Методичка по лабораторной работе №2 - файл n1.doc

Методичка по лабораторной работе №2
скачать (32 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc145kb.21.02.2004 18:48скачать

n1.doc

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА П-2

РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА В СИСТЕМЕ С ИМПУЛЬСНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ

НАПРЯЖЕНИЯ

Цель работы: исследование регулировочных характеристик двигателя постоянного тока в системе с широтно-импульсным преобразователем напряжения.

Приборы и оборудование


1. Вольтметр постоянного тока на 100 В 1 шт.

2. Вольтметр постоянного тока на 30 В 1 шт.

3. Вольтметр постоянного тока на 50 В 1 шт.

4. Измеритель скважности стрелочный 1 шт.

5. Амперметр постоянного тока 5 Л 1 шт.

6. Потенциометр - задатчик 1 шт.

7. Двигатель постоянного тока МУ-100 1 шт

8. Тахогенератор Ктг = 0.06 В/(рад/с) 1 шт.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В системах автоматического регулирования широкое распространение получили импульсные методы управления скоростью вращения двигателей постоянного тока. Импульсные методы регулирования скорости вращения основаны на изменении энергии, подводимой к электродвигателю. В этом случае к двигателю подводится последовательность импульсов неизменного напряжения Un и работа двигателя состоит из периодов Т (разгон-торможение). Требуемая скорость достигается в виде средней скорости за периоды и будет определяться относительной продолжительностью включения (скважностью) импульсов :


где tu - длительность импульса;

tn - длительность паузы.

На рисунке 1 изображена принципиальная схема импульсного регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, а на рис. 2 – кривые тока и напряжения на выходе преобразователя (ШИП), где - ток, протекающий через двигатель в интервале времени [0; t; tu], а - ток, протекающий через якорь двигателя в интервале времени [ tu; t; T].

При импульсном управлении мгновенное значение скорости вращения будет непрерывно колебаться в определенных пределах. При этом размах колебаний будет тем меньше, чем больше отношение электромеханической постоянной времени привода к периоду следования импульсов. Следовательно, с ростом частоты управляющих импульсов размах колебаний скорости уменьшается. Среднее значение скорости при этом остается неизменным. Оно может быть изменено только путем изменения скважности импульсов. С ростом скважности импульсов, подаваемых на электродвигатель, среднее значение скорости вращение его также растет.

При неизменной скважности  среднее значение скорости будет зависеть от величины момента нагрузки Мс и величины питающего напряжения Un. С изменением Мс и Un изменяется установившееся значение скорости вращения двигателя.

Импульсный способ управления позволяет путем изменения скваж­ности импульсов  в широких пределах регулировать среднюю скорость вращения двигателей постоянного тона.

Импульсное регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока может быть осуществлено при помощи различных преобразователей: широтно-импульсных, частотно-импульсных и широтно - частотно-импульсных.

В настоящей работе исследуется автоматизированный электропривод с широтно-импульсным преобразователем.
2. СТРУКТУРА ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Ьлок - схема преобразователя изображена на рис.3. Преобразователь состоит из входного усилителя постоянного тока УПГ, широтно-импульсного модулятора ШИМ, усилителя импульсов УИ (одного или нескольких), импульсного усилителя мощности ИУМ и устройства токоограничения УТО. Если уровень входного сигнала достаточен без усиления, то входной усилитель УПГ может быть исключен из схемы.

Широтно-импульсный модулятор формирует модулированные по дли­тельности импульсы с постоянной частотой их следования.

Длительность импульсов па выходе ШИМ однозначно определяется уровнем входного сигнала.

Импульсный усилитель мощности предназначен для широтно-импульсного регулирования напряжения на нагрузке - двигателе постоянного тока. Так как цепь двигателя представляет собой активно-индуктивную нагрузку с противо-ЭДС, ИУМ должен обеспечивать протекание тока как от источника питания в цепь, так и от цепи в источник или во вспомогательные цепи. Оптимальная частота переключения для ШИП, работающего на якорь двигателя, выбирается из условия обеспечения минимума суммарных дополнительных потерь в цепи якоря и потерь в коммутирующих элементах ИУМ.

В качестве коммутирующих элементов в ИУМ используются транзисторы, тиристоры или два операционных вентиля.

В двигателе, управляемом нереверсивным широтно-импульсным преобразователем, возможны два режима:

I) режим прерывистых токов;

2) режим непрерывных токов.

Основным режимом является режим непрерывных токов. Режим прерывис­тых токов возникает в системах с малыми частотами коммутации и при малых нагрузках, а также когда период переключений (коммутации) сравним с электромагнитной постоянной времени цепи якоря.

Рассмотрим работы импульсного усилителя мощности, изображенного на рис. 1 и состоящего из транзистора Т и диода Д.

Во время импульса по цепи якоря двигателя протекает ток i1. Во время паузы транзистор Т закрыт, но по цепи якоря двигателя протекает ток i2. Ток

i2 обусловлен энергией, запасенной в индуктивности якорной цепи двигателя и разряжающейся во время паузы через диод Д, шунтирующий цепь якоря. Если период следования импульсов напряжения является величиной много меньшей, чем электромагнитная постоянная времени якорной цепи двигателя, то по цепи протекает непрерывный ток iM = i1 + i2.

ИУМ позволяет получить на выходе различные значения среднего напряжения:



3. МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПРИ ИМПУЛЬСНОМ УПРАВЛЕНИИ

Движение привода описывается системой уравнений:

а) в первом интервале периода 0 ? t ? tu

(1)

(2)

(3)
б) во втором интервале периода

(4)

(5)

(6)

где , - скорость двигателя в первом и втором интервалах периода;

М1, М2 – момент, развиваемый двигателем в первом и втором интервалах периода, Н*м;

СЕ, СМ – коэффициент противо – ЭДС и коэффициент момента двигателя;

J – момент инерции вращающихся частей, приведенный к валу двигателя;

МС – момент нагрузки на валу двигателя.

Среднее значение напряжения на якоре двигателя

[B]

Среднее значение тока в цепи якоря двигателя

[А]

Среднее значение момента, развиваемого двигателем

[Нм]

Среднее значение скорости двигателя

[рад/с]

В установившемся режиме

Мср = Мс

Среднее значение тока

Jcp = Mc/CM, [А] (12)

Среднее значение напряжения

, [В] (13)

Механическая характеристика
но с учетом, что и СЕ = СМ, в системе СИ получаем механическую характеристику для двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

, ;
, ;

где - скорость холостого хода двигателя.

Механической характеристикой двигателя при широтно-импульсном регулировании скорости вращения называется зависимость среднего значения скорости при установившемся режиме работы от среднего момента, развиваемого двигателем.

Для двигателя с последовательным возбуждением CE не постоянно, как у двигателя с независимым возбуждением. СЕ определяется по граничной характеристике

(15)

Так как электромагнитный момент Mср = СЕJср, получаем механическую характеристику для двигателя с последовательным возбуждением

, ; (16)

Чтобы построить механическую характеристику для двигателя с последовательным возбуждением, необходимо предварительно снять и построить граничную характеристику при ?=1. Для других значений механическая характеристика строится с использованием характеристики для требуемых ? и формул (15) и (16).
4. СТАБИЛИЗАЦИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПРИ ИМПУЛЬСНОМ УПРАВЛЕНИИ
Для повышения жесткости механических характеристик двигателей постоянного тока в автоматизированных системах с широтно-импульсными регуляторами напряжения применяется различные обратные связи по напряжению, току, скорости и т.д.

В настоящей работе исследуется система с отрицательной обратной связью по скорости (рис.4).
5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
1. Регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением в разомкнутой системе.

1.1. Без добавочной индуктивности в цепи

а) подключить электродвигатель к электрической схеме управления. Для этого соединить следующие клеммы между собой при помощи штырьковых концов: “+” ЯМ с К3; “-“ ЯМ с К4: “+” ОВМ с К7; “-“ ОВМ с К8.

б) вывести потенциометр П в цепи обмотки возбуждения генератора в крайнее правое положение (при этом напряжение на обмотке возбуждения минимальное).

Примечание: Потенциометр П размещен под выдвижной частью столешницы стенда.

в) вывести до нуля вращением против часовой стрелки потенциометр – задатчик РС;

г) выключить тумблеры “В2-ОС”, ”В3-ДР” и В4;

д) включить сетевые автоматы В1, при этом загорается индикаторная лампа, сигнализирующая о подключении схемы к сети U = 27B.

е) установить по указателю скважности потенциометром РС скважность ? = 0,4;

ж) подключить осциллограф к клеммам К5-К6, зарисовать норму управляющих импульсов при ? = 0,4;

з) нагружая двигатель через генератор от Jх.х. до Jmax, снять скоростную характеристику . Значения снимать через 0,2 А. Данные свести в таблицу 1. Нагрузку регулировать потенциометром П, предварительно включив тумблер В4.
Таблица 1

JCP

A



























рад/с

























UCP

В


























Скоростные характеристики снять для ? = 0,4; 0,8;

и) зарисовать форму тока при ? = 0,4 и Jср = 16 A (осциллограф подключить к клеммам К1, К2).

1.2. С добавочной индуктивностью в цепи якоря

а) включить тумблер “В3-ДР” и снять скоростные характеристики при различных скважностях.

Примечание: скоростные характеристики снять для ? = 0,4; 0,6; 0,8;

б) зарисовать форму напряжения на якоре при ? = 0,4. Осциллограф подключить к клеммам К2, К4;

в) зарисовать форму тока при ? = 0,4 и JСР = 1,6 А. Осциллограф подключить к клеммам К1, К2.

2. Регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением в замкнутой системе.

а) включить цепь обратной связи тумблером “В2-ОС”;

б) включить тумблер “В3-ДР” (при этом добавочная индуктивность подключена);

в) включить сетевые автоматы В1;

г) установить скважность ? = 0,4;

д) включить тумблер В4 и, изменяя положение потенциометра П, снять скоростную характеристику. Значения занести в таблицу 2.
Таблица 2

При ? = 0,4; 0,6; 0,8;

JCP

A



























рад/с

























UCP

В


























Нагрузку изменять с шагом DJСР = 0,2 А.

3. Регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением в разомкнутой системе.

а) выключить сетевые автоматы В1;

б) вывести потенциометр РС до нуля вращением против часовой стрелки;

в) включить тумблер “В3-ДР” и включить “В2-ОС”;

г) подключить обмотку возбуждения последовательно с обмоткой якорю. Для этого с помощью штырьковых концов соединить между собой следующие клеммы: “+” ЯМ с “-” ОВМ; “-” ЯМ с К4; “+” ОВМ с К3;

д) включить сетевые автоматы В1;

е) установить потенциометром РС скважность ? = 0,4, снять скоростную характеристику двигателя. Для этого предварительно включить тумблер В4 и потенциометром П нагружать двигатель с шагом DJСР = 0,2 А. Данные занести в таблицу 3.

Таблица 3

JCP

A



























рад/с

























UCP

В


























Опыт повторить для ? = 0,6; 1. При ? = 1 снимается граничная характеристика ;

ж) зарисовать форму тока при ? = 0,4, Jср = 1,6 А (подключить к клеммам К1, К2).

4. Регулирование скорости двигателя с последовательным возбуждением в замкнутой системе.

а) включить тумблер “ВС-О2” и снять скоростные характеристики при ? = 0,4; 0,6 аналогично п.3; данные свести в таблицу 4;

Таблица 4

JCP

A



























рад/с

























UCP

В


























5. Для построения механических характеристик двигателя с независимым возбуждением принять CE = 0,035 Вс/рад;

6. При расчете МС для двигателя с последовательным возбуждением использовать формулу (15) для определения СЕ.
ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА
1. Построить механические характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением при регулировании в замкнутой и разомкнутой системах управления.

2. Построить граничную характеристику для двигателя с последовательным возбуждением.

3. Построить механические характеристики двигателя с последовательным возбуждением при регулировании скорости замкнутой и разомкнутой системах управления.

4. Привести осциллограммы импульсов управляющего сигнала, напряжения и тока с добавочной индуктивностью и без нее.

5. Ответить письменно на вопросы:

а) Как влияет обратная связь по скорости на вид механической характеристики двигателя?

б) Чем механическая характеристика двигателя при импульсном управлении отличается от механической характеристики двигателя при непрерывном управлении?

в) Почему двигатель последовательного возбуждения имеет лучшие показатели при широтно-импульсном регулировании скорости по сравнению с двигателем с независимым возбуждением?

г) Область применения импульсного регулирования скорости вращения электроприводов.

д) Как достигается реверсирование двигателя в импульсных схемах регулирования скорости вращения двигателя?

е) Чем обусловлено возникновение режима прерывистых токов? Назовите способы уменьшения области прерывистых токов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бергштейн С.Г. Импульсное управление скоростью вращения электродвигателей. – М.: Энергия, 1964.

2. Гольц М.Е. и др. Автоматизированные электроприводы постоянного тока с широтно-импульсными преобразователями. – М.: Энергия, 1972

3. Борисов К.Н., Нагорский В.Д. Электропривод летательных аппаратов. – М.: Машиностроение, 1967

4. Чиликин М.Н. Общий курс электропривода. – М.: Энергия, 1971

5. Крайцберг М.И, Шикуть Э.В. Импульсные методы регулирования цепей постоянного тока с помощью тиристоров. – М.: Энергия, 1969

6. Панкратьев и др. Импульсные и релейные следящие приводы постоянного тока с полупроводниковыми усилителями. – М.: Энергия, 1969

Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации