Теоретическое введение и описание лабораторной установки

Лабораторная работа №1

Исследование системы автоматического регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока

 

Цель работы.

Экспериментальное исследование САР частоты вращения двигателя постоянного тока, работающей по основным принципам регулирования: по возмущению (по внешнему воздействию) и по отклонению (по ошибке).

Теоретическое введение и описание лабораторной установки.

Исследуемая САР, принципиальная схема которой приведена на рис.1.1, предназначена для стабилизации частоты вращения двигателя постоянного тока. Объектом управления в этой системе является двигатель, а управляемой (выходной) величиной – частота вращенияω.

Как известно, частота вращения двигателя постоянного тока определяется из выражения (1.1),

где ω – частота вращения;

u –напряжение якоря;

I – ток якоря двигателя;

r_я – сопротивление якорной цепи;

Ф –магнитный поток возбуждения;

k – конструктивная постоянная двигателя.

Регулирование частоты вращения двигателя достигается путем изменения напряжения, подводимого к якорю двигателя. Обмотка возбужденияLM1 включена на постоянное напряжение. Частота вращения ω задается установкой движка потенциометровR11 или R12, напряжение которых подается на усилитель DA2.

Рис.1.1. Принципиальная схема системы автоматического регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока.

 

Принципиальная схема блока типовых регуляторов, собранных на усилителях DA3 – DA6, представлена на рис. 1.2.

Рис.1.2. Принципиальная схема блока типовых регуляторов.

 

Принципиальная схема блока питания показана на рис.1.3.

 

Рис.1.3. Принципиальная схема блока питания.

При изменении возмущающих воздействий, основными из которых в данном случае являются момент сопротивления М_с и магнитный поток возбуждения Ф, частота вращения двигателя будет изменяться. Для стабилизации частоты вращения ω на заданном уровне система регулирования может быть построена на основе двух принципов регулирования: по возмущению (по внешнему воздействию) и по отклонению (по ошибке). При исследовании системы по принципу возмущения в данной схеме чувствительный элемент UAизмеряет не непосредственно момент сопротивления М_с, а пропорциональную ему величину – ток нагрузочного генератора G1. Далее этот сигнал подается на сумматор (усилительDA2) с положительным знаком по отношению к задающему напряжению. Тогда с увеличением тока нагрузки G1 будет увеличиваться и момент сопротивления, уменьшаться частота вращения. С увеличением тока нагрузочного генератора увеличивается падение напряжения на шунте и напряжение на выходе усилителей DA1, DA2, DA3, DA6 и напряжение электромашинного усилителя G2, а частота вращения двигателя будет возвращаться к заданному значению.

Если САР построена по принципу отклонения (по ошибке), то в этом случае чувствительный элемент – тахогенератор BR, измеряет управляемую величину - частоту вращенияω, которая подается на усилитель DA2 с обратным знаком по отношению к задающему напряжению. Тогда с увеличением момента сопротивления М_с частота вращения двигателя уменьшается, уменьшается напряжение тахогенератора и увеличивается сигнал рассогласования между заданным и текущим значениями регулируемой величины на выходе DA2. Это величина – ошибка регулирования – усиливается в усилителе и исполнительный элемент ЭМУ увеличивает якорное напряжение, восстанавливая частоту вращения.

Статическая ошибка регулирования частоты вращения двигателя в замкнутой системе регулирования δ_з может быть определена по формуле , (1.2)

где δ_р – отклонение регулируемой величины в разомкнутой системе;

k – статический коэффициент передачи разомкнутой системы;

𝜔₀ – частота вращения двигателя на холостом ходу;

𝜔 – частота вращения двигателя при заданной нагрузке на валу в замкнутой системе.

Обычно при регулировании частоты вращения статизм не должен превышать 1 – 2%, т.е. δ_з = 0,01 – 0,02. Однако в некоторых типах электропривода частоту вращения требуется поддерживать постоянной со значительно более высокой точностью, доходящей до 0,01 – 0,05%.

В состав данной САР включен блок типовых регуляторов (рис.1.2), собранных на операционных усилителях 140 серии, в который входят регуляторы, реализующие:

- пропорциональный закон регулирования (усилитель DA3);

- интегральный закон регулирования (усилитель DA4);

- дифференциальный закон регулирования (усилитель DA5).

С помощью переключателей S7 – S9 можно суммировать выходные сигналы регуляторов на усилителе мощности (операционный усилитель DA6 с усилителем на транзисторах VT1 и VT2) и формировать необходимый закон регулирования.