A naliza sta n ó w nieu sta lo n ych a m p lid y n y 53
Poniew aż w obwód uzw ojenia sterującego napięciow ego sprzężenia zw rotnego w trąco n a je s t duża oporność dodatkow a, pow iększenie stałej czasowej pierw szego sto pnia w zm ocnienia jest n a ogół niew ielkie.
7. W yniki pomiarów oscylograficznych stanów nieustalonych amplidyny
54 W ładysław Paszek
i
Rys. 14a. P rzebieg n ap ięcia Ud = f ( t ) am p lid y n y na biegu jało w y m przy w e w n ętrz n y m sprzężeniu zw rotnym m q < 0 po załączeniu n apięcia stałego do uzw o
je n ia sterującego
Rys. 14b. Ud = f (t) przy słab y m u jem nym sp rężeniu zw ro tn y m
m g
■
‘ ¡¿&
ii... - ... / ■ 1 . . . .
i— ...- ...o , s s .
Mtłz
i M i H f B j i f i $ 11 f i g 4 H M H M M f 1 M f B M * 1 I H | t i f 1 f | H j 1
Rys. 14c. Ud = f (t) przy m q > 0
A n a liza stanów n ieu sta lo n ych a m p lid y n y
żenie zw ro tne pow oduje p ow stanie charaktery stycznego p rzeregulow ania po przy ło żeniu napięcia do uzw ojenia sterującego. Przebieg w ykazuje
56 W ładysław Paszek
tłum ionych przebiegów periodycznych, przy czym układ spełnia zawsze w a ru n k i stabilności (krzyw a X , Y przy m q = v a r nie przecina h iperboli granicy stabilności). P om iary w yk azują celowość zastosow ania choćby lekkiego ujem nego sprzężenia zw rotnego dla zm niejszenia zastępczej sta łej czasowej oraz dla zm niejszenia napięcia szczątkowego am plidyny.
Bardzo w ygodny w p rak ty c e okazuje się sposób skręcenia szczotek po
przecznych nie w ym agający oddzielnego uzw ojenia sterująceg o (istnie
jąc ew en tu aln ie dodatkow e uzw ojenia steru jące m ogą być dzięki tem u użyte do innych zadań regulacyjnych). O ile w ieniec szczotkotrzym aczy am p lid yn y nie pozw ala na skręcen ie szczotek poprzecznych niezależnie od szczotek podłużnych, m ożna lekko skręcić cały w ieniec szczotkotrzy- m aczy łącznie ze szczotkam i podłużnym i o około
1l
-2 działki kom utatora, przez co osiąga się już w ydatn e u jem n e sprzężenie zw rotne. Skręcenie w ieńca szczotkotrzym aczy w w iększym zakresie nie jest celowe, po n ieważ w ysuw am y wówczas szczotki podłużne z pola biegunów k o m u tu jących, co pogarsza w aru nk i kom utacji tw o rn ik a w osi podłużnej am pli
dyny.
7.2. A m p lid yn a obciążona oporem czynnym
R ysunek 16 a, b i c p rzed staw ia przebieg czasowej fu n k cji przejścia Ud = f(t) am plid yny dokładnie skom pensow anej ( mj = 0), obciążonej oporem czynnym odpow iednio p rzy zerow ym sprzężeniu zw rotnym
Rys. 16a. P rzebieg n a p ię cia Ud = f ( t ) i p rą d u I d —
= f ( t ) am p lid y n y d o k ła d nie skom pensow anej, ob
ciążonej oporem czynnym przy w ew n ętrzn y m sp rzę
żeniu zw rotnym m q = 0, po załączeniu n ap ięcia s ta łego do uzw ojenia s te ru
jącego
7 7 1 ,^ 0 ), u jem n y m sprzężeniu zw ro tny m ( mq > 0) i dodatnim sprzę
żeniu zw rotnym ( mq <C 0). Prócz przebiegu napięcia Ud oscylografowano p rą d obciążenia h - W chw ili zaznaczonej na osi zerow ej p rądu Id załą
czono źródło napięcia stałego do zacisków uzw ojenia sterującego am p
li-A n a liza stanów nieu sta lo n ych a m p lid y n y 57
Rys. 16b. Ud = f (t), Id — 1 (t) p rzy m q > O
Rys. 16c. Ud = f (t), Id =
= f ( t ) p rz y m q < O
Rys. 17.' Ud = f (t). Id = f ( t ) p rz y m ? ?> 0. S am ow zbudzenie am p lid y n y obciążonej oporem czynnym pod w pływ em dodatniego napięciow ego sprzężenia zw rotnego
58 W ładysław Paszek
dy n y obciążonej oporem czynnym . Sprzężenie zw rotne m q zm ieniano przy pom ocy skręcenia szczotek poprzecznych. P rak ty czn ie te n sam efek t o trzy m uje się p rzy zastosow aniu napięciow ego sprzężenia zw rot
nego. Z oscylogram ów w idoczny jest efekt zm niejszenia zastępczej stałej czasowej przy w prow adzeniu ujem nego sprzężenia zw rotnego. Na ry su n k u 16 b koniec oscylogram u przedstaw ia zanik napięcia am plidyny po w yłączeniu napięcia sterującego. R ysunek 17 p rzed staw ia przebieg sam ow zbudzenia am plidyny przy dużym dodatnim sprzężeniu zw rot
nym (mŁ; <1 0), przy k tó ry m am p lid y n a w zbudza się do g ran icy nasycenia po załączeniu sprzężenia zw rotnego beż napięcia sterującego. Zastoso
w an o napięciow e dodatnie sprzężenie zw rotne nieco w ięksże od granicz
nego sprzężenia zw rotnego, p rzy k tó ry m układ s ta je się n iestabiln y w obszarze przebiegów aperiodycznych. W chw ili zaznaczonej na osi ze
row ej włączono napięciow e sprzężenie zw rotne.
R ysunek 18 a i b p rzedstaw ia przebieg czasowej fu n k cji przejścia am p lid yn y niedokom pensow anej (md > 0) i przekom pensow anej {md < 0).
W chw ili zaznaczonej n a osi zerow ej p rądu Id załączono źródło napięcia stałego do zacisków uzw ojenia sterującego am plidyny obciążonej opo
rem czynnym . Sprzężenie zw rotne m q dla obu w ypadków rów na się
Rys. 18a. P rzebieg napięcia Ud = /(i) i p rą d u I d = f(t) am p lid y n y niedokom penso
w an e j (m d > 0) po załącze
n iu n ap ięc ia stałego do uzw ojenia ste ru jąc eg o sprzężenie zw ro tn e m q = 0
zeru. W pływ doboru kom pensacji (sprzężenia zw rotnego trzeciego sto p nia w zm ocnienia am plidyny) n a przebieg fu n k cji przejścia p rzy obcią
żeniu oporem czynnym am plidyny je st podobny do w pływ u sprzę
żenia m , (drugiego stopnia w zm ocnienia am plidyny). R ysunek 19 przed staw ia oscylogram sam ow zbudzenia am plidyny obciążonej oporem czyn
nym , na sk u tek zbyt silnego przekom pensow ania ( m j < 0). U kład jest niestabilny, p rzy czym w m ia rę w zrostu przekom pensow ania staje się n iestab iln y w obszarze przebiegów aperiodycznych. W chw ili zaznaczo
nej n a osi zerow ej załączono opór obciążenia na zaciski niew zbudzonej
#
A na liza sta n ó w n ieu sta lo n ych a m p lid y n y
*
59
Rys. 18b. Ud = f(t), Id = f(t) przy md ^ O (am plidyna p rzekom pensow ana). S p rz ę
że n ie zw ro tn e m a = 0
M 0
...-ii....i-i:,).-. M'M?!:!ti!inU!Uitt|iH|t!!!!iUjlH]!>!l)!!H1|ttU1!l
i ; .. _ - - _ — ■ -:-i;
Rys. 19. Ud = i (t), Id = f (t) p rz y m d 0, m q = 0. S am ow zbudzenie am p lid y n y ob ciążonej oporem czynnym p rzy p rzekom pensow aniu am plidyny
am p lid y n y p rzy odłączonym uzw ojeniu steru jący m . W aru n ek sam o- w zbudzenia określony je s t przez w artość przekom pensow ania oraz oporu obciążenia. A m plidyn a w zbudza się do gran icy nasycenia podobnie jak p rądnica szeregowa.
7.3. A m p lid yn a obciążona oporem in d u k cy jn y m (u zw ojen ie w zb u d zen ia prądnicy)
Na ry su n k u 20 a i b przedstaw iono przebieg czasowej funkcji p rze j
ścia Id — f (t) am plidy n y dokładnie skom pensow anej [md = 0), obcią
żonej oporem silnie in d u k cy jn y m p rzy bardzo m ałym sprzężeniu zw ro t
n y m m q' ^ 0 (nieznaczne sprzężenie zw ro tne m q > 0 w y stępu je w sk utek niezupełnego zrów now ażenia oddziaływ ania żelaza tw c rn ik a i zezwojów k o m u tu jąc y c h am p lidy n y przez skręcenie szczotek poprzecznych w kie
i
60 W ładysław Paszek
ru n k u przeciw nym do k ieru n k u obrotów w irnika) i przy silnym u je m nym sprzężeniu zw rotnym (m , > 0 ) . N a oscylogram ach zaznaczono chw i
lę załączenia napięcia stałego do uzw ojenia sterującego. Oprócz p rąd u
Rys. 20a. P rzebieg napięcia Ud = f(t) i p rą d u Id = f(t) am plidyny dokładnie skom pensow anej (md = 0), ob
ciążonej oporem in d u k c y j
n y m (uzw ojenie w zbudze
n ia w zbudnicy (prądnicy) p rzy m ałym u jem nym sprzężeniu zw ro tn y m m g ««
= 0, po załączeniu n ap ięcia stałego do uzw ojenia Ste
rującego
obciążenia Id oscylografow ano przebieg napięcia am plidyny. Z oscylo- gram ów w idoczny jest silny w pływ ujem nego sprzężenia zw rotnego na zastępczą stałą czasową. Przebiegi p rąd u obciążenia w y k azują c h a ra k te r m onotoniczny n aw et przy silnie oscylacyjnym przebiegu napięcia am - plidyny. Dalsze zw iększenie ujem nego sprzężenia zw rotnego pow oduje podw yższenie charak tery sty czn ego przereg ulo w ania napięcia am plidyny.
r
i ■
Ud
kt
.... ' i
50Hz
l l l i l l i i B H j . i n i l l
Rys. 20b. Ud = f (t), Id = f (t) p rzy md = 0, rnq > 0
P rzebiegi w ykazują n aw et przy bardzo znacznym u jem nym sprzężeniu zw rotn ym przebiegi periodyczne silnie tłum ione.
R ysunek 21 a i b p rzed staw ia przebieg zaniku napięcia am plidyny obciążonej oporem in d u k cy jn y m p rzy w yłączeniu napięcia sterującego
A n a liza sta n ó w nieu sta lo n ych a m p lid y n y 61 am plidyny, przy śred n im u jem n y m sprzężeniu zw rotn ym m ą > 0 (i przy bardzo silnym u jem n y m sprzężeniu zw ro tn ym m q 0). Z oscylogram ów
tlili í I MIII
¿¿«i., iXíÁÉú'Á
0,5 s
50 Hz
Rys. 21a. Z an ik n ap ięc ia U j i p rą d u Id skom pensow anej am plidyny obciążonej oporem in d u k c y jn y m po w yłączeniu n ap ięcia sterującego
p rzy śred n im ujem nym , sprzężeniu zrwirotnym m q > 0
irttWWBtiM
Rys. 21b. Z a n ik n ap ięcia Ud i p rą d u Id am plidyny ja k dla rys; 21a p rzy zw iększonym u je m n y m sprzę
żeniu zw ro tn y m m q 0
w idoczny je s t w p ły w ujem nego sprzężenia zw rotnego n a częstotliw ość oscylacji tłu m io n y ch napięcia am plidyny.
Na ry su n k u 22a i b przedstaw iono przebieg czasowej fu n k cji przejścia
*
62 W ładysław Paszek
Id = f (i) am plidyny przekom pensow anej (m d< 0) i niedokom pensow anej (m d ^ 0), obciążonej odbiornikiem in du kcy jny m przy zerow ym sprzęże
niu zw rotn ym m q = 0. Prócz p rą d u Id oscylografow ano napięcie na
zaci-Rys. 22a. P rzeb ieg n apięcia
Ud — f (t)
i p rą d u Id = f
(t)
am plidyny p rz e - kom pensów anej (md < 0) obciążonej oporem in d u k c y jn y m p rz y m q = 0, po załączeniu napięcia stałego douzw o je n ia sterującego
skach am plidyny Ud — f(t). Na sk u tek przekom pensow ania przebiegi w y k azu ją n a rys. 22a w artości początkow e w ynik ające z napięcia szczątko
wego am plidyny. W chw ili zaznaczonej nia oscylograimie załączono źródło
Rys. 22b. Ud = f (t), I d — f (t) p rzy m d = 0 oraz m q = 0 50 Ht
napięcia stałego do zacisków uzw ojenia sterującego. C harak terystyczn y jest m onotonięzny w zrost p rą d u obciążenia naw et p rzy znacznym prze- kom pensow aniu am plidyny. W idoczny jest z oscylogram ów w pływ stan u skom pensow ania na zastępczą stałą czasową. Na ry su n k u 23 p rze d
sta-* *
A na liza stanów nieu sta lo n ych a m p lid y n y 63 włono zanik napięcia i p rą d u am plidyny niedokom pensow anej po w y
łączeniu napięcia sterującego. C h arak tery sty czn y jest oscylacyjny zanik p rąd u obciążenia, odm ien n y od p rzy p ad k u am plidyny skom pensow anej przy silnym u jem n y m sprzężeniu zw rotn y m {mq > 0) (por. rys. 21 a i b).
Rys. 23. Z an ik napięcia Ud i p rą d u Id
am p lid y n y niedokom pensow anej (md > 0) p rz y m q = 0, obciążonej oporem in d u k c y jn y m po w łączeniu
n a p ię c ia sterującego
R ysu n ek 24 p rzed staw ia zjaw isko sam ow zbudnych oscylacji napięcia i p rą d u am p lidy ny przy p rzekroczeniu granicznej w artości niedokom - pen so w ania am plidyny. W chw ili zaznaczonej n a oscylogram ie załączono bardzo silnie niedokom pensow aną am plidynę na obciążenie indu kcy jne.
Rys. 24. Ud — f (t), Id — f (t) p rzy md ^ 0, m q = 0. S am ow zbudne oscylacje n apięcia i p rą d u am p lid y n y silnie niedokom pensow anej, odciążonej oporem in d u k c y jn y m
N iestabilne przebiegi am plidyny przy silnym niedoikompensowaniu (md >> 0) w y n ik a ją z przeprow adzonych w pracy rozw ażań teoretyczny ch (krzyw a X , Y przy m d = v a r p rzecina się z h ip erb o lą stateczności w obszarze przebiegów periodycznych). U stalona am plitud a oscylacji odpow iada silnem u nasy cen iu obw odu m agnetycznego am plidyny (Umax =
= 280 V).
64 W ładysław Paszek
7.4 A m plidyna obciążona p ojem n ością dynam iczną (siln ik bocznikow y ze sta ły m w zbudzeniem )
R ysunek 25 a, b i c p rzed staw ia porów nanie przebiegów czasowej fu n k cji p rzejścia U j = f ( t ) am plidyny dokładnie skom pensow anej, ob
ciążonej pojem nością dynam iczną przy ujem nym sprzężeniu zw rotnym
(m q > 0), zerow ym sprzężeniu zw ro tny m (m , = 0) o raz przy dodatnim sprzężeniu zw rotny m (m q < 0). Z m ianę sprzężenia zw rotnego m q
re-Rys. 25a. P rzebieg n ap ięc ia Ud = f (t) i p rą d u Id = f (t) am plidyny dokładnie skom pensow anej (md = 0), obciążonej pojem nością dynam iczną przy u jem n y m sprzężeniu
zw ro tn y m (m q > 0 ) , po załączeniu n apięcia stałego do u zw ojenia steru jąceg o
gulow ano skręceniem szczotek poprzecznych. P rak ty czn ie te sam e p rze biegi otrzy m u je się p rzy w prow adzeniu napięciow ego sprzężenia zw ro t
nego. Prócz napięcia na zaciskach am plidyny m ierzono przebieg p rąd u obciążenia Id- Poniew aż opór w ew n ętrzny silnika i przew odów dopro
50 H z
[
*n ! ?1 !!j!!! i {U1)) tl IH!; (! )j I) I < || j 11M M! M! jl! *" M111 (J! U M M * ’ t! I" 1!" 1! I [ IIM ((M M M11 1 1 1 i! 11«11 (I < ' i n >' < n M
\
Rys. 25b. Ud = f (t), Id = f (t) przy md = 0, m q = 0
A n a liza stanów nieu sta lo n ych a m p lid y n y 65 w adzających jest znacznie m niejszy od oporu w ew nętrznego am plidyny, przebieg napięcia na zaciskach am plidyny odpow iada w przybliżeniu przebiegow i szybkości silnik a po przyłożeniu — w chw ili zaznaczonej na oscylogram ach — do uzw ojenia sterującego źródła napięcia stałego.
N a oscylogram ach w idoczny je s t ch arak tery sty czn y przebieg napięcia i p rą d u am plidyny, podobny do k rzyw ych aperiodycznego ładow ania k o n d en sato ra przez indukcyjność i opór. W artość początkow a prąd\x obciążenia pochodzi od napięcia szczątkow ego am plidyny. W idoczny jest w pływ sprzężenia zw rotnego n a zastępczą sta łą czasową przebiegu n a pięcia. P rzeb ieg napięcia zachow uje c h a ra k te r m onofoniczny n aw et przy
Kys. 25c. Ud = f (t), Id = f (t) p rzy md — 0, m q < 0
znacznym u jem n y m napięciow ym sprzężeniu zw rotnym . J e s t to spowo
dow ane spadkiem napięcia n a oporze w e w n ętrzn y m am plidyny, w yw o
łan y m przez duży p rą d obciążenia p rzy szybkim w zroście napięcia w e
w nętrznego. P onadto w pływ w ew nętrznego sprzężenia zw rotnego (n d >
> 0) trzeciego stopnia w zm ocnienia obniża strom ość n a ra stan ia napięcia w ew nętrznego .Ed. Na sk u te k szybkiego w zrostu p rą d u obciążenia am pli
dyny po p rzyłożeniu napięcia steru jąceg o s tru m ie ń rozproszenia uzw ojeń ko m pen sacy jnych in d u k u je w u zw o jen iu ste ru ją c y m siłę elektrom oto
ryczną tra n sfo rm ac ji przeciw nie skierow aną do przyłożonego napięcia sterującego. P odobny w p ły w w y w ie ra nierów n om ierny rozpływ p rąd u obciążenia przez uzw ojenie kom pen sacy jne i opór bocznikujący uzw o
je n ia kom pensacyjne. Jeżeli realizu jem y u jem n e sprzężenie zw rotne p rzy pom ocy ujem nego napięciow ego sprzężenia zw rotnego, wówczas n a sk u te k dużych w artości p rą d u obciążenia, pojaw iających się p rzy szybkim w zroście napięcia w ew nętrznego am plidyny, spadek napięcia n a oporze w e w n ętrzn y m am plidyny obniża silnie skuteczność ujem nego sprzężenia zw rotnego. P rzeregu lo w anie napięcia am plid yn y przy ujem
-5 E le k tr y k a zesz. 4
66 W ładysław P aszek
nym sprzężeniu zw rotnym (m , - 0) — jakie w ystęp uje przy obciążeniu oporem czynnym — m ożna otrzym ać przy w trącen iu dodatkow ego oporu czynnego w obwód obciążenia am p lid y ny połączonego szeregow o z tw o
r-Rys. 26a. P rzebieg n ap ięc ia Ud = f (t) 'i p rą d u Id = f (t) am plid y n y silnie n iedo- kom pensow anej (md > 0) po załączeniu n apięcia ste ru jąc eg o sprzężenie zw rotne
mq = 0
nikiem silnika. W ówczas napięcie n a zaciskach am plidyny zbliżone jest w w iększym stopniu do przebiegu w ew n ętrzn ej siły elektrom otorycz
nej Ed. Z oscylogram ów w idoczny jest silny w pływ sprzężenia zw
rotne-Rys. 26b. Ud — f (t), Id — f (t) p rzy < 0 (słabe przekotnpensow anie am plidyny),
(mq = 0)
go nic, n a zastępczą stałą czasową n a ra s ta n ia napięcia am plidyny. W pływ skom pensow ania am plidyny obciążanej pojem nością dynam iczną na p rze
bieg czasowej fu n k cji przejścia Ud — f(l) ilu s tru je oscylografii p rzed sta
*
A na liza stanów n ieustalonych a m p lid y n y Q7 w iony na ry su n k u 26a (amplid.yna silnie niedokom pensow ana m d > 0), 26b (aimplidyna słabo przekom pensow ana m d < 0) i 26c (am plidyna silniej przekam pensołw ana m d <<ć 0).
Dla w szystkich trzech przypadków sprzężenie zw rotne m q = 0. Z oscy- logram ów w idoczny je st w pływ przekom pensow ania na w artość zastęp
czej stałej czasowej przebiegu napięcia am plidyny. P rzy słabym
prze-Rys. 26c. Ud = f (t), Id = f (t) przy m d < 0 (silniejsze przekom pensow anie am plidyny), (rnq = 0)
kom pensow aniu (rys. 26 b) o trzy m u je się przebieg napięcia am plidyny m ieszczący się tuż poza g ranicą obszarów przebiegów oscylacyjnych tłu m ionych (przebieg zbliżony do w yp ad ku kryty cznego ładow ania konden
sa to ra przez indukcyjność i opór czynny). Zw iększenie przekom pesow a- n ia p rzy czy n ia się do w yraźnego p rzejścia w obszar przebiegów oscyla
cy jny ch napięcia i p rą d u obciążenia am plidyny. P rz y dalszym pow
iększe-Rys. 27. Ud = j( t ) , Id = / (t) p rzy m</<1 0, m.7 = 0. S am ow zbudzenie oscylacji am p li
dyny obciążonej pojem nością dy n am iczn ą p rzy silnym przekom pensow aniu
niu przekom pensow ania u k ład sta je się niestabilny. Na ry su n k u 27 przedstaw iono przebieg n a ra sta n ia osc3/la c ji nietłum ionych napięcia i p rą d u obciążenia am p lid y ny silnie przekom pensow anej, po załączeniu obcow zbudnego silnika bocznikow ego na zaciski am plidyny przy w y
łączonym napięciu steru jący m . N a sk u tek zakrzyw ienia ch a ra k te ry sty k i m agnesow ania am plid yny u sta la się am p litud a oscylacji napięcia am plidyn y 260 V.
68 W ładysław Paszek
LITER ATU RA
[1] 3. III. Ejiox, flHHaMHKa jiHHeftHbix cHCTeM a.BTOMaTHriecKoro peryjiHpoBaHHH Ma- uihh, rocTexTeopeTH3flaT, MocKBa 1952.
[2] H. M. Ja m es, M. B. Nichols, R. S. P h illip s (praca zbiorow a pod redakcją), T heory o f servomechanisms. N. Y ork — L ondon 1947.
[3] H. A. Mohocu;oh, HeKOTopbie ocoQchhocth TeopHH h npoeKTHpoBaHHH ajieirrpo- MamHHHoro ycHJiHTejiH, ,,3jieKTpiraecTBo” n r 9, 1948.
[4] Wł. P aszek, K o n s tr u k c ja w z m ac niaczy m a szy n o w y c h z p o le m p o p rze czn y m (re
f e r a t n a S esję N aukow ą P o lite ch n ik i Ś ląskiej). Gliwice 1955.
R ękopis dostarczono 1. III. 1954