Силовые элементы замкнутых систем приводов

Статические и динамические свойства замкнутых систем приводов ЭТУ определяются как структурой систем, так и свойствами входящих в них элементов. Процесс преобразования электрической энергии в механическую происходит в электродвигателях, основные свойства которых изложены в гл. 2, 4, 5. Отметим, что в настоящее время в качестве исполнительных двигателей замкнутых приводов ЭТУ в большинстве случаев применяются машины постоянного тока, наиболее полно удовлетворяющие предъявляемым требованиям к статическим и динамическим свойствам приводов.
Генератор постоянного тока относится к вращающимся преобразователям. Он приводится в движение асинхронными или синхронными двигателями. Управление генератором осуществляется в цепи обмотки возбуждения ОВ (рис. 8.3). Напряжение на обмотке возбуждения в является результатом воздействия на преобразователь I/, являющийся источником питания ОБ, управляемых сигналов задающего напряжения и3 и сигналов обратных связей. Связь выходной величины — ЭДС генератора Ег с входной — напряжением на его обмотке возбуждения Ч/в в установившемся режиме определяется ; кривой намагничивания, показанной на рис. 8.4. Коэффициент передачи (усиления) генератора j kr=ErlUB во всей области изменения UB является нелинейной функцией. Но поскольку точка номинального режима генератора лежит в области до колена кривой намагничивания, где значения kr в ряде случаев изменяются несущественно, можно принимать в расчетах.
В динамических режимах связь между входной £/в и выходной величинами цепи возбуждения генератора устанавливается дифференциальным уравнением вида.
Умножая левую и правую части (8.1) на kv и переходя к преобразованиям по Лапласу при нулевых начальных условиях, получаем передаточную функцию генератора, где Тъ=Ьъ1гъ — постоянная времени возбуждения генератора.
Как элементы электромеханических систем ЭТУ генераторы постоянного тока в настоящее время применяются редко. Это обусловлено небольшими значениями мощностей приводов ЭТУ: единицы, иногда десятки киловатт, для которых предпочтительными в качестве источников питания являются электромашинные усилители (ЭМУ) и статические преобразователи. Генераторы постоянного тока широко применяются для питания обмоток устройств электромагнитного перемешивания жидких металлов в дуговых сталеплавильных печах большой емкости. Преобразователями, питающими обмотку возбуждения генераторов, в этом случае являются ЭМУ, на вход которых подаются гармонические сигналы низкой частоты =0,5-2 Гц [9]. При этом выравниваются температурное поле в ванне печи и химический состав жидкого металла, ускоряются химические реакции в металле, что в конечном итоге повышает качество металла при снижении времени плавки.
Электромашинные усилители представляют собой также вращающиеся преобразователи, приводимые во вращение асинхронными двигателями. Электромашинные усилители малой мощности заключают обычно в общий корпус с приводным электродвигателем. Управление выходной величиной, которой является ЭДС Еэм>у, осуществляется изменением токов в обмотках управления, которых, как правило, несколько. Промышленное применение в ЭТУ получили два типа ЭМУ: поперечного поля и продольного поля с самовозбуждением. Последние применяются редко, в основном зарубежными фирмами в приводах регуляторов мощности дуговых сталеплавильных печей. Электромашинные усилители поперечного поля нашли широкое распространение в приводах регуляторов мощностей печей переплава и дуговых сталеплавильных.
На рис. 8.5,а приведена схема ЭМУ. При пересечении магнитным потоком Фу, создаваемым обмотками управления и направленным по продольной оси машины, в поперечных секциях qq Обмоткой якоря, вращающегося со скоростью, наводится ЭДС по поперечной оси Щ Поскольку часть секций обмотки якоря, расположенных по поперечной оси, замкнута накоротко через щетки qq, в ней протекает большой поперечный ток Iq, создающий поперечное магнитное поле. Неподвижный поперечный поток Ф9 наводит в подвижных секциях, ориентированных по продольной оси dd, ЭДС £Эм,у. Компенсационная обмотка КО, включенная последовательно с якорем, создает по продольной оси ЭМУ магнитный поток, компенсирующий поток реакции якоря усилителя, направленный навстречу Ф„ и размагничивающий машину. Настройка степени компенсации реакции якоря осуществляется изменением сопротивления резистора RKl шунтирующего компенсационную обмотку.