7. Обобщенная электромеханическая система с линеаризованной механической характеристикой

  Из теории автоматического управления известно, что динамические свойства замкнутых систем определяются свойствами разомкнутой системы, ее передаточными функциями и частотными характеристиками. Поэтому прежде чем перейти к изучению свойств замкнутых систем «управляемый преобразователь-двигатель», рассмотрим динамику разомкнутых электромеханических систем.

  При определенных условиях механические характеристики принципиально разнотипных двигателей описываются идентичными уравнениями. В этих границах аналогичны и основные электромеханические свойства двигателей, что создаёт предпосылки для обобщённого изучения динамики электромеханических систем.

  Возможность такого обобщения вытекает из сравнения уравнений динамической жесткости, для двигателя постоянного тока с независимым возбуждением и асинхронного двигателя при линеаризации рабочего участка характеристики при питании от источника напряжения и тока:

  - ДПТ;

  - АД при питании от генератора напряжения;

  - АД при питании от генератора тока.

  Из сравнения этих выражений видно, что они отличаются только выражениями статической жесткости ( ) и электромагнитной постоянной времени Т_э(Т_я). Следовательно, распространив обозначение Т_э на двигатели постоянного тока (Т_я=Т_э), получим следующую форму записи уравнений динамики линеаризованных электромеханических систем:

  Эти уравнения являются обобщенными уравнениями динамики электромеханической системы с двигателем, имеющим линейную или линеаризованную механическую характеристику, динамическая жесткость которой описывается передаточной функцией апериодического звена с коэффициентом β и постоянной времени Т_э:

  Системе уравнений соответствует структурная схема обобщенной электромеханической системы (рис. 7.1).

  Особенности применяемого двигателя при этом отражаются в конкретном смысле переменных и выражениях параметров. Для двигателя с независимым возбуждением:

  Для асинхронного двигателя при линеаризации рабочего участка его механической характеристики в области s<s_к:

  Обобщенная электромеханическая система с механической характеристикой, описываемой линейным дифференциальным уравнением первого порядка, является основным объектом изучения теории электропривода. Она правильно отражает основные закономерности, свойственные реальным нелинейным электромеханическим системам в режимах допустимых отклонений от статического состояния, и, благодаря простоте, обеспечивает возможность обобщенного анализа этих закономерностей методами теории автоматического управления.

  Динамические процессы синхронного электропривода описываются следующей системой уравнений:

  Структурная схема электромеханической системы с синхронным двигателем имеет вид (рис. 7.2)