Материал: Лаб практикум

получена в результате последовательного соединения имеющихся характеристик типа “зона нечувствительности” и “зона насыщения”, представленных, соответственно, на рис. 1.7, а и б.

Статические характеристики генератора постоянного тока

Рассмотрим генератор постоянного тока, якорь которого вращается с постоянной угловой скоростью с помощью вспомогательного двигателя. Управляющий сигнал в виде напряжения Uв подается на обмотку возбуждения генератора, а выходным сигналом является напряжение Uн, снимаемое со щеток генератора и поступающее на нагрузку Rн.

Построим линейную математическую модель генератора, пренебрегая такими явлениями в магнитных материалах, как гистерезис

инасыщение.

Врежиме холостого хода ЭДС, вырабатываемая генератором, присутствует на выходе и пропорциональна напряжению в обмотке возбуждения

Eг = KгUв,

где Kг – коэффициент усиления генератора, зависящий от многих параметров.

При подключенной нагрузке протекает ток нагрузки Iн, который одновременно является и током якорной обмотки. Этот ток вызывает падение напряжения на активном сопротивлении якорной обмотки Rя, из-за чего напряжение на нагрузке становится меньше ЭДС генератора:

Uн = Eг – IнRя = KгUв – IнRя.

21

В соответствии с полученным выражением строится статическая модель генератора, представленная на рис. 1.8.

Семейства регулировочных и нагрузочных статических характеристик приведены, соответственно, на рис. 1.9, а и б.

С помощью структурной модели (рис. 1.8) семейство регулировочных характеристик наблюдаем на осциллографе, подключенном к выходу Uн, подавая линейно изменяющийся сигнал на вход Uв, а на вход Iн – векторное задание константы. Семейство нагрузочных характеристик получаем при подаче линейно изменяющегося сигнала на вход Iн, а на вход Uв задаем константы.

Наклон регулировочных характеристик определяется величиной Kг, а отрицательный наклон нагрузочных характеристик зависит от Rя. Очевидно, что желательно иметь генератор с малым сопротивлением якорной обмотки, обеспечивающим более пологую нагрузочную характеристику.

22

Статические характеристики системы стабилизации напряжения генератора

Для того чтобы компенсировать уменьшение напряжения на нагрузке с ростом тока нагрузки, необходимо увеличить напряжение, подаваемое на обмотку возбуждения генератора. Это может быть реализовано автоматически за счет построения замкнутой системы с отрицательной обратной связью, как показано на рис. 1.10.

Рис. 1.10

В структурной схеме появился дополнительный усилитель с коэффициентом усиления Kу, на входе которого осуществляется сравнение входного заданного напряжения Uз с напряжением на нагрузке. Данная структурная схема соответствует системе стабилизации с пропорциональным законом управления

Uв = Kу(Uз – Uн)

ивозмущающим воздействием в виде тока нагрузки Iн.

Взамкнутой системе напряжение на нагрузке зависит от входных сигналов следующим образом:

где первое слагаемое определяет регулировочную характеристику, а второе слагаемое задает нагрузочную характеристику.

Выбирая большое значение коэффициента усиления Kу, получаем практически единичный наклон регулировочной характеристики (рис. 1.11, а), а наклон нагрузочной характеристики значительно уменьшается (рис. 1.11, б).

23

Уменьшение наклона нагрузочной характеристики для замкнутой системы означает, что имеем существенную, хотя и не полную, компенсацию падения напряжения на нагрузке из-за возросшего тока нагрузки.

Задание и порядок выполнения работы

1. Исследование параллельного соединения.

Для экспериментального изучения статических характеристик параллельного соединения предлагается использовать структурную схему на рис. 1.12, где в одной ветви соединения находится нелинейность типа “зона нечувствительности”, а в другой – усилительный элемент с коэффициентом усиления K.

K

Рис. 1.12

На вход схемы подаем линейно-изменяющийся сигнал с генератора, а выход подключаем к осциллографу, что позволяет автоматизировать процесс получения статических характеристик на экране осциллографа. Подобным образом будем наблюдать статические характеристики и для других структурных схем в данной лаборатор-

24

ной работе. Однако такая методика применима лишь к безынерционным элементам.

Для параллельного соединения на рис. 1.12 получить семейство статических характеристик в зависимости от параметра K и сравнить их с теоретическими.

2. Исследование последовательного соединения.

Для изучения свойств последовательного соединения будем использовать нелинейный блок типа “зона насыщения” и линейный элемент с коэффициентом усиления K.

Предварительно необходимо реализовать нелинейность с заданными параметрами c и d и убедиться в правильности ее вида на осциллографе. Собрать схему последовательного соединения, располагая вначале усилительный элемент, а за ним нелинейность, как показано на рис. 13, а.

Получить семейство статических характеристик, варьируя коэффициент усиления K и сравнить их с теоретическими.

Выполнить аналогичную работу для последовательного соединения, когда элементы меняются местами (рис. 1.13, б).

Анализируя семейства статических характеристик в двух схемах последовательного соединения сделать выводы.

3. Исследование соединения с обратной связью.

Влияние обратной связи на статические характеристики изучим с помощью структурной схемы на рис. 1.14, где в прямом канале расположен нелинейный элемент “зона насыщения” с заданными параметрами, а в обратной связи усилительный элемент с варьируемым коэффициентом усиления K.

25