- •СТАБИЛИЗАЦИЯ МАШИН
- •Предисловие
- •1.1. Основные понятия и определения
- •1.2. Математические основы теории линейных систем автоматического регулирования
- •1.2.2. Преобразования Лапласа и их свойства
- •1.4. Структурный анализ линейных САР
- •1.4.1. Структурная схема САР
- •1.4.3. Преобразование структурных схем
- •1.4.5. Обратные связи в САР
- •1.5.1. Типовые воздействия
- •1.5.2. Временные характеристики
- •1.5.3. Частотные характеристики
- •1.5.4. Временные и частотные характеристики типовых звеньев
- •1.6. Устойчивость САР. Критерии устойчивости
- •1.6.1. Условие устойчивости
- •1.6.2. Критерий Гурвица
- •1.6.3. Критерий Рауса
- •1.6.4. Критерий Михайлова
- •1.6.5. Критерий Найквиста
- •1.6.6. Определение устойчивости САР и запасов устойчивости
- •1.7. Оценка качества переходного процесса
- •1.7.1. Основные показатели качества
- •1.7.2. Оценка показателей качества переходного процесса по частотным характеристикам системы
- •1.7.3. Расчет установившихся ошибок САР
- •1.8. Коррекция динамических свойств САР
- •1.8.1. Метод последовательной коррекции
- •1.8.2. Метод параллельной коррекции
- •2.1. Эффективность стрельбы боевых машин
- •2.1.1. Особенности стрельбы с ходу
- •2.1.2. Анализ колебаний корпуса САО
- •2.1.3. Анализ колебаний корпуса морских кораблей
- •2.1.4. Способы повышения эффективности стрельбы
- •2.2. Анализ кинематических зависимостей при наведении и стабилизации
- •2.2.1. Кинематические схемы наведения и стабилизации установок
- •2.2.3. Слежение за неподвижной целью при трехосной схеме со стабилизацией осей цапф установки
- •2.2.5. Слежение за подвижной целью
- •2.2.6. Понятие «мертвой» зоны силовых приводов наведения
- •2.2.7. Влияние схемы заряжания установки на мощность силового привода наведения
- •2.3. Расчет и анализ процесса амортизации оружия при стрельбе очередью
- •2.3.2. Решение уравнения движения короба при П0=0
- •2.3.4. Решение уравнения движения короба при переменном темпе стрельбы
- •2.3.5. Расчет движения системы «оружие - установка» при стрельбе очередью
- •2.3.6. Анализ процесса амортизации оружия при стрельбе очередью
- •3.1. Классификация систем наведения и стабилизации установок
- •3.2. Система наведения артиллерийской установки
- •3.4. Принцип радиолокационной системы командного наведения зенитных комплексов
- •4.1. Свойства гироскопа
- •4.2. Учет сил трения в гироскопе
- •4.4. Двухстепенной гироскоп.
- •4.6. Скоростная характеристика наведения установки
- •5.1.1. Основные требования к приводам
- •5.1.2. Классификация силовых приводов
- •5.1.3. Принципиальные схемы некоторых приводов
- •5.2. Расчет электромашинного привода наведения
- •5.2.1. Способы регулирования скорости электродвигателей постоянного тока
- •5.2.2. Пуск электродвигателей постоянного тока
- •5.2.3. Торможение электромашинного привода
- •5.2.4. Выбор электродвигателя для неавтоматизированных приводов
- •5.2.5. Уравнение динамики электропривода
- •5.2.6. Расчет мощности электродвигателя для автоматизированных приводов
- •5.2.7. Усилительные устройства
- •5.3.1. Уравнения гидропривода с дроссельным регулированием
- •5.3.2. Структурная схема гидропривода
- •5.3.3. Устойчивость гидропривода
- •5.3.4. Способы повышения устойчивости гидропривода
- •5.4.1. Электромеханические преобразователи
- •5.4.2. Гидроусилители
- •6.1. Расчет механизмов вертикального наведения
- •6.2. Расчет механизмов горизонтального наведения
- •6.3. Выбор рациональной схемы установки коренных шестерен механизма поворота
Функциональная схема такого привода представлена на рис. 5.17.
Рис. 5.17. Функциональная схема привода с усилителем
5.2.2.Пуск электродвигателей постоянного тока
Ток в якоре двигателя (рис. 5.18) в общем случае равен
_ и — Е
(5.6)
При пуске, когда якорь двигателя еще не пришел во вращение, скорость его «д = 0 и, следовательно, противоЭДС Е=0. Тогда из (5.6) величина пускового тока в якоре будет:
IЯ
и
R
Величина сопротивления якоря Яя очень маленькая (десятые, сотые доли ома), и пусковой ток достигает значения, превышающе го номинальный ток двигателя в 10-15 раз. Такой ток недопустим из-за опасности перегрева обмотки двигателя, повреждения ее кол лектора и рабочего механизма. Для уменьшения пускового тока до допустимой величины последовательно с якорем включают сопро тивления Rn - пусковой реостат. Тогда при пд = 0 пусковой ток
IЯП
и
Rя + Rп
Рис. 5.18. Пусковой реостат
По мере разгона двигателя появляется противоЭДС Е = Се, и ток двигателя определяется выражением
_ и - Е
К + К
Уменьшение тока приводит к тому, что надобность в пусковом реостате отпадает, и его выключают.
Процесс пуска двигателя параллельного возбуждения можно представить следующим образом. Допустим, что сопротивление реостата R„ состоит из трех секций (ступеней) + R„, + RTI),
которые могут выключаться по мере разгона двигателя. Можно по строить семейство механических характеристик двигателя, соответ ствующих каждому значению пускового сопротивления (рис. 5.19). Характеристика 1 соответствует работе двигателя при полностью введенном сопротивлении R„. Характеристика 4 - при R„ = 0. Остальные характеристики (2, 3) соответствуют промежуточным значениям сопротивления R„.
В момент пуска при пд = 0 вращающий момент двигателя Мдп больше момента статического сопротивления М„. Под действием избыточного момента (Мдп - М„) двигатель начинает разгоняться по характеристике 1, соответствующей полностью включенному сопротивлению R„. Скорость двигателя возрастает, а момент при этом уменьшается.
Если не изменять сопротивление пускового реостата, то ско рость двигателя возрастет до величины пд , при которой враща
ющий момент двигателя равен статическому моменту (Мд= Мст).
Рис. 5.19. Семейство механических характеристик двигателя
Скорость двигателя при этом будет меньше полной скорости п^ ,
соответствующей характеристике 4, и работа привода не будет со ответствовать его максимальной производительности. Поэтому, по мере разгона двигателя, необходимо уменьшать сопротивление пускового реостата /?п.
При снижении момента двигателя до некоторой величины вы ключают первую ступень пускового реостата ( Rn = 0). Сразу же уве
личивается ток в якоре, а следовательно, и момент двигателя до зна чения Мдп. Двигатель будет продолжать разгон по характеристике 2.
Последовательно, по мере разгона двигателя, выключая сопро тивления R , , Rnя и тем самым переводя работу двигателя со
ответственно на характеристики 2, 3 и 4, обеспечивается разгон двигателя до скорости п^ , соответствующей установившемуся ре
жиму, при котором М R — М СТ.
Нормальная диаграмма пуска двигателя (рис. 5.19) может быть реализована лишь при автоматическом пуске. Плавность пуска определяется величиной AM = М ЩЛ- М , продолжительность пус
ка зависит от величины максимального пускового момента Мдп. Предельная величина Мдп выбирается из условий допустимой пере грузки двигателя и может быть ограничена подбором соответству ющего по величине пускового сопротивления Rn.
При автоматическом пуске число ступеней стараются сделать по возможности малым [4], ибо каждая ступень требует специаль ного устройства управления У, усложняет схему. Поэтому при ав томатическом пуске двигателей большой мощности обычно огра ничиваются двумя или тремя ступенями, а для двигателей неболь шой мощности (до 5 кВт) применяют всего одну ступень.
5.2.3. Торможение электромашинного привода
Для быстрой остановки привода необходимо в момент отклю чения двигателя от сети приложить к его валу тормозной момент. Тормозной момент может быть создан не только специальным ме ханическим тормозом, но и самим электродвигателем. Торможение электродвигателя с параллельным возбуждением можно осуще ствить тремя способами: генераторное торможение с возвратом (рекуперацией) электроэнергии в сеть; электродинамическое тор можение; торможение противовключением.
Рис. 5.20. Характеристики генераторного торможения
Генераторное торможение (рис. 5.20) возможно в тех случаях, когда скорость двигателя п Л оказывается выше скорости п хх его
холостого хода и ЭДС двигателя Е становится больше подведенно го к его якорю напряжения и. В этом случае нагрузка как бы сама раскручивает двигатель, и он становится генератором (Е > и), отда вая энергию в сеть. При Е - и ток в якоре / я = 0 происходит холос той ход. При Е < и ток в якоре изменяет свое направление ( 1Я< 0), что вызывает и перемену знака момента вращения М д = - С МФ В/ Я.
Торможение с рекуперацией энергии в сеть может возникать и при быстром снижении напряжения и. Например, двигатель рабо тает на характеристике 1 при некоторых и\ и М ст (точка а ). При
резком снижении напряжения (до и2 < их) механической характери стикой двигателя будет характеристика 2 и, следовательно, новой скоростью двигателя в установившемся режиме ( М л = М СТ) будет
скорость, соответствующая точке b. Так как переход произошел быстро, то двигатель в первый момент перейдет на работу в точку
а затем по характеристике 2 - в точку Ь. Участок ef на характери стике 2 есть также режим с рекуперацией энергии в сеть (генера торное торможение).
Способ генераторного торможения весьма экономичен. Воз можно плавное торможение с соответствующим уменьшением напряжения и на якоре двигателя. Недостатком этого способа тор можения является невозможность затормозить электропривод до полной остановки.
Электродинамическое торможение двигателя осуществляется отключением его якоря от сети и замыканием якоря накоротко или
на добавочное сопротивление /?д (рис. 5.21). Обмотка возбуждения ОВд при этом остается подключенной к сети с сохранением преж
него направления тока возбуждения / в . В этом случае кинетиче ская энергия движущихся частей привода преобразуется в электри ческую, которая затем выделяется в виде тепла в сопротивлении цепи якоря. При отключении якоря от сети {и = 0) и замыкании его накоротко ток в якоре изменит свое направление, а также величина его будет близка к току короткого замыкания, то есть возникает опасность ухудшения коммутации машины и образования чрез мерно большого тормозного момента. Во избежание этого и уста навливается добавочное сопротивление /?д, тогда
/я = -------—
Я R a + R%
Учитывая М д = С М/ ЯФВ и Е - Сепд Фв, получается уравне
ние механической характеристики в режиме электродинамического торможения:
/?я + пд = ------------
СеСм ф 2
где М Л - тормозной момент.
На рис. 5.21 приведено семейство характеристик при различ ных /?д. Способ электродинамического торможения позволяет до
водить тормозной процесс до полной остановки электропривода, однако с уменьшением скорости тормозной момент уменьшается при /гд = 0, М А= 0.
Рис. 5.21. Схема и характеристики электродинамического торможения
Режим |
Торможение |
двигателя |
противовключенисм |
Рис. 5.22. Схема торможения противовключением
В электродвигателях с последовательным и смешанным воз буждением последовательная обмотка возбуждения либо при тор можении включается на независимое возбуждение, либо отсоеди няется полностью. Торможение противовключением применяется в тех случаях, когда наряду с требованием быстрой остановки необходимо осуществить реверс двигателя. Эффект торможения основан на том, что при неизменном включении обмотки возбуж дения ОВд обмотка якоря переключается на другую полярность
(рис. 5.22). При этом ток в якоре изменяет свое направление:
_ - и - Е
Я“ *Я Знак перед Е сохраняется, так как направление тока возбуж
дения и направление вращения якоря не изменяются. Поскольку в начальный момент торможения Е ~ и , то ток в якоре /я ~ —2w/ /?я.
В начале торможения возможен двойной по величине ток коротко го замыкания. Для ограничения этого тока надо последовательно с якорем включить тормозное сопротивление RT. Чтобы получить уравнения механической характеристики двигателя в режиме противовключения, необходимо в уравнении (5.5) изменить знак вели чины м, а вместо /?р подставить . Одновременно необходимо
изменить знак у величины Мд , так как в момент торможения про тивовключением изменяется и направление тока /я в якорной об мотке, а, следовательно, и направление Мд . Окончательно уравне ние механической характеристики имеет вид: