Меню

Релейное регулирование координат электропривода постоянного тока



Двигатели постоянного тока. Регулирование координат электропривода?

Регулирование координат электропривода

Как отмечалось выше, основная функция электропривода состоит в управлении его координатами — скоростью и моментом, т.е. в их принудительном направленном изменении в соответствии с требованиями технологического обслуживаемого процесса.

Очень важный частный случай управления координатами — регулирование скорости или момента, т.е. принудительное изменение этих величин в установившемся режиме в соответствии с требованиями технологического процесса посредством воздействия на механическую характеристику двигателя. Частным случаем регулирования является поддержание одной из координат на требуемом уровне при независимом изменении другой координаты.

Чаще всего регулируемой координатой служит скорость: необходимо изменять скорость транспортного средства в зависимости от условий движения, состояния дороги и т.п., нужно регулировать скорость насоса, чтобы обеспечивать нужный напор в системе водоснабжения, требуется поддерживать на заданном уровне скорость движения жилы кабеля в процессе наложения на нее изоляции и т.п.

Понятие “регулирование скорости”, когда используются разные характеристики (рис. 7,а), не следует смешивать с изменением скорости, даже значительным, которое вызывается ростом или снижением нагрузки и происходит в соответствии с формой данной механической характеристики (рис. 7,б).

Рис. 7. Регулирование (а) и изменение (б) скорости

В ряде случаев оказывается необходимым регулирование момента. Оно потребуется, например, если нужно качественно укладывать на катушку проволоку, получаемую с волочильного стана, если при буксировке судна на больших волнах надо не допустить обрыва троса и т.п. Далее мы будем, в основном, рассматривать регулирование скорости.

Поскольку регулирование скорости связано с направленным формированием механических характеристик, выделим одну из возможных характеристик в качестве основной. Обычно в качестве основной характеристики принимают естественную характеристику двигателя, соответствующую номинальным значениям определяющих ее величин (напряжение, частота, магнитный поток и т.п.). Далее мы будем конкретизировать условия получения естественной характеристики для каждого типа двигателя.

Все другие характеристики, создаваемые в целях регулирования скорости, будем называть искусственными. Они могут формироваться разными способами, отличающимися как по техническим, так и по экономическим показателям, рассматриваемым ниже.

1. Направление регулирования. Искусственные характеристики, могут располагаться только ниже естественной — однозонное регулирование вниз от основной скорости, только выше естественной — однозонное регулирование вверх от основной скорости, как выше, так и ниже естественной — двухзонное регулирование.

2. Диапазон регулирования — отношение максимальной возможной скорости к минимальной при заданных изменениях момента нагрузки — рис. 8. Легко видеть, что одинаковым естественным характеристикам и изменениям момента могут соответствовать сильно различающиеся диапазоны регулирования, что связано с жесткостью искусственных характеристик.

Рис. 8. К определению диапазона регулирования скорости

С жесткостью характеристик связан также еще один показатель — стабильность скорости на искусственных характеристиках. Она может быть низкая — рис. 8,а и высокая рис. 8,б; иногда требуется абсолютно жесткие характеристики ( ), иногда, напротив, нужны очень мягкие характеристики (регулирование момента).

3. Плавность регулирования — возможность получать искусственные характеристики, расположенные как угодно близко друг к другу, — плавное регулирование или, наоборот, возможность иметь лишь несколько фиксированных характеристик —ступенчатое регулирование.

4. Допустимая нагрузка на искусственных характеристиках — очень важный показатель, определяющий надежность электропривода. Рассмотрим здесь лишь длительно допустимую нагрузку, которая определяется допустимым нагревом двигателя.

Допустимая нагрузка на естественной характеристике известна по определению — это номинальный момент двигателя Мн. Для упрощения задачи будем считать, пренебрегая изменением теплоотдачи, допустимым током в силовых целях при любой скорости номинальный ток двигателя Iн. Тогда допустимый момент для принудительно охлаждаемого двигателя

будет зависеть от магнитного потока двигателя Ф на соответствующей искусственной характеристике. При регулировании с Ф = Фн = const Мдоп є IнФн = Мн. Грубая оценка (5) дает лишь общее представление о допустимых нагрузках и должна уточняться в каждом конкретном случае.

5. Экономичность регулирования оценивается потерями энергии, сопровождающими тот или иной способ регулирования. Иногда экономичность удается грубо оценить, сравнивая полезную мощность с потребляемой из сети Р1, т.е. определяя потери или вычисляя КПД в некоторой характерной точке:

Значительно более серьезные и убедительные оценки экономичности регулирования при сравнении различных способов могут основываться на цикловом КПД

определяемом с учетом конкретных условий работы привода за время цикла tц.

6. Затраты на регулирование можно определить как стоимость дополнительного оборудования Ст. Обор., используемого для осуществления регулирования. Эффективность затрат удобно оценивать сроком их окупаемости Ток

где Год.эфф.- цена годового эффекта от использования регулирования.

Так, если взамен нерегулируемого электропривода насоса используется частотно-регулируемый, и стоимость дополнительного оборудования — преобразователя частоты 1500 USD, а экономический эффект за счет сбережения электроэнергии, воды и тепла составляет 2100 USD/год, срок окупаемости составит

Приведенные шесть показателей регулирования позволяют сравнивать в главных чертах и сопоставлять различные способы. Очевидно, что идеальным был бы способ, осуществляющий плавное двухзонное регулирование в широком диапазоне с примерно постоянной допустимой нагрузкой Мдоп» Мн, с малыми потерями, при низкой стоимости дополнительного оборудования. Очевидно, что такого идеального способа нет, и инженеру всегда приходится искать некоторый разумный компромисс. Здесь в последнее время широко используется неформализуемый, но удобный показатель “качество/цена”. В понятие “качество” входит некоторая определенным образом организованная и согласованная с пользователем совокупность перечисленных выше показателей, дополненная такими общетехническими показателями как надежность, ремонтопригодность, помехозащищённость, взаимодействие с сетью и т.п.

Правильно организованный и хорошо обоснованный интегральный показатель “качество-цена”- удобное средство продвижения нового товара на рынок.

Источник

Регулирование координат электропривода

Требования к координатам электропривода и формированию его статических и динамических характеристик

Электрический привод служит не только для приведения в движение рабочих органов механизма, но и управляет его технологическим процессом. При управлении требуется не только поддерживать на заданном уровне такие переменные (координаты), как момент двигателя, скорость и ускорение механизма, или изменять их по заданным законам с требуемой по условиям технологии точностью, но одновременно и ограничивать эти переменные уровнем, допустимым по условиям технологии или прочности механического оборудования.

Управление движением электропривода и технологическим процессом установки, как правило, требует регулирования нескольких координат, различных на разных этапах работы. В зависимости от задач управления регулирование координат может осуществляться с целью:

а) поддержания заданного уровня переменной;

б) изменения переменной по заданному закону;

в) ограничения переменной допустимым значением;

г) отработки законов движения, задаваемых на входе системы с требуемой точностью.

Возможные следующие способы управления переменными:

а) параметрические способы, используемые в разомкнутых системах;

б) способы автоматического управления, основанные на изменении подводимого к двигателю напряжения, а для двигателей переменного тока еще и частоты при использовании обратных связей, что имеет место в замкнутых системах.

Хотя параметрические способы, основанные на изменении параметров цепей двигателей, широко и применяются в современном электроприводе, однако возможности их ограничены, т.к. во многих случаях при таком регулировании нельзя обеспечить требуемые режимы работы и показатели. Поэтому область разомкнутых систем электропривода сужается и они заменяются замкнутыми системами с обратными связями.

Автоматическое регулирование переменных осуществляется по отклонению переменной от заданного значения с помощью отрицательной обратной связи по регулируемой переменной (это основной способ регулирования).

Основные показатели способов регулирования координат электропривода

Для сопоставления между собой возможных способов регулирования координат используются следующие обобщенные показатели:

1. Точность (стабильность) регулирования.

2. Диапазон регулирования.

3. Плавность регулирования.

4. Динамические показатели качества регулирования.

5. Экономичность регулирования.

6. Допустимая нагрузка при регулировании.

Точность регулирования или иначе точность поддержания заданной переменной Х определяется возможными отклонениями ее от заданного значения под действием возмущающих факторов, например, изменении нагрузки при регулировании скорости, изменении скорости при регулировании момента и т.п. В разомкнутых системах оценкой точности может служить отношение наибольшего отклонения (рис. 5.2.1) регулируемой величины к среднему значению

Чем жестче зависимость Х от Fв, тем точнее регулирование.

Диапазон регулирования характеризует пределы изменения средних значений переменной Х, возможные при данном способе регулирования (рис. 5.2.2)

Обычно Д обозначается в числах, например .

Верхний предел регулирования переменной ограничивается максимально допустимым или максимально реализуемым значением переменной, а нижний предел – необходимой точностью поддержания заданной переменной и возможностью практической реализации при данном способе регулирования.

Например, верхний предел регулирования скорости двигателя ограничивается механической прочностью якоря или ротора, а для двигателей постоянного тока еще и условиями коммутируемой, т.к. с увеличением скорости возрастает реактивная ЭДС в коммутируемой секции обмотки якоря. Нужно иметь в виду, что снижение среднего значения регулируемой переменной приводит к росту относительной ошибки Dх*макс регулирования. Если показанное на рис. 5.2.2 значение хср.мин считать минимально допустимым по условиям точности регулирования, то ему при заданной допустимой относительной ошибке Dх*доп соответствует соотношение

Плавность регулирования характеризуется числом дискретных (промежуточных) значений регулируемой переменной, получаемых при данном способе регулирования в диапазоне регулирования. Она тем выше, чем меньше скачок переменной при переходе от данного ее значения к ближайшему возможному значению. Иногда для оценки плавности используется понятие коэффициента плавности, под которым понимается отношение двух соседних значений переменной

Чем ближе кпл к единице, тем плавнее регулирование.

При автоматическом регулировании координат электропривода важное значение имеют динамические показатели качества регулирования, оцениваемые по характеру переходного процесса при скачке управляющего воздействия. Главным показателем быстродействия, непосредственно влияющим на производительность ряда механизмов, является время пуска и торможения электропривода. Быстродействие характеризуется такими показателями, как время запаздывания tз, время регулирования tр, за которое переменная первый раз достигает установившегося значения хуст, время максимума tмакс, общее время переходного процесса tпп, за которое затухают все его свободные составляющие (рис. 5.2.3).

Читайте также:  Ток в газах может осуществляться

Перерегулирование представляет собой динамическую ошибку и характеризуется максимальным отклонением Dхмакс от хуст при tмакс, отнесенным к установившемуся значению регулируемой переменной

Колебательность характеризуется наименьшим значением логарифмического декремента, соответствующего комплексно–сопряженным корням характеристического уравнения системы или частотным показателем колебательности.

Экономичность регулирования оценивается по первоначальным капитальным затратам, связанным с созданием данной системы электропривода, и по эксплуатационным расходам на электроэнергию, оцениваемым главным образом по таким показателям, как КПД и коэффициент мощности при регулировании скорости.

При оценке экономической эффективности должны учитываться не только указанные факторы, но и то, что дополнительные затраты и эксплуатационные расходы на создание более совершенной системы регулирования должны окупиться повышением производительности и надежности работы системы, а также улучшением качества продукции.

Одной из главных переменных, необходимость регулирования, которой диктуется технологическими требованиями, в большинстве случаев является скорость электропривода. При ее регулировании необходимо знать, какие механические нагрузки могут быть допустимы на валу двигателя. Поэтому одним из важнейших показателей является допустимая нагрузка. Необходимость ее оценки возникает в связи с тем, что Мс приводимого механизма в общем случае также зависит от скорости.

Допустимая нагрузка зависит от метода регулирования скорости, ограничивается нагревом двигателя, вызванным потерями энергии в нем. Они же определяются главным образом величиной потребляемого тока. Обычно считается, что двигатель работает нормально, если при продолжительной нагрузке токи в цепях его обмоток не превышают номинального значения. В этом случае двигатель не нагревается выше допустимой температуры. Для определения допустимой нагрузки (допустимого момента) необходимо найти его величину, соответствующую номинальному току главной цепи двигателя при различных скоростях, и тем самым установить зависимость Мдоп=f(ω).

Весьма существенным является обеспечение соответствия закона изменения Мс и характера зависимости предельно допустимого по условиям нагрева момента двигателя от скорости. Рациональное использование двигателя при регулировании скорости будет в том случае, когда эквивалентный по нагреву момент двигателя при изменении рабочей скорости будет меняться по такому же закону, что и Мс. При отсутствии такого совпадения двигатель будет плохо использоваться в тепловом отношении в одной части диапазона изменения скорости и может оказаться перегруженным в другой.

Момент и мощность, развиваемая двигателем, зависит от метода регулирования. Регулирование возможно при постоянстве момента и при постоянстве мощности, т.е. различаются две зоны регулирования (см. рис.5.2.4)

Зона I соответствует регулированию при постоянстве момента. Например, в случае ДНВ при номинальном токе и Ф=Фн

Мощность Р2 на валу двигателя в этой зоне изменяется по линейному закону, т.е. пропорциональна скорости

Зона II соответствует регулированию с постоянной мощностью. В этом случае (применительно к ДНВ при ослаблении магнитного потока) с увеличением скорости момент изменяется по закону гиперболы (нагрузку двигателя необходимо уменьшить так, чтобы при любой данной скорости момент двигателя был равен Мс).

Дата добавления: 2018-05-12 ; просмотров: 1155 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Регулирование координат электропривода

Электрический привод служит не только для приведения в движение рабочих органов механизма, но и управляет технологическим процессом приводимого в движение механизма. При управлении технологическим процессом требуется не только поддерживать на заданном уровне такие переменные, как момент двигателя, скорость и ускорение механизма, или изменять их по заданным законам с требуемой по условиям технологии точностью, но одновременно и ограничивать эти переменные уровнем, допустимым по условиям технологии или прочности механического оборудования.

Управление движением электропривода и технологическим процессом установки, как правило, требует регулирования нескольких координат, различных на разных этапах работы – момента или тока, скорости, ускорения, положения.

В зависимости от задач управления электроприводом и механизмом регулирование координат (переменных) может осуществляться с целью:

а) поддержания заданного уровня переменной;

б) изменения переменной по требуемому закону;

в) ограничения переменной допустимым значением;

г) отработки законов движения, задаваемых на входе системы с требуемой точностью.

Возможные способы управления переменными можно разделить на две группы:

а) параметрические способы, используемые в разомкнутых системах;

б) способы автоматического управления, основанные на изменении подводимого к двигателю напряжения, а для двигателей переменного тока еще и частоты при использовании обратных связей, что имеет место в замкнутых системах.

Хотя параметрические способы, основанные на изменении параметров цепей двигателей, широко и применяются в современном электроприводе, однако возможности их ограничены, т. к. во многих случаях при параметрическом регулировании нельзя обеспечить требуемые режимы работы и показатели. Поэтому область использования разомкнутых систем электропривода сужается и они заменяются замкнутыми системами с обратными связями.

Автоматическое регулирование переменных осуществляется по отклонению переменной от заданного значения с помощью отрицательной обратной связи по регулируемой переменной и регулирование по возмущению, предполагающее компенсацию влияния возмущения на регулируемую переменную с помощью положительной обратной связи. Основным является регулирование по отклонению.

И учесть что и , получим

Где , ибо в нормальных АД и и величиной можно пренебречь.

Здесь a1 и a2 — коэффициенты затухания, причем как видно из полученных соотношений a1 .

Для нахождения оригиналов, т. е. действительных значений токов и , будем иметь в виду, что при обозначении р1=-a1 и p2=-a2 принимаются во внимание точные значения р1 и р2 , соответствующие выражению 1 . т. о.

Из этих выражений видно, что вектор каждого тока, кроме установившейся составляющей, изменяющейся с частотой w0эл, содержит 2 свободные составляющие, затухающие с коэффициентами затухания a1 и a2.

Для вычисления момента двигателя необходимо найти комплексно-сопряженный вектор тока ротора . С этой целью в выражении для перед всеми ставится знак минус. Подставив найденное значение и значение тока в выражение электромагнитного момента, получим его составляющие, обусловленные взаимодействием составляющих токов. Если для примера найти установившееся значение пускового момента двигателя, пропорциональное мнимой части произведения первых членов уравнений для и , выразить индуктивности через индуктивные сопротивления, то имея в виду, что амплитуда U1M двухфазной машины связана с амплитудой U1M трехфазного напряжения коэффициентом , получим

Если сюда подставить значения a1 и a2 из выражения 1 и выполнить некоторые преобразования с учетом того, что и , получим значение пускового момента

Полное выражение пускового момента имеет вид

Здесь 7 составляющих момента.

Первая — установившийся для данной угловой скорости момент, соответствующий его статической механической характеристике. Следующие две составляющие – апериодические свободные составляющие. Следующие четыре составляющие — периодические составляющие, обусловленные взаимодействием затухающих апериодических (свободных) составляющих с принужденными токами, обусловленными действием напряжения сети. Поэтому они имеют угловую частоту напряжения сети w0эл. Апериодические (свободные) составляющие момента обусловлены взаимодействием свободных токов.

Поскольку, как показано ранее, a1

  • Механические характеристики производственных механизмов
  • Основные показатели способов регулирования координат электропривода
  • Рекомендации по выбору бизнеса
  • Строительное оборудование МСД
  • Тепловые насосы

Теория электропривода

Частотно регулируемый электропривод

Производим и продаем частотные преобразователи: Цены на преобразователи частоты(21.01.16г.): Частотники одна фаза в три: Модель Мощность Цена CFM110 0.25кВт 2300грн CFM110 0.37кВт 2400грн CFM110 0.55кВт 2500грн CFM210 1,0 кВт 3200грн …

Переходные процессы при пуске и торможении электропривода с короткозамкнутым Асинхронным двигателем (АД)

В большинстве случаев к. з. АД питается от сети с U1=const и f1=const. Поэтому нелинейность их механических характеристик проявляется полностью как в режимах пуска, так и торможения. Магнитный поток в …

Переходный процесс электропривода с двигателем независимого возбуждения при из­менении магнитного потока

Обычно ДНВ работает при Ф=Фн если U=const или U=var. Необходимость ослабления по­тока возникает когда требуется получить скорость, превышающую основную (согласно тре­бованиям технологического процесса ). Если бы поток изменялся мгновенно, то …

Источник

Ответы на экзаменационные вопросы № 1-57 по дисциплине «Электропривод» (Электропривод, структурная схема, составные части. Расчет мощности и выбор типа двигателя) , страница 9

2. Электромагнитные процессы, наряду с замедлением механических, могут также исказить характер протекания последних, сделать их колебательными – рис. 24.

Результирующий вид переходных процессов зависит от соотношения электромагнитных и электромеханических постоянных времени. Так, для двигателя постоянного тока независимого возбуждения характерно:

а) Если выполняется , то переходный процесс — апериодический;

б) если , то переходный процесс – колебательный.

Для асинхронного и синхронного двигателей процессы пуска в большинстве случаев имеют колебательный характер.

Структурная схема двигателя с линейной механической характеристикой без учета электромагнитной инерционности, соответствующая уравнениям (7) и (8), приведена на рис. 25.

Понятие о регулировании координат. Виды регулирования –

праметрическое и в замкнутых системах

Регулированием называется автоматическое поддержание постоянства или изменение по требуемому закону переменных, характеризующих процессы в электроприводе (скорости, ускорения, положения вала, момента, тока, магнитного потока, мощности и т.д.). Регулирование переменных (координат) требуется при управлении движением исполнительных органов многих рабочих машин.

Отметим, что процесс регулирования переменных всегда связан с получением искусственных (регулировочных) характеристик.

Регулирование координат может осуществляться двумя способами – параметрическим и в замкнутых системах.

При параметрическом способе регулирование достигается изменением каких-либо параметров электрических цепей двигателей или питающего напряжения за счет включения, например, различных дополнительных элементов – резисторов, конденсаторов, индуктивностей. С точки зрения теории систем автоматического управления структуры таких электроприводов называются разомкнутыми, так как в них отсутствует обратная связь. Параметрический способ (разомкнутые системы) не может обеспечить высокого качества регулирования вследствие нескомпенсированного влияния внешних возмущений на регулируемые координаты ЭП. Вместе с тем разомкнутые ЭП строятся по несложным схемам и поэтому просты в наладке и эксплуатации.

Читайте также:  Поиск тока утечки ауди q7

При необходимости получения регулирования скорости с более высокими качественными показателями переходят к замкнутым системам электропривода, характеризующихся наличием обратных связей по регулируемым координатам. Основным отличительным признаком функционирования замкнутых систем является полное или частичное устранение влияния внешних возмущений на регулируемые координаты ЭП.

Пример структурной схемы замкнутого электропривода с обратной связью по скорости представлен на рис. 26.

Здесь:
ЗС – задатчик скорости;
РС – регулятор скорости;
УМ – усилитель мощности;
Дв – двигатель;
Дс – датчик скорости.

Регулирование скорости. Основные показатели

регулирования скорости

Регулированием скорости называется принудительное изменение скорости двигателя с целью обеспечения заданного закона движения исполнительного органа рабочей машины.

Регулирование скорости осуществляется в механизмах главного движения станков, конвейеров, насосов, бумагоделательных машин, прокатных станов и т.д.

Для количественной оценки и сопоставления различных способов регулирования скорости используются следующие показатели:

Диапазон регулирования скорости — это отношение максимальной средней скорости ЭП к минимальной средней скорости , которые определяются по среднему моменту нагрузки на валу двигателя из их заданных минимального и максимального значений

Определение величины диапазона регулирования скорости показано на рис. 27.

  • АлтГТУ 419
  • АлтГУ 113
  • АмПГУ 296
  • АГТУ 267
  • БИТТУ 794
  • БГТУ «Военмех» 1191
  • БГМУ 172
  • БГТУ 603
  • БГУ 155
  • БГУИР 391
  • БелГУТ 4908
  • БГЭУ 963
  • БНТУ 1070
  • БТЭУ ПК 689
  • БрГУ 179
  • ВНТУ 120
  • ВГУЭС 426
  • ВлГУ 645
  • ВМедА 611
  • ВолгГТУ 235
  • ВНУ им. Даля 166
  • ВЗФЭИ 245
  • ВятГСХА 101
  • ВятГГУ 139
  • ВятГУ 559
  • ГГДСК 171
  • ГомГМК 501
  • ГГМУ 1966
  • ГГТУ им. Сухого 4467
  • ГГУ им. Скорины 1590
  • ГМА им. Макарова 299
  • ДГПУ 159
  • ДальГАУ 279
  • ДВГГУ 134
  • ДВГМУ 408
  • ДВГТУ 936
  • ДВГУПС 305
  • ДВФУ 949
  • ДонГТУ 498
  • ДИТМ МНТУ 109
  • ИвГМА 488
  • ИГХТУ 131
  • ИжГТУ 145
  • КемГППК 171
  • КемГУ 508
  • КГМТУ 270
  • КировАТ 147
  • КГКСЭП 407
  • КГТА им. Дегтярева 174
  • КнАГТУ 2910
  • КрасГАУ 345
  • КрасГМУ 629
  • КГПУ им. Астафьева 133
  • КГТУ (СФУ) 567
  • КГТЭИ (СФУ) 112
  • КПК №2 177
  • КубГТУ 138
  • КубГУ 109
  • КузГПА 182
  • КузГТУ 789
  • МГТУ им. Носова 369
  • МГЭУ им. Сахарова 232
  • МГЭК 249
  • МГПУ 165
  • МАИ 144
  • МАДИ 151
  • МГИУ 1179
  • МГОУ 121
  • МГСУ 331
  • МГУ 273
  • МГУКИ 101
  • МГУПИ 225
  • МГУПС (МИИТ) 637
  • МГУТУ 122
  • МТУСИ 179
  • ХАИ 656
  • ТПУ 455
  • НИУ МЭИ 640
  • НМСУ «Горный» 1701
  • ХПИ 1534
  • НТУУ «КПИ» 213
  • НУК им. Макарова 543
  • НВ 1001
  • НГАВТ 362
  • НГАУ 411
  • НГАСУ 817
  • НГМУ 665
  • НГПУ 214
  • НГТУ 4610
  • НГУ 1993
  • НГУЭУ 499
  • НИИ 201
  • ОмГТУ 302
  • ОмГУПС 230
  • СПбПК №4 115
  • ПГУПС 2489
  • ПГПУ им. Короленко 296
  • ПНТУ им. Кондратюка 120
  • РАНХиГС 190
  • РОАТ МИИТ 608
  • РТА 245
  • РГГМУ 117
  • РГПУ им. Герцена 123
  • РГППУ 142
  • РГСУ 162
  • «МАТИ» — РГТУ 121
  • РГУНиГ 260
  • РЭУ им. Плеханова 123
  • РГАТУ им. Соловьёва 219
  • РязГМУ 125
  • РГРТУ 666
  • СамГТУ 131
  • СПбГАСУ 315
  • ИНЖЭКОН 328
  • СПбГИПСР 136
  • СПбГЛТУ им. Кирова 227
  • СПбГМТУ 143
  • СПбГПМУ 146
  • СПбГПУ 1599
  • СПбГТИ (ТУ) 293
  • СПбГТУРП 236
  • СПбГУ 578
  • ГУАП 524
  • СПбГУНиПТ 291
  • СПбГУПТД 438
  • СПбГУСЭ 226
  • СПбГУТ 194
  • СПГУТД 151
  • СПбГУЭФ 145
  • СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 379
  • ПИМаш 247
  • НИУ ИТМО 531
  • СГТУ им. Гагарина 114
  • СахГУ 278
  • СЗТУ 484
  • СибАГС 249
  • СибГАУ 462
  • СибГИУ 1654
  • СибГТУ 946
  • СГУПС 1473
  • СибГУТИ 2083
  • СибУПК 377
  • СФУ 2424
  • СНАУ 567
  • СумГУ 768
  • ТРТУ 149
  • ТОГУ 551
  • ТГЭУ 325
  • ТГУ (Томск) 276
  • ТГПУ 181
  • ТулГУ 553
  • УкрГАЖТ 234
  • УлГТУ 536
  • УИПКПРО 123
  • УрГПУ 195
  • УГТУ-УПИ 758
  • УГНТУ 570
  • УГТУ 134
  • ХГАЭП 138
  • ХГАФК 110
  • ХНАГХ 407
  • ХНУВД 512
  • ХНУ им. Каразина 305
  • ХНУРЭ 325
  • ХНЭУ 495
  • ЦПУ 157
  • ЧитГУ 220
  • ЮУрГУ 309

Полный список ВУЗов

  • О проекте
  • Реклама на сайте
  • Правообладателям
  • Правила
  • Обратная связь

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Источник

Понятие о регулировании координат (переменных) электропривода

Общие принципы построения автоматизированного электропривода

Основные понятия, термины и определения

Управление представляет собой организацию того или иного процесса. Система управления – совокупность всех устройств, обеспечивающих управление каким-либо объектом или процессом. Систему автоматического управления (САУ) образуют устройства управления и объект управления. В некоторых случаях задачей управления является обеспечение постоянства некоторой физической переменной, например скорости вращения, или её изменение во времени по некоторому закону. Такой частный вид управления обычно называется регулированием. Система автоматического регулирования (САР) по аналогии с системой автоматического управления состоит из регулируемого объекта и регулятора. В состав САР, кроме регулятора, входят и другие необходимые устройства [2, 4]. К ним относятся: – датчики регулируемых переменных, с помощью которых получают информацию об их текущих значениях; – задатчики регулируемых переменных, с помощью которых системе задаётся требуемый уровень регулируемой переменной; – измерительные устройства, с помощью которых определяется отклонение текущего (фактического) значения регулируемой переменной от заданного значения; – устройства сопряжения, позволяющие соединять все элементы и устройства системы регулирования в единый комплекс; – элементы и устройства, обеспечивающие защиту, блокировки и сигнализацию. Различают следующие виды САР: – системы автоматической стабилизации, обеспечивающие поддержание регулируемой величины на заданном уровне и с требуемой точностью; – следящие системы, которые осуществляют измерение регулируемой величины во времени по произвольному закону. Примерами такой системы могут служить системы слежения локатором за целью или система радиоантенны, обеспечивающая связь с космическими объектами; – системы программного регулирования, которые обеспечивают измерение регулируемой переменной во времени по определённой программе. К таким системам относятся, в частности, системы числового управления станками; – системы адаптации, обеспечивающие оптимальное регулирование переменной по заданному показателю качества при изменяющихся условиях работы объекта регулирования. К таким системам относятся самонастраивающиеся, самоорганизующиеся и самообучающиеся системы. Системы стабилизации делятся на астатические и статические. Астатические системы стабилизации обеспечивают поддержание регулируемой переменной в статическом режиме на неизменном уровне при изменениях возмущающего воздействия. Статическими системами называются такие, в которых в установившемся режиме происходит изменение регулируемой переменной при изменении возмущающего воздействия. Другими словами, астатические САР обеспечивают регулирование переменных в установившемся режиме без ошибки, а статические САР – с некоторой ошибкой. Объект управления (электродвигатель) подвергается различным воздействиям. Со стороны системы управления на него действует управляющее (регулирующее) воздействие, обеспечивающее требуемое регулирование заданной переменной. К возмущающим воздействиям относятся также изменения момента сопротивления, колебания питающего напряжения, выход из строя элементов системы управления и т. д. Основная задача систем управления состоит именно в том, чтобы при всех возможных возмущающих воздействиях, действующих на электродвигатель, обеспечить должным образом его управление.

Понятие о регулировании координат (переменных) электропривода

Для управления движением исполнительных органов рабочих машин и обеспечения требуемых режимов самого ЭП необходимо регулирование ряда переменных (координат), например скорости, ускорения и положения исполнительного органа рабочей машины, токов в цепях двигателей, момента на их валу, магнитного потока электрических машин и т. д. Регулирование скорости движения исполнительных органов рабочих машин и механизмов может осуществляться с помощью ЭП в виде стабилизации скорости, изменения скорости в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом (слежение) или по заранее заданной программе (программное движение). Регулирование положения характеризуется процессом перемещения исполнительных органов рабочих машин и механизмов в заданную точку пространства или плоскости и их установки там (фиксированием) с заданной точностью. Такое их перемещение из заданной точки плоскости или пространства (позиции) в другую называется позиционированием и обеспечивается соответствующим регулированием положения вала двигателя.

Регулирование момента и тока двигателей производится в тех случаях, когда ЭП должен обеспечить требуемое ускорение или замедление движения исполнительных органов или создать необходимое натяжение в обрабатываемом материале (изготовление бумаги, тканей, прокатки металлов и т. д.). Сюда же относятся и случаи, когда требуется ограничивать момент ЭП для предотвращения поломки рабочей машины или механизма при внезапном стопорении движения исполнительного органа (например, при копании грунта, бурении скважин, заклинивании механической передачи и т. д.). Регулирование (ограничение) тока и момента двигателей требуется также для обеспечения нормальных условий работы этих двигателей. Так, при пуске двигателей постоянного тока обычного исполнения по соображениям нормальной работы их коллекторно-щёточного узла ток должен быть ограничен на уровне 2–3 Iном. Необходимость ограничения тока возникает и при пуске мощных двигателей постоянного и переменного тока, когда большие пусковые токи двигателей могут привести к недопустимому снижению напряжения питающей сети.

1.3. Структуры и принципы построения схем управления электропривода Структурная схема замкнутого автоматизированного ЭП представлена на рис. 1.1[2, 4].

В схеме: ИЭЭ – источник электрической энергии; ЭЭ – электрическая энергия. Её параметры – напряжение (U), частота (f) и ток (I); МЭ – механическая энергия. Её параметры – угловая (ω) или линейная (V) скорость, полезные момент (М) или сила (F), полезная мощность (Рп); ПУ – преобразовательное устройство – силовой преобразователь, предназначенный для преобразования параметров электроэнергии ИЭЭ; ЭД – электродвигатель, предназначенный для преобразования параметров электроэнергии преобразователя в механическую энергию (и обратное преобразование); МПУ – механическое передаточное устройство, предназначенное для изменения скорости вращения или вида движения. В качестве МПУ в электроприводах может быть редуктор, ременная передача, винтовая и зубчато-реечная передача, кривошипно-шатунный механизм, барабан с тросом, вариатор скорости, электромагнитная или гидравлическая управляемые муфты, коробка передач. В элементах МПУ за счёт действующего трения возникают потери мощности ∆Р (кВт). МПУ обладают либо моментом инерции J (кг∙м2), либо инерционной массой m (кг); ИО – исполнительный орган рабочей машины, предназначенный для совершения полезной работы. На ИО возникает момент сопротивления Мс (Н∙м) или сила сопротивления Fc (Н) в зависимости от его вида движения. Они создают на ИО мощность сопротивления Рс (кВт): Рс = Мс ∙ ωи.о. – при вращательном движении, ωи.о. – рад/с, Рс = Fc ∙ Vи.о. – при линейном движении, Vи.о. – м/с. Ротор (или якорь) ЭД обладает моментом инерции J (кг∙м2), вращается со скоростью ω (рад/с). На валу ЭД возникают полезный момент М (Н∙м) и полезная мощность Р2 (кВт). Следует отметить, что в некоторых ЭП механические передачи отсутствуют. Сигнал управления Uу силовым преобразователем вырабатывается устройством управления (УУ), в состав которого в общем случае входят устройства получения, преобразования, хранения, распределения и выдачи информации, блоки сопряжения, регуляторы переменных (координат), различные функциональные блоки управления и т. д. Устройство управления и силовой преобразователь образуют систему управления (СУ) электропривода. Устройство управления вырабатывает сигнал управления Uу с помощью сигнала задания (уставки) U з, задающего характер движения исполнительного органа, и ряда дополнительных сигналов U д. с, дающих информацию о реализации технологического процесса рабочей машины, характере движения исполнительного органа, работе отдельных элементов ЭП и т. д. Дополнительные сигналы поступают на устройство управления от различных датчиков, которые на рис. 1.1 не показаны. Сигнал задания (уставки) Uз электропривод получает от внешней по отношению к нему системы более высокого уровня, например автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП), которая поставляет также электроприводу необходимую для его функционирования информацию. В зависимости от выполняемых функций, вида и количества регулируемых координат и степени автоматизации технологических процессов реализация ЭП может быть самой разнообразной. Все ЭП делятся на две группы: неавтоматизированные и автоматизированные. Неавтоматизированные – это такие ЭП, управление которыми выполняет человек (оператор) с помощью простых средств. Он осуществляет пуск и остановку ЭП, изменение скорости и её реверсирование в соответствии с заданным технологическим циклом. В автоматизированном ЭП операции управления в соответствии с требованиями технологического процесса выполняются системой управления (см. рис. 1.1). На оператора возлагаются функции только по включению и отключению ЭП, наладке и контролю за его работой. Все автоматизированные ЭП делятся, в свою очередь, ещё на две группы: разомкнутые и замкнутые [1, 3]. Работа разомкнутого ЭП характеризуется тем, что все внешние возмущения отражаются на работе ЭП. Например, изменение момента сопротивления влияет на выходную координату ЭП – его скорость. Другими словами, разомкнутый ЭП не отстроен от влияния внешних возмущений. Разомкнутый ЭП по этой причине не обеспечивает высокого качества регулирования координат, хотя и отличается в то же время простой схемой. Разомкнутые ЭП обычно применяются для обеспечения пуска, торможения и реверса двигателей. В схемах таких ЭП используется информация о текущих скорости, времени, токе (моменте) или пути, что позволяет автоматизировать указанные процессы. Замкнутый ЭП может быть реализован по принципу отклонения с использованием обратных связей или по принципу компенсации внешнего возмущения. Основным отличительным признаком замкнутых систем является полное или частичное устранение влияния внешнего возмущения на регулируемую координату ЭП. В силу этого обстоятельства замкнутый ЭП обеспечивает более качественное управление движением исполнительного органа рабочей машины, хотя его схемы оказываются более сложными.

Читайте также:  Трансформаторы тока в жилых домах

Замкнутые ЭП, построенные по принципу компенсации момента сопротивления (нагрузки) Мс, выполняются относительно редко из-за сложных и ненадёжных датчиков момента нагрузки Мс. В связи с этим подавляющее большинство замкнутых структур ЭП используют принцип отклонения (обратной связи). Он характеризуется наличием цепи обратной связи, соединяющей выход ЭП с его входом, откуда и пошло название замкнутых схем. Применительно к рассматриваемому примеру регулирования скорости признаком этой замкнутой структуры является цепь обратной связи (рис. 1.2), по которой информация о текущем значении скорости подается на вход ЭП, где (сигнал обратной связи (Uс = kс ∙ ω) вычитается из сигнала задания скорости.

Рис. 1.2. Схема ЭП с обратной связью по скорости

Управление осуществляется сигналом отклонения U ∆ = Uз.с – Uс (его также называют сигналом рассогласования или ошибки). Этот сигнал, при отличии фактической скорости от заданного уровня, автоматически изменяется необходимым образом и устраняет (частично или полностью) с помощью системы управления ЭП эти отклонения. Тем самым управление скорости осуществляется с учётом результата управления. Если требуется регулирование других координат ЭП или технологического процесса, то используются обратные связи по этим координатам. Все виды применяемых в замкнутых ЭП обратных связей делятся на положительные и отрицательные, линейные и нелинейные, жёсткие и гибкие. Положительной называется такая обратная связь, сигнал которой направлен согласно (складывается) с задающим сигналом, в то время как сигнал отрицательной связи направлен ему встречно. Жёсткая обратная связь характеризуется тем, что она действует как в установившемся, так и переходном (динамическом) режиме ЭП. Сигнал гибкой обратной связи вырабатывается только в переходных режимах ЭП и служит для обеспечения требуемого их качества, например устойчивости движения, допустимого перерегулирования и т. д.

Линейная обратная связь характеризуется пропорциональной зависимостью между регулируемой координатой и сигналом обратной связи, в то время как при реализации нелинейной связи эта зависимость соответственно нелинейна. В зависимости от вида регулируемой координаты в ЭП используются обратные связи по скорости, положению, току, напряжению, магнитному потоку, ЭДС. Во многих случаях требуется обеспечивать регулирование нескольких координат ЭП, например тока (момента) и скорости двигателя. В этом случае замкнутые ЭП выполняются по одной из следующих структурных схем. На рис. 1.3 приведена схема замкнутого ЭП с общим усилителем.

Рис. 1.3. Схема замкнутого ЭП с общим усилителем

Для удобства описания работы схемы двигатель ЭД условно представлен двумя частями: электрической (ЭЧД) и механической (МЧД). Схема предназначена для регулирования двух координат: тока I и скорости движения ω, а тем самым и скорости исполнительного органа ωи.о или Vи.о. В этой схеме сигналы обратных связей по току U т и скорости U с подаются на вход управляющего устройства (УУ), где вместе с задающим сигналом скорости Uз.с алгебраически суммируются. Сигнал ошибки U∆ далее подается на вход преобразователя ПУ, который своим выходным сигналом (напряжением) U управляет двигателем ЭД. Схема отличается простой реализацией, но не позволяет регулировать координаты ЭП независимо друг от друга. В этой схеме, за счёт использования нелинейных обратных связей, называемых в теории ЭП отсечками, удаётся в некотором диапазоне изменения координат осуществлять их независимое регулирование, что частично устраняет указанный недостаток. Схема с подчиненным регулированием координат полностью лишена вышеуказанных недостатков (рис. 1.4).

Эта схема отличается от предыдущей (см. рис. 1.3) тем, что в ней регулирование каждой координаты осуществляется своими регуляторами (усилителями) – тока РТ и скорости РС, которые вместе с соответствующими обратными связями образуют замкнутые контуры. Они располагаются таким образом, что входным, задающим сигналом для внутреннего контура тока U т является выходной сигнал внешнего по отношению к нему контура скорости. Таким образом, внутренний контур тока подчинён внешнему контуру скорости, которая является основной регулируемой координатой ЭП. Главное достоинство такой схемы заключается в возможности оптимальной настройки регулирования каждой координаты, в силу чего она находит в настоящее время основное применение в ЭП. Кроме того, подчинение контура тока контуру скорости позволяет простыми средствами осуществлять ограничение тока и момента, для чего необходимо лишь ограничить на соответствующем уровне сигнал на выходе регулятора скорости. При необходимости регулировать положение вала двигателя в схемы рис. 1.3 и 1.4 вводится соответствующая обратная связь по положению вала двигателя или исполнительного органа. Наилучшее качество управления в ЭП получается в том случае, когда осуществляется регулирование каждой переменной по заданному критерию. Такое управление в ЭП получило название модального. Однако на пути реализации такого управления возникают технические и экономические трудности, связанные с необходимостью установки большого числа датчиков переменных, что усложняет ЭП и удорожает его стоимость. Поэтому в современных ЭП часто отказываются от прямого измерения переменных состояния с помощью различных датчиков и переходят к их вычислению с помощью специального устройства, получившего название наблюдателя [5]. Рассмотренные выше схемы отражают структуру отдельного ЭП. Многие технологические процессы предусматривают объединение в комплекс нескольких рабочих машин и механизмов, должным образом между собой взаимодействующих. Наилучший результат работы такого единого технологического комплекса достигается только при его автоматизации, в чём ЭП принадлежит основная роль. За счёт соответствующего управления ЭП обеспечивается требуемая последовательность всех технологических операций, достигаются наилучшие (оптимальные) режимы работы промышленного оборудования и самого ЭП. Для управления технологическими комплексами всё шире используются ЭВМ.

Источник