Контрольная работа: Элементы автоматизированного электропривода
Федеральное агентство по образованию
Сибирский федеральный университет
Институт цветных металлов и золота
Контрольная работа
Дисциплина: Электроснабжение предприятий
2010
ЗАДАЧА 1
Рассчитать коэффициент усиления 
и
ограничение выходного напряжения 
усилителя,
коэффициент обратной связи по напряжению 
УП,
обеспечивающие статизм внешней характеристики УП в нормальном режиме 
= 1,5 %, при условии, что
УП имеет линейную характеристику управления с неизменным коэффициентом усиления
, номинальный статизм без
обратной связи 
и жёсткую
внешнюю характеристику 
в диапазоне
изменения тока нагрузки от 0 до двойного номинального значения 
Номинальное напряжение 
.
Дано:
= 1,5 %;
;
.
- ?
Решение.
Структурная схема управляемого преобразователя (УП) представлена на рис.1.
Рис.1. Структурная схема УП с входным усилителем и обратной связью по напряжению
Так как согласно исходным данным ЭДС УП без обратной связи
остается неизменной при изменении тока нагрузки, то падение напряжения
определяется только неизменным внутренним сопротивлением RП и 
При действии отрицательной обратной связи по напряжению внешняя характеристика становится более жесткой и
Следовательно, общий коэффициент усиления по замкнутому
контуру напряжения (
) определится из
соотношения 
и :
.
Так как задано 
, то
можно определить произведение
Разделить коэффициенты 
можно,
если известно номинальное значение задающего напряжения Uз.ном.. Пусть Uз.ном. = 10 В, тогда
,
и, следовательно,
.
Тогда
Для определения ограничения выходного напряжения усилителя требуется найти максимальное значение ЭДС УП:
Тогда Uнас = Емах / Кн = 328,4 / 3,24 ≈ 100 В.
Уравнение внешней характеристики:
Задача 2
Определить, как изменится статизм внешней характеристики УП с
данным задачи 1, если ввести дополнительно с помощью положительной обратной
связи по напряжению на уровне 
.
Решение.
Таким образом, управляемый преобразователь по условию задачи должен иметь две образные связи по напряжению: отрицательную, действующую через входной усилитель с ограничением, как это показано на рис.1, и положительную, которая вводится непосредственно на вход УП. Тогда при критической настройке обратной связи согласно Ко.н.к. = 1/ Ку Кп будет Ко.н.2 = 1/ Кп = 1/5 = 0,2.
Преобразователь, окруженный такой связью, приобретает свойства источника тока с характеристикой
Iн = Uвх / (Ко.н.2 RП).
Для заданного токоограничения 
входное напряжение УП, т.е. выходное напряжение усилителя, приобретает
значение
Определим внешнюю характеристику УП с учетом одновременного действия отрицательной и положительной связей:
, т.е.
;
.
Сравнивая рабочие участки внешних характеристик в задачах 1 и
2 замечаем, что введение дополнительной положительной связи с критической
настройкой повышает статизм в 6,6/4,24 = 1,56 раза при снижении задающего
напряжения в 100/33,4 = 3 раза. Однако одновременно обеспечивается надежное
ограничение тока на уровне 
при
условии уменьшения ограничения напряжения усилителя до 
Задача 3
Рассчитать коэффициент усиления и минимальное сопротивление в
зоне прерывистых токов ТП, имеющего следующие данные: индуктивность нагрузки 
=0; максимальное значение
линейно изменяющегося опорного напряжения 
=
10В; угловой интервал рабочего участка опорного напряжения 
=3000;
нормальное вторичное напряжение трансформатора 
=208В;
напряжение короткого замыкания трансформатора 
=
4,75%; относительные потери мощности короткого замыкания трансформатора 
= 3,75%; напряжение сети 
=380В; мощность
трансформатора 
= 7,7 кВА. Схема
ТП – трехфазная.
Рис.1. Трехфазная схема ТП
Самая простая схема, но самый большой уровень пульсаций,
частота 
Гц. Ток Id дополнительно подмагничивает
трансформатор, что требует увеличение габаритов трансформатора. Для двигателей
до 1-10 кВт.
Тогда
и для малых значений Uy , когда
.
коэффициент усиления ТП
kп = 
Это значение kп соответствует касательной к
синусоидальной характеристике управления ТП и дает возрастающую погрешность с
увеличением Uy. Максимальная погрешность имеет
место при Uy = Uymax = 6В (
т.е. 57%. Более точна аппроксимация синусоидальной
характеристики в интервале углов 0-900 усредненным значением kп, определенным для угла 
, т.е. для Uy = 4В.
Для данной линеаризации:
kп = (141 sin 
) / 4 = 30.5
и в диапазоне изменения Uy = 0-4.6 B погрешность по выходному напряжению не превосходит 20%.
Для определения минимального внутреннего сопротивления ТП в зоне прерывистых токов можно пользоваться выражением:
для границы прерывистых токов. Тогда с учетом 
и Ld = 0
.
Сравнение последнего сопротивления с сопротивлением от перекрытия вентилей Rп показывает,
,
что 
в 2 раза больше RП.
Так как
Где
= SН.тр / 
U2л.ном. = 7700 / 208
= 21,4 А.
Следовательно, искомое сопротивление
Рассчитать коэффициент усиления и электромагнитную постоянную
времени возбуждения генератора имеющего следующие данные: 
= 460В; 
=435А; n = 3000
;
=8.15; 
= 730 – на один полюс; 
=16.6Ом; 
=1; 
=135; 2а = 2; 2р = 4; Ф =
0,0475 Вб; при F = 4750 А.
Коэффициент усиления определяется по выражению:
где w
= 
.
Полученное значение коэффициента усиления по напряжению соответствует начальному линейному участку характеристики намагничивания и без учета дополнительного сопротивления в цепи возбуждения.
Для проверки полученного значения целесообразно воспользоваться отношением выходного напряжения к напряжению возбуждения в номинальном режиме:
Так как в номинальном режиме генератор в определенной мере
насыщен, то неравенство
является необходимым условием справедливости
результата расчета
.
Согласно исходным техническим данным генератора может быть подсчитана электромагнитная постоянная времени, соответствующая начальному прямолинейному участку характеристики намагничивания:
Список литературы
1. Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода. – М: энергоатомиздат, 1987. – 224 с.
2. Коновалов Л.И., Петелин Д.П. Элементы и системы электроавтоматики. – М.: Высшая школа, 1985.
3. Справочник по средствам автоматики/Под. ред. В.Э. Низэ и И.В. Антика – М.: Энергоатомиздат, 1983.