

Линеаризация математических моделей звеньев
Рассмотрим для примера звено с двумя входными воздействиями Х1 и Х2 и одной выходной
величиной Y, динамическое уравнение которого имеет вид нелинейного дифференциального
уравнения:
1
( х1, х 1, х 1,... х2, х 2, х 2,... y, у , у ...) 0 (1)
х
y
х2 х1, х2
Будам считать, что динамический процесс в системе протекает в окрестности некоторой точки
установившегося статического
режима, в которой переменные звена имеют постоянные
о
о
о
значения
Эту точку называют точкой линеаризации.
1
2
о
о
о
(11)
Уравнение звена в этом режиме:
х ;х ; у .
( х1 , 0, 0,... х2, 0, 0,... у ,0,0...) 0,
а переменные в динамическом режиме можно представить:
х1 t х1 х1 t ;
о
t
х2
х2 х2 t ;
о
у t у у t ;
о
х 1 t х 1 t ;
х 2 t х 2 t ;
у t у t ;
х 1 t х 1 t ;
х 2 t х 2 t ;
у t у t и т.д.
При линеаризации производные рассматриваются как самостоятельные переменные.
Пути линеаризации
х х у 0
1. Если
близка к линейной в окрестности точки линеаризации, то ее
1, 2,
можно просто заменить линейной зависимостью, и ограничить диапазон изменения
воздействий.
х х у 0
2. Если
не линейна в окрестности точки линеаризации, но непрерывно
1, 2,
дифференцируема, ее можно разложить в ряд Тейлора в этой точке.
х х у 0
3. Если
существенно не линейна, т.е. не является непрерывно
1, 2,
дифференцируемой, а содержит разрывы, неоднозначности и т.п. используют гармоническую
линеаризацию, т.е. при эквивалентном гармоническом воздействии выходную переменную
раскладывают в ряд Фурье. Из него и определяют коэффициенты линеаризации.

83.

Основным является второй путь. Рассмотрим его подробнее
Уравнение звена в результате разложения в ряд Тейлора примет вид:
( х1о , 0, 0,... хо2, 0, 0,... уо ,0,0...) х1 t х 1 t ... х2 t х 2 t ...
х1 0
х 1 0
х 2 0
х 2 0
... у (t ) у t у t ... (члены высшего порядка малости) 0 (12)
у 0
у 0
у 0
- значение частной производной при подстановке в нее значений переменных и их
производных в точке линеаризации. х1
х1 0
Пренебрегая членами высшего порядка малости и вычитая из уравнения (12) уравнение
установившегося режима (11),получим линеаризованное дифференциальное уравнение звена в
отклонениях или в вариациях:
х1 t х 1 t .....
х2 t х 2 t ...
х1 0
х 1 0
х 2 0
х 2 0
... у t у t у t ... 0
у 0
у 0
у 0
(13)
Комментарий:
- Линеаризованное уравнение звена является приближенным, т.к. не учитывает малые высшего
порядка.
- Переменными в уравнении являются отклонения от значений в точке линеаризации.
- Уравнение справедливо при малых отклонениях от значений в точке линеаризации.

84.

Графическая интерпретация линеаризации
у у
у
о
Коэффициенты линеаризации
1
х1
2
х2
о
х1
о
х2
х1
tg 1
х1 0
tg 2
х 2 0
В статических установившихся режимах
у tg 1 x1 tg 2 x2
х2
Рис.77

85. Линейная математическая модель двигателя

Допущения при линеаризации:
- точка линеаризации {U яо ; М fо ; Uво ; о} выбрана в рабочем диапазоне изменения воздействий;
- переменные имеют малые отклонения от значений в точке линеаризации;
- характеристика сухих трений линеаризована М трc f трл одним из известных методов
(например, гармонической линеаризации);
Разложим уравнения напряжений и моментов в выбранной рабочей точке линеаризации в ряд Тейлора и
ограничимся рассмотрением лишь линейных членов разложения, отбрасывая члены высшего порядка малости.
Переходя от абсолютных значений переменных к их отклонениям от значений в точке линеаризации, получим
линеаризованные уравнения в отклонениях:
Линеаризованное уравнение цепи якоря в отклонениях
d
U я t E я t URя t ULя t се Фo t се o Ф t R я Iя t Lя Iя t (14)
dt
E я t се Фo t се o Ф t U я t U я t U яo
t t o
- отклонения переменных от их
UR t R я Iя t
Uв t Uв t Uвo
значений в точке линеаризации.
d
ULя t Lя Iя t
Iя t Iя t - Iяо
dt
Линеаризованные уравнения цепи возбуждения и магнитной цепи в отклонениях
Uв t URв t ULв t R в Iв t Lв
d
Iв t
dt
Линеаризованное уравнение моментов в отклонениях
Ф t Iв t
(15)
М эм t М f t М трс t М дин t ,
или
d
(16)
М эм t см Фo I я t см I яо Ф t M f t f трл t J д t
dt
М эм t см Фo Iя t см Iяо Ф t
М трс t f трл t
- отклонение моментов от их значений в точке линеаризации.
d
Мдин t J д t J д t
М f t М f t М fо dt

86. ЛИНЕАРИЗОВАННАЯ ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДПТ НВ в изображениях

Перейдем в уравнениях (14) – (16) от переменных во времени к их изображениям по Лапласу:
U я t U я s ; Uв t Uв s ;
Iя t Iя s ; E я t E я s ;
М f t М f s ; t s ;
Ф t Ф s ; М эм t M эм s
st
x s x t e dt
0
Получим линеаризованные уравнения для цепей двигателя в изображениях:
U я s се Фo s се o Ф s R я Iя s Lя s Iя s
(17)
Uв s R в Iв s Lв s Iв s (R в Lв s) Iв s
(18)
Ф s Iв s
(19)
М эм s см Фo I я s см I яо Ф s M f s f трл s J д s s
(20)
ЛИНЕАРИЗОВАННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ДПТ НВ
Uв(s)
Iв(s)
1
R в L вS
Фв(s)
о
U я(s)
1
Iя(s)
R я L яS
М тр ( s )
I яо
Фо
См
М эм ( s )
J рs
Мf (s)
Ея(s)
Фо
Се
Рис.78
1
(s)
(s )

87. Передаточная функция ДПТ НВ при управлении по цепи якоря

Uв(s)
1
Iв(s)
R в L вS
Фв(s)
М тр ( s )
о
U я(s)
1
R я L яS
Iя(s)
f трл
I яо
См
Фо
М эм ( s )
(s )
1
J р sJ р sf тр
Мf (s)
Ея(s)
Фо
Се
1 Jp s
Рис.79 Преобразованная структурная схема
W
U я (s)
1 f тр1 J p s
1
J p s f тр
Cм Фо /( R я L я s)(J p s f тр )
Cм Фо
1 се см Фо2 R я Lя s J p s f тр J p L я S2 (J p R я L я f тр )S Cм Се Фо2 R я f тр
2
*
/(
С
С
С
Ф
Ф
R я f тр )
о
о
м
м
е
К
(s)
WUя
(
)
J p Lя
2 J p R я L я f тр S 1
Т 22 s2 T1s 1
S
См Се Фо2 R я f тр
См Се Фо2 R я f тр
При Мтр=0
W
U я (s)
1 / Се Ф о
К
;
2
Jp Lя 2
Jp R я
s
1
S 1 Т я Тм s Tм
2S
2
См Се Ф о
См Се Ф о
J R
где:
Т я Lя
Rя
;
Тм
р
(21)
(22)
(23)
(24)
я
се см Фо2

88. Передаточная функция ДПТ НВ по возмущающему воздействию

Се
Фо
М тр ( s )
Ея(s)
1
R я L яS
Фо
См
Рис.80 Преобразованная структурная схема
W
Мf (s)
1 /( J p s f тр )
2
С
С
Ф
о
е
м
1
(Lя s R я)(J p s f тр )
М эм ( s )
1
J р Js р sf тр
Mf (s)
R я Lя s
;
2 (
2
J p Lя S
J p R я Lя f тр ) S Cм Се Фо R я f тр
-R я (1 Т я s ) /( См Се Фо2 R я f тр )
-К*f 1 T я s
2 2
(
)
Jp Lя
2 J p R я L я f тр S 1
Т 2 s T1s 1
S
См Се Фо2 R я f тр
См Се Фо2 R я f тр
2
-К f 1 T я s ;
(s) -R я (1 Т я s ) / См Се Фо
При Мтр=0
W Мf
2
Jp Lя 2
Jp R я
s
Т
Т
Tм s 1
я
м
S
1
S
Rя
См Се Фо2
См Се Фо2
Kf
се см Фо2
W
М f (s)
(s )
(25)
(26)

89. Передаточная функция ДПТ НВ при управлении по цепи возбуждения

Uв(s)
1
Iв(s)
R в L вS
Фв(s)
Се
о
М тр ( s )
I яо
(R я Lяs)
Фо
1
R я L яS
Ея(s)
Се
Iя(s)
Фо
См
М эм ( s )
1
(s )
J рs
Фо
Рис. 81 Преобразованная структурная схема
I яо
См Фо /(См Се Фо2 R я f тр )
(R я L яs) - се о
(
)
J p Lя
2 J p R я L я f тр S 1
R в Lв s Фо
S
См Се Фо2 R я f тр
См Се Фо2 R я f тр
*
Кв (1 Т я s)
s
W Uв
(1 Тв s)[ T22 s2 T1s 1]
Тя
о Iяо R я
Lв ; Т*
;
(
1
);
я
Тв
где: К в
1 сеФо о Iяо R я
Rв
R в Ф о се Ф о о
W
U в s
(27)
(28)

90. Динамические характеристики ДПТ НВ как пропорционального звена второго порядка

Такие звенья, описываются уравнениями вида:
d 2 y(t) d y(t) y(t) ( 2 2 p 1)y(t) kx(t)
b2 2
b1
T 2p T 1
dt
dt
K
Передаточная функция таких звеньев имеет вид: W(s)
T 22s 2 T 1s 1
(29)
В зависимости от сочетания параметров передаточной функции звена их подразделяют на 2-а типа:
- апериодические звенья второго порядка;
- колебательные звенья второго порядка.
Апериодические звенья второго порядка
К звеньям этого типа относят позиционные звенья второго порядка, параметры передаточной функции
которых соотносятся: Т 1 2T 2 . Это условие, при котором корни характеристического уравнения звена
T 22s 2 T 1s 1 0
S1,2
будут действительными.
4T 22
4T 22
,при Т 1 2T 2 подкоренное выражение 1
T1
0
( 1 1
)
2
2
T1
2T 2
T1
В этом случае характеристическое уравнение звена может быть представлено в виде:( T 3s 1 )( T 4 s 1 ) 0 ,
где:
T 3
1
S1
,
T 4
1
, а передаточная функция звена в виде:
S2
K
W(s)
( T 3s 1 )( T 4s 1)
Такая передаточная функция соответствует последовательному соединению двух апериодических
звеньев первого порядка с передаточными функциями
1
K
и W (s)
2
W 1(s)
( T 4 s 1 )
( T 3s 1 )
поэтому эти звенья и называют апериодическими 2-го порядка или двойными апериодическими.
(30)

91.

Временные характеристики апериодических звеньев второго порядка
Переходная функция
Аналитическим выражением переходной характеристики звена второго порядка является решение
дифференциального уравнения при Х(t)=1(t). Для звеньев с Т 1 2T 2 оно имеет вид:
y t y C1 e s1t C2 e s 2t y C1 e t T3 C2 e t T 4
1
1
y
0
y 0 К С1 С2 0
y К
С1
С2 0
Т3
Т4
КТ
С1
3
Т3 Т 4
К Т4
С2
Т 4 Т3
(31)
t
t
T
T
3
4
h ( t ) K 1
e T3 e T 4 1 ( t ) (32)
T3 T4
T4 T3
h(t)
y уст
Т 4 T 3
y( )
Вид переходной характеристики представлен на Рис.82
К
Весовая функция
Т4
Рис.82
w (t)
t
Аналитическое выражение весовой функции получим, взяв производную
от переходной функции
t
t
K
w ( t ) ph ( t )
T3 e T 4 1 ( t ), (33)
e
T3 T4
t
0
Рис.83
T3 T4
Вид весовой функции приведен на Рис.83

92. Частотные характеристики звеньев второго порядка

Частотная передаточная функция звеньев этого типа имеет вид
K
K
M( )e j ( ),
(34)
2
2
1-T 2 j T 1 1 j T 3 1 j T 4
K
K
M ( )
- модуль частотной передаточной функции
2 2
2 2
2 2 1
2
2
2
1
Т
Т
3
( 1 T 2) T 1
4
W(j )
( ) arctg
T 1
arctg T 3 arctg T 4 - аргумент частотной передаточной функции
1-T 22 2
Аналитическое выражение ЛАХ: L( ) 20lgM(
L2( )
1
T3
40дб
) 20lgK -20lg(1 T 32 2)1/2 20lg( 1 T 24 2)1/2 (35)
Асимптотами ЛАХ являются:
L 1( ) 20lg K при T 3 0 1
1
T
L 2( ) 20lg K 20lgT 3 при
4
1
T4
1
T3
L 1 ( ) 20 lg K
L 3( ) 20lg K 20lgT 3 20lgT 4 при T 4
0дб/дек
1
20дб
Аналитическое выражение ЛФХ:
180
0.01
( ) arctg T3 arctg T4
0
1350 0.1
1
сопр 10 сопр 100
1000
L2( )
90 0
45 0
L 3( )
0.01
( )
0.1
1
10
Рис.84
100
1000
1/с
(36)
ЛФХ при
0 асимптотически
стремится к 0, а при
к значению
0 .
180
Она может быть построена как сумма ЛФХ
двух апериодических звеньев 1-го
порядка.
1/с

93.

1.3.2.Колебательные звенья
Уравнение звеньев этого типа имеет тот же вид
d 2 y(t) d y(t) y(t) ( 2 2 p 1)y(t) kx(t)
b2 2
b1
T 2p T 1
dt
dt
T1
1 называют параметр затухания.
при этом Т1 2 T 2 . Величину
(37)
2T 2
При таком сочетании параметров корни характеристического уравнения звена будут комплексно-сопряженными
4 T 22
1
T
1
(
1
1
)
(
1
1
) j
S1,2
2
2
2 Т 22
T
2
T1
Передаточная функция звеньев этого типа может быть представлена в виде:
W(s)
K
K
,
2 2 s 1
2 2 2 Ts 1
T 2s T 1
T s
где:
Т Т2 , 2 Т Т 1 .
(38)
При комплексно-сопряженных корнях характеристического уравнения и х(t)=1(t) решение дифференциального
уравнения будет иметь вид:
n
y(t) yч (t ) yоб (t ) ( y уст Ci esit )1(t ) ( y уст С1e( j )t C2 e( j )t )1(t ) (39)
где:
i 1
к
C1иC 2 - постоянные интегрирования, находятся из начальных условий y(0) 0, р y(0) 0
y(t) [ y уст e j t (С1 e j t C2 e j t )]1(t ) или используя формулы Эйлера:
y t [ y уст e t (C1 cos t C1 j sin t C2 cos t C2 j sin t )]1(t )
[ y уст e t ((C1 C2) cos t (C1 C2) j sin t )]1(t ).
C1 C2
2
2
arctg
,
Вводя обозначения: C 1 C 2 C 12sin , C1 C 2 C12cos , C 12 2 ( C 1 C 2 ) ,
C C
получим:
1
y t [ y уст e t (C12 sin cos t C12 j cos sin t )]1(t ) [ y уст e t C12 sin( t )]1(t ),
т.е. реакция звена будет иметь затухающую гармоническую составляющую.
2

94.

Временные характеристики колебательных звеньев
Переходная характеристика звена может быть получена при подаче на его вход воздействия 1(t) или построена
по выражению
2 2
y(t) h(t) K[1 e t (cos t j sin t )]1(t ) K[1 e t
sin( t )]1(t ). (40)
h(t)
По экспериментально снятой характеристике можно найти параметры
звена
K
А1
K ( 1 e t )
t
2
w ( t )
К
Т
2
e
t
t
А2
Рис.86
;
К y .
Аналитическое выражение весовой функции
Рис.85
А3
2 2
T ;
Весовая функция колебательных звеньев
w (t)
А1
1
1
;
2
2
T1 2 T
ln А3 ;
А1
;
T2 T
А3
А2
2
K
2 e
T
t
sin t 1 ( t )
(41)
Ее вид представлен на рис.54
Чем меньше
, тем меньше затухание переходных
процессов в звене и больше частота колебаний.

95.

Частотные характеристики колебательных звеньев
Частотная передаточная функция звена имеет вид:
W(j )
M ( )
K
K
M( )e j ( ),
(1-T 22 2 ) j T 1 1 T 2 2 j 2 T
K
2
( 1 2T 22) 2 T 12
( ) arctg
T 1
1-T 22 2
K
T
( 1 T )
2
arctg
2 2 4 2
2 T
2
1-T
2
2
- модуль частотной передаточной функции
2
- аргумент частотной передаточной функции
Аналитическое выражение ЛАХ: L( ) 20lgM( ) 20lgK - 20lg[(1 T 2 2 )
1
T
L2( )
L 1 ( ) 20 lg K
0 .2
0дб/дек
20дб
180 0
0.01
1350 0.1
90
1
45 0
0.01
( )
0 .8
0 .4
сопр10
100
0 .8
0 .4
0 .2
0
0.1
1
сопр 10
2
4 2T 2]1 /2 (44)
Асимптотами ЛАХ являются:
1
L 1( ) 20lg K при Т
1
L 2( ) 20lg K 40lgT при Т
Вид реальной ЛАХ в значительной степени
зависит от значения особенно в области
1
частот близких к и может существенно
Т
отличаться от асимптотической ЛАХ. Поэтому
использование последних для колебательных
звеньев не всегда возможно.
1000
L2( )
100
Рис.87
2
(43)
0
0.1
40дб
(42)
1/с
При 0.4 0.7 отличие не превышает 3дб
и асимптотическими ЛАХ пользоваться
можно. В остальных случаях нужно вводить
поправки.
1/с
1000
ЛФХ также зависит от
и изменяется от
0 до
при изменении частоты от 0 до

96.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ «ГЕНЕРАТОР– ДВИГАТЕЛЬ»
Г
ИD
ОЯг
Mf Г Г
E ЯГ
M ТР Г M Г
ОЯд
IЯ
E ЯД
UЯ
Ф BД
Ф BГ
U BГI BГ
MТР Д Mfд
КОд
КОг
д
MД
U BД
ОВг
I BД
ОВд
Рис.88
Условные обозначения на схеме:
Элементов:
Переменных
Г – генератор;
U я i t , Uв i t - напряжения на зажимах цепи якоря и цепи
возбуждения i - ой машины ;
ИД – исполнительный двигатель;
t
,
t
Iя i
Iв i - токи в цепи якоря и цепи возбуждения i-ой машины;
ОЯг – обмотка якоря генератора;
Фвi t - поток цепи возбуждения i- ой электромашины;
ОЯд – обмотка якоря двигателя;
E яi t - ЭДС якоря i - ой машины ;
ОВг – обмотка возбуждения генератора;
М эмi t - электромагнитный момент на валу i - ой машины;
ОВд – обмотка возбуждения ДПТ;
КОг – компенсационная обмотка генератора; М fi t - внешний возмущающий момент на валу i - ой машины;
КОд – компенсационная обмотка двигателя; М тр i t - момент трения на валу i - ой машины;
i t - скорость вращения вала i - ой машины.
i = г,д (генератор или двигатель)

97.

Нелинейная математическая модель электромеханической трансмиссии
(при принятых ранее допущениях):
двигатель
генератор
d
d
Уравнение цепи якоря: U яд сед Фд д R яд I яд L яд
Iяд U яг сег Фг г R яг Iяг Lяг Iяг
dt
dt
d
d
Iвд
Уравнение цепи возбуждения: Uвд R вд Iвд Lвд
Uвг R вг Iвг Lвг Iвг
dt
dt
при Iвг Iвнасг
при Iвд Iвнасд
Уравнение магнитной
г Iвг
д Iвд
Фвд
цепи :
Фнасд Sign Iвд при Iвд Iвнасд
Мтрд
Мтрсд Sign д при д 0
(Мэмд - М fд) при д 0 и
Мтрг
Мэмд М fд М трсд
М трсд Sign (Мэмд - М fд) при д 0
и Мэмд М fд М трсд
Uяд U яг U я
R ягд R яг R яд
и
Мтрсг Sign г при г 0
(М эмг - М fг ) при г 0 и
М эмг М fг М трсг
М трсг Sign (М эмг - М fг )
при г 0 и М эмг - М fг М трсг
Уравнения связи:
и
Iяд I яг Iя
сег Фг г сед Фд д R яд Iя R яг Iя Lяд
где:
Фнасг Sign Iвг при Iвг Iвнасг
Мэмг М fг Мтрсг Мдинг ;
М эмг смг Фг Iяг
d
Мдинг Jг г Jг г
dt
Мэмд М fд Мтрсд Мдинд ;
Электромагнитный момент ;
Мэмд смд Фд Iяд
d
Динамический момент:
Мдинд J д д J д д
dt
Уравнение моментов:
Момент сухих трений
на валу:
Фвг
d
d
d
L
Iя
R
I
L
I
ягд
ягд я
яг
я
Iя
dt
dt
dt
Lягд Lяг Lяд
(29)

98.

НЕЛИНЕЙНАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ
М трд
L яг D
L яд D
г
С ег
Е яг
I вг
Ф нас
I нас
М трг
М динг
М эмг
М fг
Е яд
R яг
Фг
Jг D
Uя
1
R вг L вг D U
1
R яд
Iя
1
JД D
эмд
М fд
Фд
вг
С мд М
С ед
С мг
Рис.89
I вд
Ф нас
I нас
1
R вд L вд D U вд
д

99.

ЛИНЕАРИЗОВАННАЯ ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
трансмиссии в изображениях
Разложим уравнения для двигателя и генератора в ряд Тейлора в точке линеаризации
со значениями переменных Uяо ; Uво ; М fо ; о ; Io и тд. Отбрасывая члены высшего порядка
малости и переходя к отклонениям переменных, получим линеаризованные уравнения.
Перейдем в полученных уравнениях от переменных во времени к их изображениям по Лапласу:
U я t U я s ; Uв t Uв s ;
Iя t Iя s ; E я t E я s ;
М f t М f s ; t s ;
Ф t Ф s ; М эм t M эм s
Получим линеаризованные уравнения для цепей двигателя в изображениях:
U я s се Фo s се o Ф s R я Iя s Lя s Iя s
Uв s R в Iв s Lв s Iв s (R в Lв s) Iв s
Ф s Iв s
М эм s см Фo I я s см I яо Ф s M f s f трл s J д s s
и линеаризованные уравнения для цепей генератора в изображениях:
U яг s сег Фoг г s сег oг Фг s R яг Iяг s Lяг s Iяг s
Uвг s R вг Iвг s Lвг s Iвг s (R вг Lвг s) Iвг s
Фг s г Iвг s
Мэмг s смг Фoг Iяг s смг Iяог Фг s M fг s f трг г s J г S г s

100.

ЛИНЕАРИЗОВАННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ
М трд
г
С ег
Ф го
Е яг
Е яд
го
Jг s f трг
Фг
М динг
М fг
г
I вг
С мг
С мд
М эмд
1
R вг L вг s
Фд
U вг
д I вд
до
С ед
д
1
JДs
М fд
I яо
I яо
М трг
М эмг
Iя
1
Ф до
R ягд L ягд s
f трд
1
R вд L вд s
U вд
Ф до
Ф го
Рис.90
Примечания:
-Переменные в схеме Рис.52 являются изображениями по Лапласу отклонений соответствующих
переменных от их значений в выбранной точке линеаризации;
- s - комплексная переменная преобразования Лапласа;
- R ягд R яг R яд - суммарное активное сопротивление якорной цепи двух машин;
- L ягд L яг L яд - суммарная индуктивность якорной цепи двух машин;
- f трг , f трд - коэффициенты линеаризованных трений на валах генератора и двигателя.

101.

Передаточные функции электромеханической трансмиссии
Передаточная функция от г до
г
Ф го
С ег
д
Е яг
Iя
1
Ф до
R ягд L ягд s
С мд
С ед
Ф до
Е яд
д
W
г (s)
i
Рис.91
СегФго Смд Фдо /( Смд Сед Ф2до R ягд f трд )
(
)
J pд Lягд
2 J pд R ягд L ягд f трд S 1
S
2
Смд Сед Фдо R ягд f трд
Смд Сед Ф2до R ягд f трд
т - передаточное число трансмиссии.
Передаточная функция
от
fг
fд до
М
М
М fг
Смг
Iя
1
Ф до
R ягд L ягд s
Е яд
(Lягд s R ягд)(J pд s f трд )
f трд
М эмд
1
д
JДs
1 iт
2
s2 Tгд1s 1
Тгд2
М трд
М эмд
(46)
f трд
1
д
JДs
М fд
Ф го
Рис.92
Сед Фдо /( J pд s f трд ) R ягд Lягд s
I
я
(
s)
W Мf
2
Сед Смд Фдо
1
С мд
М трд
С ед
Ф до
Сед Фдо /(Смд Сед Ф2до R ягд f трд )
(
)
J pд Lягд
2 J pд R ягд L ягд f трд S 1
S
2
Смд Сед Фдо R ягд f трд
Смд Сед Ф2до R ягд f трд
Сед Фдо /( Смд Сед Ф2до R ягд f трд )
С
Ф
го
мг
1 iт
fг (s)
Wм
мfд
2
2
(
)
J pд Lягд
s
Т
Tгд1s 1
2 J pд R ягд L ягд f трд S 1
гд2
S
Смд Сед Ф2до R ягд f трд
Смд Сед Ф2до R ягд f трд
(47)

102.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОМАШИННОГО РЕГУЛЯТОРА СКОРОСТИ
3 220 v
Г
ИD
ОЯг
Mf Г Г
ПD
E ЯГ
M пд M ТР M Г
Г
IЯ
UЯ
I BГ
ОВг
д
MД
I BД
MТР Д
ОВд
Рис.93
На схеме дополнительно обозначено :
ПД – приводной двигатель;
РЕД – редуктор;
ОУ – объект управления;
Mпд М fг - момент на валу приводного двигателя;
i Р - передаточное число редуктора;
Р - КПД редуктора;
O
MUo
ОУ
Ф BД
U BД
РЕД
E ЯД
КОд
КОг
Ф BГ
U BГ
ОЯд
Mfo
MUo - управляющее воздействие (момент) на объект управления;
MРo - момент реакции объекта управления;
Mfo - возмущающий момент на объект управления;
O - регулируемая переменная (скорость вращения ОУ).
Mfд i Р Р
MРo

103.

НЕЛИНЕЙНАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОМАШИННОГО РЕГУЛЯТОРА СКОРОСТИ
М трд
L яг p
L яд р
U вг
хх
I вг
1
R вг L вг p
Фг
Ф нас
С ег
I нас
Е яг
г
пд
R яг
пд
1
1
R яд
Е яд
М трг
М fг
М эмг
М динг
С ед
1
С мд
JДр
Ф нас
I нас
I вд
Мро
М втро
С мг
Рис.94
г пд ххпд пд
пд М пд стпд ;
Мпд М fг Мэмг Мтрг Мдинг
Мдинг ( J пд J г ) d г dt
о д i p ;
Мро
М д М fд
i p p
М дино
U вд
Допущения
ПД имеет жесткую линейную механическую характеристику на рабочем участке;
Электромагнитная постоянная ПД пренебрежимо мала;
Редуктор жесткий безлюфтовый;
ОУ уравновешен и имеет сухие и вязкие трения в оси.
Уравнения для ПД, редуктора и ОУ
о
1
i р
1
R вд L вд р
Фг
1
iр
д
М fд
Фд
J Г p
СТпд
М f ПД
Uя
М эмд
Iя
f втро
Jор
М стро
М ро М uo
М fо
Мuo Мpo М fo Мтрo Мдинo
М трo М тpвo М трсo
f тро о M трсо sign o
Мдинo J o d o dt

104.

НЕЛИНЕЙНАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОМАШИННОГО РЕГУЛЯТОРА СКОРОСТИ
(при Uвд=const и приведении свойств ОУ к оси исполнительного двигателя)
М втрод f втро
i 2 р
L яг p
М строд
М трдо
L яд р
I вг
U вг
хх
1
R вг L вг p
Фг
Ф нас
пд
г
пд
1
Uя
R яг
1
R яд
М трг
М fг
М эмг
Iя
1
С Мд Ф д
J ДО р
1
iр
о
д
М fд
1
i р
Е яд
J Г p
СТпд
М f ПД
С ег
I нас
Е яг
М эмд
С Ед Ф д
М динг
М fо
Фг
С мг
Рис.95
На схеме введены обозначения:
J о - приведенный к оси двигателя момент инерции системы;
J до J д 2
i p
М стро M втро
- приведенные к оси двигателя трения системы.
2
М трдо М стрд
i p
i p
(48)
(49)

105.

ЛИНЕЙНАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОМАШИННОГО РЕГУЛЯТОРА СКОРОСТИ
Переходя к изображениям переменных по Лапласу и линеаризуя нелинейности (смотри
линеаризованная математическая модель трансмиссии) получим:
М трдо ( s)
U вг ( s )
1
R вг L вг S
г
хх ( s) пд ( s) г ( s)
пд ( s)
G пд
f трг
го
1
R ягд L ягд
С мг
На схеме введены обозначения:
I я ( s) М эмд ( s)
С Мд Ф д
S
Е яд ( s)
Ф г ( s)
J Г S
М эмг ( s)
С ег
Ф го
М f ПД ( s) М трг ( s) М динг ( s)
М fг ( s)
Е яг ( s)
Ф г ( s)
I вг ( s)
f трдо
1
J ДО S
1
iр
М fд ( s)
д ( s)
о ( s)
1
i р
С Ед Ф д
I Яо
М fо ( s)
Ф го
Рис.96
Jо
- приведенный к оси исполнительного двигателя момент инерции системы;
J до J д 2
i p
f стро f втро - коэффициент приведенных к оси исполнительного двигателя
f трдо f трд
линеаризованных трений системы;
i 2 p
J Г ; f трг - суммарный момент инерции и коэффициент линеаризованных суммарных трений на валу Г и ПД;
1
- модуль мягкости механической характеристики ПД.
G ПД
СТпд

106.

Из
Передаточная функция электромашинного регулятора скорости по управляющему воздействию
при жесткой механической характеристике ПД ( СТпд )
С ег г г / i p C мд Ф д /( R ягд L ягд s )( J до s f трдо )
2
( R вг L вг s)
С ед С мд Ф д
1
( L ягд s R ягд )( J до s f трдо )
С ег г г / i p
C мд Ф д
( R вг L вг s) J до L ягд S 2 ( J до R ягд L ягд f трдо ) S C мд С ед Ф 2д R ягд f трдо
С ег г г / i p
С мд Ф д /( С мд С ед Ф 2д R ягд f трдо )
К
2 2
( R вг L вг s)
( J до R ягд L ягд f трдо )
J до L ягд
(
s
1)(Т
2
Т
вг
2 s T 1 s 1)
S
1
S
С мд С ед Ф 2д R ягд f трдо
С мд С ед Ф 2д R ягд f трдо
W U Овг ( s)
Передаточная функция электромашинного регулятора скорости по возмущающему воздействию
1 / i 2p p ( J до s f трдо )
W МОfо ( s)
1
С ед С мд Ф 2д
( L ягд s R ягд )( J до s f трдо )
(R ягд L ягд s)/ i 2p p
J до L ягд S ( J до R ягд L ягд f трдо ) S C мд С ед Ф 2д R ягд f трдо
2
R ягд ( 1 Т ягд s ) /( С мд С ед Ф 2д R ягд f трдо ) i p p
2
( J до R ягд L ягд f трдо )
J до L ягд
2
S 1
S
2
2
С мд С ед Ф до R ягд f трдо
С мд С ед Ф д R ягд f трдо
К f ( Т ягд s 1)
(Т 22 s 2 T 1 s 1)

107.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОМАШИННОГО усилителя мощности
( ЭМУ поперечного поля)
3 220 v
ЭМУ
Rш
M пд
ПD
пд
ОП
E ЯII
КОэму
Ф ко
Ф рII
ОЯэму
U //
Ф
Mг
I Я E Я
I II
Zн
Ф р
Условные обозначения
ОДП
U У1
U У2
I У1
I У2
ОУ1, ОУ2 - обмотки управления ЭМУ;
ОЯэму - обмотки якоря ЭМУ;
Фу
ОУ1
ОДП, ОП - обмотки дополнительных полюсов и
ОУ2
EЯ , I Я - ЭДС и ток поперечной цепи якоря ;
EЯ// , IЯ// - ЭДС и ток продольной цепи якоря ;
подмагничивания;
КОэму - компенсационная обмотка ЭМУ;
Рис.97

108.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОМАШИННОГО РЕГУЛЯТОРА СКОРОСТИ
с ЭМУ поперечного поля
3 220 v
ЭМУ
Rш
M пд
ПD
пд
ОП
E ЯII
КОэму
Ф ко
ИD
IЯ
Mfo
Ф рII
ОЯэму
Mг
I Я E Я
I II
ОЯд
UЯ
Ф
I У1
Ф р
U У2
I У2
Фу
д
РЕД
MТР Д
КОд
Ф BД
U BД
ОУ1
ОУ2
Рис.98
I BД
O
MUo
ОУ
E ЯД
ОДП
U У1
MД
ОВд
Mfд i Р Р
MРo

109.

Математическая модель ЭМУ и регулятора скорости с ЭМУ
При принятых допущениях ЭМУ можно описать следующими уравнениями:
Uу R у Iу Lу
dI у
M dI Mкя dI // ;
dt
dt
dt
M ; Mкя -взаимная индуктивность ОУ с обмотками
поперечной и продольной цепи ЭМУ,
- ЭДС поперечной цепи ЭМУ,
Е Се пд [Ф у Ф р Фко Ф р // ] Се пд Ф//
ОУ, КО и реакций
Ф у у I у ; Фко ш к I// ; Ф р Ф I ; Ф р// // I // потоки
обмоток якоря ЭМУ
Ф р// Фко // (1 ш к // ) I // // I // ; - коэффициент недокомпенсации
dI // - напряжение на зажимах
Е // Се пд Ф - ЭДС продольной цепи ЭМУ, U // Е // R // I // L //
dt продольной цепи ЭМУ.
ш Rш R R
ш
ко
ЛИНЕЙНАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА РЕГУЛЯТОРА СКОРОСТИ С ЭМУ
М РII S
I II ( s)
II
U у(s)
Ф IIк ( s)
I у ( s) Ф у ( s) Ф II ( s)
1
R у L уS
у
М трдо ( s)
Е ( s)
пд С е
Ф р ( s)
I ( s)
1
R L S
Ф ( s)
Е II ( s)
пд С е
М эмд ( s)
1
1
С
Ф
д
Мд
J ДО S
R IIд L IIд S
I я ( s)
М fд ( s)
( s)
Е яд
1
i р
М Р S
С Ед Ф д
М fо ( s)
Рис.99
f трдо
д ( s)
1
iр
o ( s)

110.

ИМПУЛЬСНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДПТ НВ
K
Р
Кл
Mэм
IЯ
D
UС
U ЯЦ
E ЯД ОЯ
UЯ
MТР M f
ОДП КО
Ф
UB
IB
ОВ
Рис.100 Схема импульсного управления ДПТ НВ
Если замыкать и размыкать ключ периодически с периодом Т, причем время замкнутого
положения ключа T T , то U ЯЦ будет изменяться в виде импульсов амплитудой UС ,
длительностью Т и частотой 1/Т
.
ΔT
- коэффициент заполнения
T
U ЯЦ
UС
Среднее значение напряжения якорной цепи:
IЯ
Т
Т
Т
Т
Рис.100а
Т
Т
t
UЯЦср UC
Наличие индуктивности в якорной цепи двигателя и реактора
не позволяет току якоря изменяться мгновенно, поэтому он
нарастает при замыкании ключа и уменьшается при
разомкнутом положении ключа, протекая через диод D

111.

Схема одноплечевого ШИП с системой симметричного управления
ИП
U гпн
U вх
TV 1
СУ
ГПН
СС
РИ
D1
U1
Г
Iн Iя
TV 2
- U вх
U гпн
U2 Т
t
t
Т
t
Uн
Iн
Uп
2
Рис.101
ИП- импульсный преобразователь;
СУ- система симметричного управления;
ГПН- генератор пилообразного напряжения;
СС- схема сравнения;
РИ- распределитель импульсов;
У- усилители;
- относительная длительность импульса U1.
t
U
п
2
ЕЯ
Условные обозначения:
U1
Uп
2
нагрузка
D2
U2
реверс
U вх
LЯ
RЯ
Uн Uя
У
Диаграммы напряжений
Uп
2
Рис.101а
Схема требует источника питания со средней точкой.

112.

Схема мостового ШИП с системой симметричного управления
ИП
U гпн
СУ
U1
ГПН
U вх
СС
РИ
Временные диаграммы
U3
RЯ
Uн Uя
У
Iн Iя
TV 2
D2
Рис.102
LЯ
нагрузка
D3
ЕЯ
U4
TV 4
Uп
D4
реверс
U вх
- U вх
U гпн
U 1, U 4
U п
TV 3
D1
U2
U 2, U 3 Т
TV 1
t
t
Т
Uн
t
Iн
В этой схеме не требуется источник питания со средней точкой
t
U п
Рис.102а Симметричное управление
Транзисторы TV1 и TV4 работают синхронно, в открытом
состоянии подключая к якорной цепи двигателя источник
питания одной полярности. При этом транзисторы TV2 и
TV3 закрыты. Они тоже работают синхронно, но в
противофазе с транзисторами TV1 и TV4.
При отключении транзисторов TV1 и TV4 транзисторы TV2
и TV3 открываются и подключают к якорной цепи
двигателя другую полярность источника питания.
Временные диаграммы приведены на рис.102а

113.

Схема мостового ШИП с системой несимметричного управления
U гпн
СУМ1
-U
U оп
U вх
U
ИП
СУ
ГПН
СС
U1
РИ
TV 1
СС
РИ
ОП
U3
D1
У
RЯ
Uн Uя
ОП
СУМ2
TV 3
Iн Iя
TV 2
У
U2
LЯ
нагрузка
ЕЯ
U4
D2
D3
TV 4
Uп
D4
Временные диаграммы
U оп
Рис.103
t
U гпн
U вх
U1
UСУМ2
U4
U2
t
U3
U п
t
Т
Uн
Т
t
Iн
UСУМ1
t
Рис.104
U п

114.

Математические представления процессов в ШИП
Для симметричного способа управления ШИП на периодах следования импульсов можно
записать:
Н
Н Н Н
Н
nT t n 1 T ,
при
Н
di
E
dt
di
при n 1 T t n 1 T ,
-U R I L
E
dt
U
U 2 для одноплечевых ИП и U U для мостовых схем ИП ,
U
R I L
Н
Н
Н
Н
Н
Н
П
где:
Н
Н
П
При симметричном способе управления напряжение на нагрузке знакопеременное.
Среднее его значение определяется как отношение интеграла за период к периоду Т.
Т
T
1
U пdt
U пdt 2 1 U п
для одноплечевых ИП ,
T
2
2
2
0
T
Т
T
1
1
Uнср Т UПdt T UПdt 2 1 U П для мостовых схем ИП ,
0
T
1
UНСР Т
0 , 0,5 и нср 0
При
У
Для несимметричного способа управления ШИП:
U
U
di
E
dt
di
0 R I L
E
dt
Т
U R I L
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
U нср
1
Т
Н
U dt U
П
0
П
при
nT t n 1 T ,
при
n 1 T t n 1 T ,
среднее напряжение на нагрузке

115.

Статические характеристики ШИП
U Н f U У при постоянных значениях U П , I Н .
Регулировочная характеристика
UН v
250
200
150
100
50
U Н f U У
0
0,5
1
Рис.105
Нагрузочная характеристика
1,5
UУ v
U Н f I Н
UН v
212,2
212,1
212
211,9
211,8
0
10
20
Рис.106
30
IН А
при постоянных значениях
U П ,U У .

116.

Динамические модели ШИП
Модель ШИП с симметричным способом управления
Uу
Uгпн
+
Uн
К
-
Uу
Uн
Relay
Рис.107
Рис.108
Модель ШИП с несимметричным способом управления
Uу
Uгпн
Uоп
+
+
-
+
+
+
+
Relay
+
+
К
Uн
+
Рис.109
В системах приводов ШИП обычно описывают звеном с малой
постоянной времени или с запаздыванием.
W s
Uу
U
KУ
, КУ Н
Ts 1
UУ
Relay
Uн
- коэффициент усиления ,
Т – постоянная времени, равная периоду выходного напряжения.
Рис.110

117.

Схема одноплечевого ШИП с релейным управлением тока
ИП
U1
TV 1
D1
RЯ
Uн Uя
U 2 TV 2
Uп
2
нагрузка
LЯ
ЕЯ
Iн Iя
D2
DT
Временные диаграммы
U1
Uп
2
U2 Т
Uп
2
I зад
t
Т
Uн
Iн
t
I зад
Iн Iя
I зад
Рис.111
U
п
2
Рис.111а
t

118.

Машины постоянного тока
112

119.

Бесконтактные двигатели постоянного тока (БДПТ)
Обращенный двигатель постоянного тока
Fя
Fя
Fр
N
Fр
Fр
S
Fр
Fя
Fя
Uя
Ф
Рис.113
Функциональная схема БДПТ
Uя
ПК
ЭМП
ДПР
ЭМП – электромеханический
преобразователь;
ПК – полупроводниковый коммутатор,
Рис.114
ДПР – датчик положения ротора.

120.

Упрощенная схема БДПТ
+
ПК
ЭМП
ФA
Ф AВ
Uя
N
А
S
N
С
В
ФВ
S
А
С
_
ДПР
Рис.115
В

121.

Реверсивная схема БДПТ
ФАС
+
ПК
ЭМП
ФA
Uя
S
А
N
ФС
ФВС
С
В
ФВ
ДПР
_
Рис.116

122.

Функциональная схема БДПТ с импульсным управлением
ПК
Uя
ЭМП
ДПР
ЭМП – электромеханический
преобразователь;
ПК – полупроводниковый коммутатор,
ДПР – датчик положения ротора.
УУ
УУ- устройство управления.
UУ
Рис.117
Функциональная схема БДПТ с релейно-импульсным управлением и ОС по скорости
Uя
ПК
ЭМП
UУ
ДПР
ТГ
Uя
ПК
ЭМП
У
ДПР
У
а)
Рис.118
б)
ТГ
UУ

123.

Функциональная схема БДПТ непрерывного действия
ДПР
УПУ
(СКВТ)
U m Cos
ФЧВ
Uоп
ФЧВ
U m Sin
UУ
УПТ
UA
A
N
УПТ
UУ
Рис.119
ЭМП
ФA
UB
B
S
ФВ
ФAВ