Линьков С.А. Моделирование мехатронных систем
.pdf
|
Таблица 2.1 |
||||||
Основные координаты электропривода |
|
|
|
|
|
|
|
Название |
Обозначение |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Напряжение якоря двигателя |
U |
Я |
|
||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|||||
ЭДС двигателя |
ЕД |
|
|||||
|
|
|
|
||||
Скорость двигателя |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Поток номинальный |
|
|
|
|
|
Н |
|
|
КФ |
|
|||||
Эквивалентное сопротивление якорной цепи |
R |
Э |
|||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Эквивалентная постоянная времени якорной |
Т |
|
|
|
|||
цепи |
Э |
|
|||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Электромеханическая постоянная времени |
Т |
|
|
|
|||
|
|
|
|
||||
двигателя |
|
|
|
М |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ток якоря |
I |
Я |
|
||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
||||||
Разность между напряжением и ЭДС якоря |
U |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Динамический ток |
I |
дин |
|||||
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
Статический ток |
I |
С |
|
||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|||||
Номинальный ток |
IН |
|
|||||
|
|
|
|||||
Статическая просадка по скорости |
|
с |
|||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|||
Динамическая просадка по скорости |
|
|
дин |
||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
Момент динамический |
М |
дин |
|||||
|
|
|
|||||
|
|
|
|||||
Электромагнитный момент двигателя |
М |
|
|||||
|
|
|
|
||||
Статический момент |
М |
С |
|||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Момент инерции двигателя |
J |
|
|
|
|||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
83
На рис.
координат |
U |
|
ВХ |
2.30
, дв
показаны переходные процессы основных
, |
i |
дв |
при пуске двигателя на холостом ходу |
|
|
|
( I |
дин |
I |
Н |
). |
|
|
|
U,i , |
|||
U |
H |
|
0 |
|
|
|
дин |
I |
дин |
|
|
Iдин
0 |
t |
|
1 |
Iдин
t |
2 |
|
t
t |
3 |
|
Рис. 2.30. Разгон, работа, торможение двигателя на холостом ходу
I
IC
Полный ток якоря двигателя в общем виде определяется как
Iдин .
I
I
На
дин .
участках времени |
0 t1 |
и |
t2 |
t3 полный ток двигателя |
||||
Участок времени |
t |
1 |
t |
2 |
, |
полный ток якоря |
I 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
(холостой ход).
Рассмотрим статические характеристики двигателя при пуске и торможении на холостом ходу, (рис. 2.31).
84
В |
|
0 |
|
|
03 |
|
|
|
02 |
|
|
|
01 |
|
I |
дин |
0 |
|
|
А
Iдин
ест |
|
|
||
U |
3 |
U |
2 |
U |
|
|
1 |
||
U |
2 |
U |
|
|
|
1 |
|
||
U |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
М I
Рис. 2.31. Электромеханические характеристики двигателя
В промежуток времени 0 t |
1 |
происходит пуск двигателя без |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нагрузки |
(участок 0- Iдин -А- 0 ). |
|
Во время |
t1 |
t2 |
двигатель |
||
работает |
на х/х (точка 0 ). Промежуток |
t2 |
t |
3 |
- |
торможение |
||
двигателя |
под действием отрицательного |
динамического тока |
(участок 0 -В-( Iдин )-0).
2.5.2. Разгон, работа и торможение двигателя с активной статической нагрузкой IС IH
Структурная схема двигателя для работы со статической нагрузкой представлена на рис. 2.32.
85
UЯ
U ЕД
IС
|
1 / R |
Э |
I |
Я |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Т |
Э |
р 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КФ |
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
R |
|
|
|
Э |
|
Т |
М |
КФ |
р |
|
Н |
|
Рис. 2.32. Структурная схема двигателя для работы со статической нагрузкой
|
|
Переходные процессы основных координат |
U |
|
, |
|
, |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВХ |
|
дв |
|
|
при пуске двигателя под нагрузкой ( I |
C |
I |
дин |
I |
Н |
), (рис. 2.33). |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
U,i , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
U |
ВХ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
I |
дин |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
I |
дин |
|
|
|
t |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
t |
t |
|
|
t |
2 |
|
|
|
|
t |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iдв
Рис. 2.33. Пуск, работа, торможение двигателя под нагрузкой
Участок ( 0 t1 ) - разгон двигателя до номинальной скорости под нагрузкой, полный ток двигателя I IC Iдин . В начальный момент времени t скорость двигателя отрицательная, двигатель
86
раскручивается в другую сторону нарастет до тока статического.
Участок |
( t1 t2 ) – |
работа |
номинальной |
скоростью, |
I I |
|
|
C |
до тех пор, пока ток якоря не
двигателя под |
нагрузкой |
с |
IH . Участок |
( t2 t3 ) |
– |
торможение двигателя, ток якоря
I IC
Iдин
.
Рассмотрим статические характеристики двигателя при пуске и торможении под нагрузкой, (рис. 2.34).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
с |
|
|
|
|
Н |
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
03 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
02 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
ест |
||
|
|
|||
U |
3 |
U |
2 |
U |
|
|
1 |
||
U |
2 |
U |
|
|
|
1 |
|
||
U |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
М I
0 |
I |
I |
I |
дин |
|
С |
С |
|
Рис. 2.34. Электромеханические характеристики двигателя
Участок ( 0 IC (IC Iдин ) А Н ) – разгон двигателя до
номинальной скорости под нагрузкой. В точке |
Н |
двигатель |
работает в номинальном режиме. Участок |
( Н |
В 0 ) – |
торможение двигателя под действием статической нагрузки.
87
2.5.3.Разгон, работа и торможение двигателя
среактивной нагрузкой
Примером реактивной нагрузки может служить сила трения в подшипниках, препятствующая движущему моменту двигателя (подшипники долго не смазывали). Вектор силы реактивной нагрузки направлен против вектора скорости двигателя.
Структурная схема двигателя для работы с реактивной статической нагрузкой представлена на рис. 2.35.
UЯ
U ЕД
IС
|
1 / R |
Э |
I |
Я |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Т |
Э |
р 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КФ |
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
РЭ |
|
|
I |
|
|
|
|
Н |
|
|
|
I |
|
|
|
Н |
|
|
|
R |
|
|
|
Э |
|
Т |
М |
КФ |
р |
|
Н |
|
Рис. 2.35. Структурная схема двигателя для работы с реактивной нагрузкой
РЭ – релейный элемент, моделирующий реактивную нагрузку.
На рис. 2.36 показаны переходные процессы основных
координат двигателя нагрузкой.
UВХ
,
дв
,
iдв
при работе с реактивной
88
U,i ,
UВХ
UH
с
I |
I |
дин |
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дв |
iдв
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
С |
I |
дин |
|
t |
t |
t |
t |
2 |
|
|
|
t |
3 |
|
1 |
|
|
|
|
|
Рис. 2.36. Пуск, работа, торможение двигателя с реактивной нагрузкой
Переходные процессы с реактивно нагрузкой будут такими же, как и с активной нагрузкой, за исключением того, что во время
t
скорость равна нулю до тех пор, пока ток якоря не достигнет уровня статической нагрузки.
2.5.4. Приложение статической нагрузки во время разгона и снятие её во время торможения
На рис. 2.37 приведены
координат двигателя U |
, |
, |
ВХ |
дв |
|
переходные
iдв |
при ( IC |
процессы основных
Iдин IН ).
89
U,i , UHН
UВХ
|
дин |
|
с |
|
|
дв
с
I |
С |
I |
|
|
I |
С |
I |
дин
дин
дин
iдв
IС
t
0 |
t |
t |
2 |
t |
3 |
t |
4 |
t |
5 |
|
1 |
|
|
|
|
||||
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дин |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.37. Приложение скачка статической нагрузки при разгоне и снятие его при торможении двигателя
Участок времени ( 0 t |
1 |
) – пуск двигателя на х/х. Имеет |
|
|
|
|
|
место динамическая просадка по скорости |
дин , |
пропорциональная динамическому току. Ток якоря
I
Iдин
.
Участок (
t |
1 |
|
t |
2 |
|
). В момент t1 происходит бросок статической
нагрузки, скорость двигателя уменьшается, а затем снова увеличивается до номинальной, т.к. напряжение якоря продолжает
расти. Ток якоря
I IC
Iдин . Участок (
t |
2 |
|
t |
3 |
|
) – двигатель
работает в номинальном режиме с номинальной
нагрузкой. Ток якоря |
I IC . |
Участок ( t3 |
t4 ) – |
двигателя с номинальной нагрузкой. Ток якоря
статической
торможение
I IC Iдин .
Участок ( t4 t5 ) – торможение двигателя без статической нагрузки, под действием отрицательного динамического тока. В
90
момент
t |
4 |
|
снимается статическая нагрузка, скорость двигателя
возрастает, а затем уменьшается под действием отрицательного динамического момента до нуля.
Для описанных режимов работы рассмотрим статические характеристики двигателя, рис. 2.38.
|
|
|
0 |
|
|
|
|
Н |
|||
|
с |
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
G |
|
|
|
|
|
|
|
E |
|
А |
|
|
|
|
|
С |
ест |
|
U |
3 |
U |
2 |
U |
|
|
1 |
В |
U |
|
U |
|
2 |
||
|
|
1 |
U1
H |
|
|
М I |
Iдин |
0 |
Iдин |
IС Iдин |
Рис. 2.38. Электромеханические характеристики двигателя
Участок
(
0 Iдин
А
) – разгон двигателя на х/х под
действием динамического тока. Участок (А-В) – просадка скорости
за счет приложения статической нагрузки.
разгон под нагрузкой. Участок ( |
Н |
D |
|
|
Участок |
(В-С- |
Н |
) – |
|
|
|
|
E ) – |
торможение |
двигателя под нагрузкой. Участок (Е-G) – увеличение скорости двигателя за счет снятия статической нагрузки. Участок (G-H-0) – рекуперативное торможение двигателя под действием отрицательного динамического тока.
91
|
2.5.5. Приложение скачка напряжения якоря U |
Я |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На рис. 2.39 изображены переходные процессы |
||
i |
дв |
при приложении скачка напряжения якоря в 10%, |
||
|
|
|
|
работает без нагрузки.
0,1 U |
|
|
|
ЯН |
|
U |
, |
, |
ВХ |
дв |
|
двигатель
U,i ,
0,8UЯН 0,7UЯН
UЯ
IMAX
t1
дв
iдв
5%
t
Рис. 2.39. Приложение скачка напряжения якоря
при работе двигателя без нагрузки |
||
До момента времени t |
1 |
двигатель работает без нагрузки с |
|
|
напряжением UЯ 0,7 UЯН . |
С момента t1 происходит скачек |
||||
напряжения до |
U |
Я |
0,8 U |
ЯН |
. Характер формирования тока и |
|
|
|
|
напряжения явно выраженный колебательный.
92