.

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА  С  НЕЗАВИСИМЫМ  ВОЗБУЖДЕНИЕМ  ПРИ ПИТАНИИ ОТ  ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ  НАПРЯЖЕНИЯ

Программа Работы

Контрольные вопросы

Литература

Лабораторная работа № 3.

Введение

Целью работы является исследование некоторых характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением при пита­нии якоря от импульсного преобразователя постоянного напряжения.

Предварительные сведения:

Регулирование напряжения на якоре двигателя можно осущест­вить импульсным методом, когда якорь периодически подключается к источнику питания и отключается от него.

Принципиальная схема системы импульсный регулятор напряже­ния - двигатель постоянного тока с независимым возбуждением (ИРН-Д) показана на рис. 1а. В этой системе якорь двигателя с помощью коммутирующего ключа К периодически подключается к источ­нику постоянного напряжения. Включение и отключение ключа осуще­ствляется с помощью системы управления (СУ). В период включенно­го состояния ключа ток якоря  равен току сети , посту­пающему от источника питания через ключ К, т.к. включенный парал­лельно якорю диод VD в этом случае закрыт в результате подачи на его анод отрицательного напряжения источника питания.   После размыкания ключа К под действием ЭДС самоиндукции в цепи  якоря продолжает проходить ток, замыкаясь через диод VD , т.е. в этот период .

К якорю двигателя будет приложено импульсное напряжение, фор­ма которого соответствует диаграмме, представленной на рис.1б, а на рис.1в показана диаграмма токов якоря. Диаграммы построены при условии, что коммутация ключа осуществляется мгновенно, т.е. цепи источника питания и диода не обладают индуктивностью.

Рис.1

Рис.2

Времена замкнутого и разомкнутого состояний ключа можно из­менять, воздействуя на него сигналами системы управления. Среднее значение напряжения на двигателе будет зависеть от соотношения времен замкнутого и разомкнутого состояния ключа К. Согласно оп­ределению среднего значения напряжения можно записать

,

где - длительность импульса напряжения (т.е. проводящего сос­тояния клича); - период следования импульсов напряжения;

 - коэффициент регулирования напряжения или относительная длительность импульса определяется как "скважность" им­пульса.

Изменяя скважность  можно регулировать выходное напря­жение на нагрузке. Регулирование напряжения в рассматриваемой схеме за счет изменения скважности можно рассматривать как  мо­дуляцию входного напряжения ключом К. Возможны три способа  мо­дуляции входного напряжения:

1) широтно-импульсная модуляция (ШИМ), когда время - пе­ременное, а частота переключения ключа постоянная;

2) частотно-импульсная модуляция (ЧИМ), когда время - постоянное, а частота переключения - переменная;

3) широтно-частотная модуляция (ШЧМ), когда время  и час­тота - переменные.

В настоящей работе используется принцип широтно-импульсной модуляции.

Для рассматриваемой системы справедливы следующие уравнения:

для периода замкнутого состояния ключа К (переменные с индексом 1)

   ;

  ;

  .

для периода разомкнутого состояния ключа К (переменные с индексом 2)

;

              ;

              .

где  и - соответственно момент статической нагрузки на ва­лу двигателя и момент инерции; - номинальный поток двигателя; и  активное и индуктивное сопротивления якорной цепи.

При записи этих уравнений принято, что источник питания об­ладает свойствами источника напряжения, т.е. его внутреннее соп­ротивление пренебрежимо мало, а диод VD обладает идеальными свойствами, его сопротивление равно нулю в проводящем направле­нии и бесконечности - в обратном.

Для того, чтобы найти зависимости между средними значения­ми тока, момента, скорости, напряжения, надо проинтегрировать приведенные уравнения за период коммутации.

Двигатель будет работать в квазиустановившемся режиме, при котором должно соблюдаться соотношение , т.е. мгно­венные значения скорости в начале и конце периода должны быть равны друг другу. В противном случае имеет место переходный про­цесс, а не квазиустановившийся режим. Учтем также, что . Опустив математические операции, связанные с интегрированием, приведем окончательные уравнения.

Уравнение скоростной характеристики при импульсном регули­ровании имеет вид

.

Уравнение механической характеристики:

  .

Полученные уравнения скоростных и механических характерис­тик идентичны уравнениям таких же характеристик для всех других способов регулирования напряжения. Механические и скоростные характеристики и в этом случае представляют собой параллельные друг другу прямые, отсекающие на оси координат отрезки

Полученные выражения для скоростных и механических характеристик справедливы только в том случае, когда в цепи якоря про­ходит непрерывный ток. Если же в период отключенного состояния ключа ток  успевает снизиться до нуля и в кривей тока содер­жится пауза, то имеет место режим прерывистого тока. Жесткость скоростных и механических характеристик в этом режиме будет другой. На рис. 2 приведены скоростные и механические характе­ристики системы ИРН-Д.  Штриховой линией на этом рисунке обоз­начена граница между квазиустановившимся режимом и режимом прерывистого тока.