Способы регулирования момента и скорости

Так как поток в данном двигателе не может регулироваться независимо, здесь возможны только два способа регулирования: изменением сопротивления в цепи якоря и изменением напряжения. Выше мы уже отмечали низкую эффективность регулирования двигателей постоянного тока по энергетическим показателям при регулировании путем изменения сопротивления в якорной цепи, поэтому подробно рассмотрим регулирование изменением напряжения. Семейство искусственных характеристик для этого случая представлено.

При регулировании скорости примем U=var, M=const. Тогда регулировочная характеристика, приM<Mнс, получит вид щ=au+b,.

где a=1/sqrt (Kk1M), b=Rяс/(Kk1).

А при M?Mнс — описывается выражением.

Таким образом, имеем уравнения того же вида, что и для двигателей независимого возбуждения. Регулирующий параметр изменяется в интервале u=[b/a,Uн]. Передаточный коэффициент определяется выражением.

.

Теперь примем U=var, щ=const и из уравнения (2.59) при M<Mн получим.

M=u2d,.

где.

d=1/(Kk1(щ+Rяс/Kk1)2).

Если двигатель находится в насыщении, регулировочные характеристики приближенно могут быть представлены выражением.

Для определения электромагнитного к.п.д. двигателя из уравнения найдем ток якоря:

Iя=Uя/(щKk1+Rяс).

Мощность, потребляемая двигателем, и электромагнитная мощность определяется выражениями, соответственно.

Pп=UяIя=U2/(щKk1+Rяс),.

Pэ=EIя=Kk1IящIя=Kk1щUя2/(Kk1щ+Rяс)2.

Отсюда зэ=Pэ/Pп=щKk1/(щKk1+Rяс).

Можно отметить, что по энергетическим показателям двигатели последовательного возбуждения чаще всего проигрывают двигателям независимого возбуждения. Это объясняется тем, что активное сопротивление якорной цепи, куда входит и обмотка возбуждения, в первом случае много больше, чем во втором. Кроме того, двигатели независимого возбуждения могут быть выполнены на основе постоянных магнитов, тогда энергия для возбуждения из сети не потребляется, что способствует увеличению общего к.п.д.

Напомним, что рассмотренные нами характеристики, полученные на основе аппроксимированной кривой намагничивания, являются приближенными и пригодны лишь для качественного анализа процессов.

Из уравнения с учетом тем же методом, что и для двигателя независимого возбуждения получим структурную схему динамической модели двигателя, представленную, где обозначеноTя=Lяс/Rяс. Мы видим, что полученная структурная схема отличается от схемы наличием дополнительной связи по производной от потока и зависимостью потока от тока якоря. В связи с эти поток всегда переменный и динамическая модель нелинейная во всех случаях.

Линеаризовать ее можно только в режиме малых отклонений переменных, принимая.

Iя=Iя0+Дiя,Uя=Uя0+ДUя, щ=щ0+Дщ, M=M0+ДM, Ц=Ц0+ДЦ, где значения координат с индексом ноль означают их исходное состояние, относительно которого рассматриваются отклонения. Для этого считаем, что|Ц|<|Цнс|, а нелинейные элементы типа произведение линеаризуем известными в математике методами, представив их в виде.

Рис. 2.15. Полная структурная схема двигателя последовательного возбуждения как динамической системы

ДM(ДЦ, Дiя)?KЦ0Дiя+Kiя0ДЦ=2Kk1iя0Дiя, Дe(ДЦ, Дiя)?KЦ0Дщ+Kщ0ДЦ=Kk1iя0Дщ+Kk1щ0Дiя.

Преобразованная с учетом, структурная схема имеет.

Рис. 2.16. Структурная схема линеаризованной динамическоймодели двигателя последовательного возбуждения

Известными методами структурных преобразований эту схему нетрудно привести к виду (рис. 2.17), где обозначено.

— электромагнитная постоянная времени якорной цепи.

Рис. 2.17. Преобразованная структурная схема линеаризованной динамической модели

Из полученной структурной схемы несложно получить передаточные функции двигателя по управлению и по возмущению:

где.

kщ=1/(2KЦ0),.

kм=2KЦ0/(Rяс+Kk1щ0),.

kв=(Rяс+Kk1щ0)/(KЦ0),.

Tм1=J(Rяс+Kk1щ0)/(2(KЦ0)2).

Таким образом, в режиме малых отклонений переходные процессы в двигателе последовательного возбуждения, если не учитывать контур вихревых токов, не отличаются от переходных процессов двигателя независимого возбуждения, хотя при больших отклонениях координат, например при пуске, различие может быть существенным. Расчет переходных процессов при больших отклонениях координат необходимо вести путем точного моделирования всех нелинейностей, включая и кривую намагничивания.