Динамические характеристики ИД с якорным управлением

Динамические процессы двигателя описываются уравнениями (5.40). Переходим к операторной форме записи и находим передаточную функцию ИД по управлению (при этом принимаем М _с = 0)

(5.45)

 

где  – коэффициент передачи ИД;

        – электромеханическая постоянная времени;

        – постоянная времени цепи якоря (электромагнитная постоянная времени).

Всегда Т _м > 4 Т _я, тогда корни знаменателя (5.45) действительные, и передаточную функцию можно приближенно представить в виде

                                       (5.46)

Для ИД обычных конструкций Т_м = (0,05–0,15) с.

Почти всегда Т _м >> Т _я, то есть инерционностью электромагнитных процессов можно пренебречь, и передаточная функция ИД рассматривается в виде

                                                           (5.47)

Если в качестве выходной величины ИД принять не частоту вращения, а угол поворота вала φ, то получим передаточную функцию

                                                     (5.48)

Способ полюсного управления

Полюсное управление (управление по цепи возбуждения) возможно для ИД с обмоткой независимого возбуждения (рис. 5.20 а).

Для ограничения тока якоря I _Я в цепь якоря подается пониженное значение напряжения U _Я = const.

Получим выражение для статических характеристик ИД.

Магнитный поток Ф пропорционален напряжению управления U _y, поэтому запишем:

Ф = kU _y = k α U _yн.                                                         (5.49)

Связь между w и М уже установлена в (5.41). Для случая полюсного управления надо заменить U _у на U _я и подставить Ф из (5.49). Получаем:

                            (5.50)

Частота вращения идеального холостого хода при a = 1, М = 0

                                                            (5.51)

Номинальный пусковой момент при a = 1, w = 0

J

                                                   (5.52)

Вновь вводим относительные единицы ν и m. Из (5.13) получаем

                                                                 (5.53)

Уравнение (5.16) определяет семейство механических и регулировочных характеристик ИД с полюсным управлением (рис. 5.25). Вспомним: механические характеристики – это зависимости ν(m) при фиксированных значениях a = const. Регулировочные характеристики – это зависимости ν(a) при фиксированных
значениях момента m = m _c = const.

Из рис. 5.25 и выражения (5.53) вытекают следующие особенности механических характеристик:

– механические характеристики устойчивы и линейны, но их жесткость (наклон) зависит от коэффициента сигнала, при снижении коэффициента сигнала характеристики становятся более мягкими;

– частота вращения холостого хода обратно пропорциональна коэффициенту сигнала и при малых его значениях резко возрастает, т.е. существует опасность разноса;

– пусковой момент в относительных единицах равен коэффициенту сигнала.

Особенности регулировочных характеристик (см. рис. 5.25, б) заключаются в следующем:

– регулировочные характеристики нелинейны и при m < 0,5 неоднозначны, т.е. имеют экстремум и участки положительной и отрицательной крутизны, поэтому полюсное управление применяется при работе ИД под нагрузкой при m > 0,5;

– в режиме холостого хода (m = 0) регулировочная характеристика представляет собой гиперболу, т.е. существует опасность разноса ИД при малых значениях коэффициента сигнала;

– порог трогания ИД под нагрузкой равен относительному значению момента сопротивления на валу.

Обычно в чистом виде полюсное управление ИД не используется, а в сочетании с якорным управлением обеспечивает расширение диапазона регулирования частоты вращения w_max/w_min с 7–10 до 20–50.

Пример схемы комбинированного управления ИД приведен на рис. 5.26

Рис. 5.26. Схема комбинированного управления исполнительным двигателем

 

Схема нереверсивна и работает следующим образом. Перемещение х по схеме влево движка потенциометрического задатчика R1 приводит к увеличению напряжения якоря U (x), которое передается на якорь эмиттерным повторителем на спаренных транзисторах VT1, VT2, т.е. реализуется якорное управление. Одновременно изменяется напряжение на базе транзистора VT3, в результате чего уменьшается ток возбуждения ИД (полюсное управление). В результате быстро нарастает частота вращения.

Ток возбуждения никогда не снижается до нуля, т.е. транзистор VT3 полностью не закрывается. Минимальный ток возбуждения устанавливается подстроечным резистором R7.