положительной обратной связью по току и отрицательной

Лабораторная работа № 2

Регулируемый электропривод в системе

Магнитный усилитель - двигатель постоянного тока с

положительной обратной связью по току и отрицательной

обратной связью по напряжению»

Выполнила: ст. гр. ЭЭ - 419

Тацюк Ксения

Проверил: Лысенко О.А.

Омск – 2013

Целью работы является изучение принципа действия регулируемого электропривода в системе «Магнитный усилитель – двигатель постоянного тока с обратными связями по току и напряжению», опытное определение электромеханических и механических характеристик электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения с положительной обратной связью по току и отрицательной обратной связью по напряжению.

1. Способы регулирования и стабилизации скорости вращения
электродвигателя с помощью магнитного усилителя

Магнитные усилители (МУ) широко используются в автоматизированном электроприводе в качестве регуляторов тока и напряжения, благодаря простоте и надежности конструкций, отсутствию вращающихся и подвижных частей, бесшумности в работе, хорошей перегрузочной способности, малой мощности управления и высоким значением коэффициентов усиления, легкости введения различного рода обратных связей и суммирования сигналов, постоянной готовностью к действию, возможности изготовления в широком диапазоне мощностей, а также ряду других ценных устройств. Они очень удобны для управления электроприводом постоянного тока. Силовой привод постоянного тока с МУ по ряду технико - экономических показателей не уступает системе генератор -двигатель (Г-Д), а по некоторым из них значительно превосходит последнюю.

Простейший МУ представляет собой два сердечника, собранных из листовой стали, с рабочей обмоткой 1, 2 и обмоткой управления (подмагничивания) 3 (рис. 8). Его рабочая обмотка 1, 2, как правило, включается последовательно с нагрузкой. По обмоткам 1, 2 протекает переменный ток. Обмотку управления 3 включают в цепь постоянного тока.

При правильном включении обмоток 1 и 2 ЭДС, наводимые в обмотке 3 пульсирующими магнитными потоками этих обмоток, взаимно компенсируются.

Принцип действий МУ основан на изменении индуктивного сопротивления рабочих обмоток 1 и 2 при подмагничивании стальных сердечников постоянным магнитим потоком, создаваемым током управления :
, (24)

где L – индуктивность рабочих обмоток, Гн.

При отсутствии в магнитопроводе воздушных зазоров индуктивность L определяется по выражению:

, (25)

где – площадь сечения и средняя длина магнитопровода (м², м); – магнитная проницаемость, Гн/м; w_Р – количество витков рабочих обмоток.

Рис. 8. Простейший МУ	Рис. 9. Зависимость М = f (Н)
Рис. 10. Схема включения однофазного МУ	Рис. 11. Схема включения трехфазного МУ с нулевым выводом
Рис. 12. Мостовая трехфазная схема включения МУ	Рис. 13. Характеристика U ВЫХ = f (I У)МУ

Учитывая, что w_Р, величины постоянные, изменять значение L, а следовательно, и можно лишь путем изменения магнитной проницаемости материала магнитопровода. В качестве материалов для магнитопроводов используются ферромагнитные материалы (электротехническая сталь, пермаллюй и др.), в которых, как известно, не является величиной постоянной, a в значительной степени зависит от напряженности Н магнитного поля (рис. 9).

Таким образом, изменяя Н током , можно изменять и в конечном счете регулировать ток нагрузки при . Если двигатель постоянного тока включен через вентили с помощью МУ, то описанный способ управления магнитным усилителем позволяет регулировать величину выходного напряжения и скорость двигателя.

Магнитные усилители обычно имеют несколько обмоток управления, что даёт возможность управления в функции нескольких параметров (сложение сигналов) – осуществление стабилизации скорости при изменении нагрузки двигателя.

Электроприводы постоянного тока с МУ примерно до 1 кВт выполняются с питанием от сети по однофазной схеме (рис. 10). При больших мощностях применяются схемы с трехфазным питанием (рис. 11, 12). Однофазные схемы проще и при малых мощностях дешевле. В то же время при однофазной схеме выпрямителя имеют место большие пульсации выпрямителя тока. Эти пульсации создают дополнительный нагрев двигателя и заставляют завышать установленную мощность последнего или недоиспользовать двигатель по моменту на 23 %. При трехфазной мостовой схеме пульсации тока невелики, и двигатель полностью используется по моменту. Кроме того, в трехфазных схемах достигается равномерная нагрузка фаз питающей сети, а в ряде случаев появляется возможность обойтись без применения промежуточного трансформатора для согласования напряжений сети и двигателя. При этом в трехфазных схемах механические характеристики в области малых токов получаются более жесткими, что позволяет расширить диапазон регулирования скорости. Как правило, применяются усилители с самоподмагничиванием (внутренней положительной обратной связью по току), в цепи рабочих обмоток которых включены неуправляемые вентили, как показано, на рис. 10 – 12. Усилители с самоподмагничиванием характеризуются большим коэффициентом усиления, меньшей массой и меньшей инерционностью в отличие от обычных усилителей без внутренней обратной связи. Характеристика вход - выход такого МУ представлена на рис. 13. Характерной особенностью этой характеристики является неидентичность ее правой и левой ветвей, т.е. МУ чувствителен к знаку тока в главной обмотке управления.

Поскольку для регулирования скорости двигателя постоянного тока с МУ последовательно с якорем двигателя вводится сопротивление , то его механические характеристики при неизменном значении тока в обмотке управления сходных механических характеристиках при реостатном регулировании. Ток двигателя в области малых нагрузок носит прерывистый характер. Вследствие этого и нелинейности характеристик усилителя механические характеристики двигателя даже при малых сопротивлениях в силовой цепи получаются очень мягкими, т.е. нестабильными. В целом жесткость механических характеристик мала и определяется суммарным эквивалентным сопротивлением цепи якоря. Вследствие этого даже при небольших изменениях нагрузки скорость будет колебаться в широких пределах, т.е. работа привода будет неустойчивой. Поэтому разомкнутые системы управления можно применять только для механизмов, момент нагрузки которых в процессе работы изменяется мало и требующих лишь очень грубого регулирования скорости. При необходимости поддерживать скорость с точность ± 10 % за счет изменения подведенного к якорю напряжения можно практически получить диапазон порядка не выше 1:10 и лишь при условии, что момент нагрузки на валу изменяется в пределах номинального, а также при наличии обратных связей. Для повышения точности поддержания скорости, расширения диапазона регулирования или получения устойчивой работы в области малых нагрузок в схему управления необходимо включить промежуточный усилитель.

2. Описание лабораторного стенда

Принципиальная схема управления электроприводом с помощью МУ представлена на рис. 14, в которой якорь электродвигателя М включен в цепь однофазного переменного тока последовательно с рабочими обмотками (ОР) МУ. Мост на полупроводниковых диодах предназначен для выпрямления токов. Рабочие обмотки могут рассматриваться как переменное индуктивное сопротивление, регулируемое за счет подмагничивания сердечника током в обмотке управления (ОУ). При увеличении тока управления индуктивное сопротивление рабочих обмоток МУ снижается, и напряжение на якоре двигателя возрастает, что ведет к соответствующему повышению скорости.

В схеме применен МУ с внутренней положительной обратной связью по току. При наличии этой обратной связи необходимо создать некоторое подмагничивание, т.е. использовать дополнительную обмотку управления (смещение ОС), которая позволяет выбрать наиболее выгодный участок характеристики вход – выход МУ. Величину тока смещения можно определить по миллиамперметру , обозначенному «ТОК см МУ» на лицевой панели стенда.

Управление магнитным усилителем осуществляется главной обмоткой управления, которая включена в цель промежуточного (лампового) усилителя. Величину тока управления можно изменить с помощью потенциометра, обозначенного на схеме (стенде) «задание». Наблюдение за изменением тока управления МУ производится по миллиамперметру , находящемуся на лицевой панели стенда. Надпись под прибором «ТОК упр. МУ».

Рис. 14. Принципиальная схема лабораторного стенда испытания ДПТ в системе МУ-Д

Величина напряжения на якоре электродвигателя М и ток в якорной цепи определяется по вольтметру и амперметру .

При проведении лабораторной работы производится снятие нагрузочных характеристик электродвигателя при регулировании скорости. В качестве нагрузки испытуемого электродвигателя используют генератор постоянного тока G. Нагрузкой генератора G является реостат R 4. При увеличении нагрузки увеличивается момент на валу электродвигателя, вследствие чего скорость его уменьшается. Величина нагрузки определяется амперметром А ₂, включенным в якорную цепь генератора. Напряжение на якоре генератора определяется с помощью вольтметра V ₂.

Анализ полученных механических характеристик привода показывает, что МУ с внутренней положительной обратной связью по току не может обеспечить необходимой жесткости характеристики. Для обеспечения требуемей жесткости характеристики электродвигателя в схеме применена отрицательная обратная связь по напряжению генератора. При изменении нагрузки на генераторе изменяется выходное напряжение, которое поступает на вход электронного усилителя. Если напряжение на генераторе уменьшается, то на схему подается меньший отрицательный потенциал, в результате чего увеличивается ток управления МУ.При этом скорость электродвигателя увеличивается.

3. Применяемое оборудование

1. Двухполюсный электродвигатель М постоянного тока с независимым возбуждением типа СД-75: номинальные мощность Р _Н = 62,5 Вт; напряжение U _H.Я = = 50 В; ток I _Н.Я = 2 А; обороты n _H= 6250 об/мин; сопротивление якоря R _Я.Д = = 5,6 Ом; ток возбуждения I _Н.В = 1,2 А; напряжение возбуждения U _H.В = 27 В; номинальный момент М _Н = 0,1 Н∙м.
2. Генератор G постоянного тока типа СД-75 с аналогичными техническими данными.
3. Однофазный магнитный усилитель.
4. Питающий (согласующий по напряжению) трансформатор.
5. Выпрямители на диодах V 1 – V 20.
6. Емкости С 1, С 2, С З для сглаживания выпрямленных токов.
7. Задающий потенциометр R 2.
8. Нагрузочное сопротивление генератора R 4 – 100 Ом.
9. Промежуточный усилитель – электронная лампа 6ПЗС.
10. Измерительные приборы.

4. Порядок проведения работы

1. Ознакомиться с электрическими машинами и приборами, записать их технические характеристики.
2. Подготовить лабораторный стенд к проведению опыта и снять опытные данные.

Перед проведением опыта питающие провода подсоединить к клеммам 220 В стенда.

а) Поставить переключатель рода работ в положение «ручное управление». При этом обратная связь по напряжению нагрузочного генератора выключена. Нажать кнопку «вперед» и установить нужную скорость вращения электродвигателя М ручкой «установка задания». Эта скорость определяется исходным задающим напряжением U ₂ на якоре ненагруженного электродвигателя. Задание 1 – . Задание 2 – . Затем нагрузку плавно изменять с помощью нагрузочного реостата R 4. Показания приборов свести в табл. 4.

Таблица 4

Результаты исследования системы, при отсутствии обратной связи

Задание 1	№ п/п	I Я, А	U 2, В		Задание 2	№ п/п	I Я, А	U 2, В

б) Включить отрицательную обратную связь по напряжению генератора G, при этом переключатель рода работ ставится в положение «автоматика». При тех же задающих напряжениях на якоре ненагруженного электродвигателя произвести аналогичные измерения и результаты свести в табл. 5.

Таблица 5

Результаты исследования системы, при наличии обратной связи

Задание 1	№ п/п	I Я, А	U 2, В		Задание 2	№ п/п	I Я, А	U 2, В

3. Рассчитать и построить естественные электромеханическую и механическую характеристики испытуемого электродвигателя по двум точкам:
– точка 1:
– точка 2:

Координату точки 1 определить по паспортным данным двигатели, пользуясь следующими выражениями:

, (26) , (27)

, (28) . (29)

4. По данным (табл. 4, 5) рассчитать и построить характеристики и испытуемого электродвигателя при обратной связи по току и обратной связи по току и напряжению, пользуясь следующими уравнениями:

, (30)

. (31)

В выражениях (30), (31) – величина напряжения на якоре испытуемого электродвигателя при различных его нагрузках по току; – электромагнитный момент испытуемого электродвигателя при различных его нагрузках по току якоря, Н∙м. В расчете момент на валу испытуемого электродвигателя принять равным электромагнитному моменту.

Характеристики построить в одних координатных осях. При этом характеристики по табл. 4 обозначить пунктиром, по табл. 5 – сплошной линией.

5. Провести анализ полученных характеристик по жесткости:

.

Дата добавления: 2015-09-05