Меню

Структурная схема регулирования контура тока



VI.Синтез и моделирование системы автоматического регулирования электропривода раската ПРС

6.1. Расчет параметров структурной схемы контура тока:

Контур регулирования якорного тока должен быть более быстродействующим, чем контур регулирования скорости электродвигателя, для того, чтобы возмущения со стороны питающей сети переменного тока меньше оказывали влияние на скорость двигателя.

Основные задачи контура регулирования тока:

1. Обеспечить ограничение максимального значения тока якоря двигателя в

2. Обеспечить необходимое качество переходного процесса по току с учетом

допустимых скоростей нарастания тока;

3. Улучшение отработки возмущений питающей сети;

4. Компенсация электромагнитной постоянной времени якорной цепи.

В контур тока рассматриваемой системы входят регулятор, тиристорный

преобразователь, якорь двигателя и датчик тока:

Рис.18. Структурная схема контура тока

Wрег(p) – передаточная функция регулятора тока;

Wтп(р) – передаточная функция тиристорного преобразователя;

Wяц(р) – передаточная функция якорной цепи двигателя;

Wдт(р) – передаточная функция датчика тока;

Uзад – напряжение задания на контур тока, В;

Iя – ток якоря двигателя, А;

Обоснование передаточной функции тиристорного преобразователя:

Тиристорный преобразователь является нелинейным звеном с запаздыванием. То есть тиристор представляет собой не полностью управляемый ключевой элемент. Если тиристор находится в открытом состоянии, то без использования специальных схем закрыть его невозможно до момента прекращения в нем тока. Но в данном случае, тиристорный преобразователь можно представить в виде апериодического звена 1-го порядка, что не внесет ощутимой погрешности в расчеты.

Передаточная функция тиристорного преобразователя будет иметь вид:

Kтп – коэффициент усиления тиристорного преобразователя;

Ттп – постоянная времени тиристорного преобразователя;

= 0,0033 – постоянная времени, учитывающая запаздывание в силовой цепи ТП, с;

= 0,0007 — постоянная времени фильтра системы управления преобразователя, с;

= 0,0033 + 0,0007 = 0,004(с);

Расчет передаточной функции датчика тока:

Kдт – коэффициент датчика тока;

Iэл.маш.н – номинальный ток электрической машины, А;

Исходя из выше сказанного:

В структурной схеме якорную цепь ДПТ можно представить апериодическим звеном с передаточной функцией:

где
Kя – коэффициент усиления якоря;

Tя – постоянная времени якоря, с;

Синтез регулятора тока

Контур тока является внутренним по отношению к контуру скорости, поэтому, как правило, его настраивают на оптимум по модулю (МО), чтобы избежать колебаний тока в переходных режимах.

Звенья структурной схемы с малыми постоянными времени можно заменить одним апериодическим звеном первого порядка, с постоянной времени, равной сумме «малых» постоянных времени, если эта сумма примерно на порядок меньше «большой» постоянной времени контура.

Используем пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор, передаточная функция которого:

τ – постоянная времени регулятора тока, с;

β – коэффициент усиления;

При настройке контура в системе подчиненного регулирования, регулятором компенсируем «большую» постоянную времени, которой является постоянная времени якорной цепи двигателя:

Тмакс – наибольшая постоянная времени объекта регулирования, с;

Тмин – сумма малых постоянных времени, с;

Кразомкн.сис. – произведение коэффициентов разомкнутой системы;

Далее проверяем правильность работы контура:

Проверим реакцию контура на единичное ступенчатое воздействие.

Рис.19. Переходная характеристика контура тока

Из графика на Рис.19 видно, что перерегулирование переходной характеристики контура тока составляет 4,3%, а время первого согласования — 4,7*Tмал. Следовательно, можно сделать вывод о том, что контур тока настроен на оптимум по модулю.

Рис.20. Амплитудо — Частотная характеристика, Фазо — Частотная характеристика контура тока

Амплитудная характеристика разомкнутого контура тока имеет запас по фазе около 65 0 .

6.2.Расчет параметров структурной схемы контура скорости:

Для обеспечения регулирования скорости электропривода раската ПРС на стадии заправки бумажного полотна необходимо синтезировать контур скорости, который отключается сразу после окончания процесса заправки бумажного полотна.

Контур регулирования скорости привода, в отличие от контура тока, как правило, настраивается на симметричный оптимум, так как точка приложения возмущения по моменту находится перед интегрирующим звеном, а это при настройке на МО приводит к появлению значительной статической ошибки.

Рис.21. Структурная схема контура скорости

Wрс(р) – передаточная функция регулятора скорости;

Wрт(р) — передаточная функция регулятора тока;

Wтп(р) – передаточная функция тиристорного преобразователя;

Wяц(р) – передаточная функция якорной цепи;

Wмех(р) – передаточная функция механической части;

Wдт(р) – передаточная функция датчика тока;

Wдс(р) – передаточная функция датчика скорости;

Ке и Км – конструктивные постоянные двигателя;

Uзад – напряжение задания на контур скорости, В;

ω – скорость механизма, рад/с;

Если электромеханическая постоянная времени много больше Тяц ,

то без заметного ущерба для точности расчетов обратной связью по ЭДС двигателя можно пренебречь.

Jпр – суммарный приведённый к оси двигателя момент инерции, кг*м 2 ;

Км, Ке – конструктивная постоянная двигателя;

Так как условие >> соблюдается, следовательно, обратной связью по ЭДС можно пренебречь.

Для упрощения синтеза регулятора скорости целесообразно преобразовать контур тока.

Пренебрегая обратной связью по ЭДС и заменив реальную передаточную функцию замкнутого контура тока передаточной функцией свернутого контура тока, получим упрощенную схему контура скорости:

Рис.22. Структурная схема упрощенного контура скорости.

Wрс(р) – передаточная функция регулятора скорости;

Wкт(р) – передаточная функция замкнутого контура тока;

Wмех(р) – передаточная функция механической части;

Wдс(р) – передаточная функция датчика скорости;

Км – конструктивная постоянная двигателя;

Uзад – напряжение задания на контур скорости, В;

ω – скорость механизма, рад/с;

Iя – ток якоря двигателя, А;

Расчет передаточной функции датчика скорости:

Wдт — передаточная функция датчика скорости;

ω – максимальная скорость привода, при максимальном задании, рад/с;

В структурной схеме механическая часть электропривода представлена интегрирующим звеном с передаточной функцией:

Полученная передаточная функция механической части:

Источник

Глава 15. Типовые системы регулирования электроприводов постоянного тока

15.1. Системы регулирования скорости

Современные электроприводы постоянного тока, обеспечивающие регулирование скорости в широких пределах, проектируются и выпускаются промышленностью как двухконтурные системы с подчиненным регулированием координат. Внешним контуром регулирования является контур скорости, а внутренним – контур тока. Регулирование скорости в этих системах осуществляется изменением напряжения на якоре двигателя. В качестве преобразователей постоянного тока, питающих якорь обычно используются управляемые выпрямители – тиристорные преобразователи (ТП) или преобразователи постоянного напряжения – в регулируемое постоянное с широтно-импульсной модуляцией – ШИМ–преобразователи.

На рис.15.1 приведена типовая структурная схема двухконтурной системы регулирования скорости. В этой схеме двигатель, работающий с постоянным потоком возбуждения, представлен стандартной структурной схемой (см.рис.6.22).

Построение системы регулирования следует начинать с синтеза контура тока, сделав допущение, что внутренняя обратная связь по э.д.с. двигателя отсутствует. Такое допущение возможно, так как обычно за время переходного процесса в оптимизированном контуре тока скорость двигателя изменяется незначительно и влияние внутренней связи по э.д.с. на переходный процесс в контуре тока практически не проявляется.

Тип настройки контура скорости определяется техническими требованиями к систему регулирования скорости.

15.2. Синтез контура регулирования тока

Расчетная структурная схема контура тока приведена на рис.15.2. По условиям высокого быстродействия и малого перерегулирования кон-тур тока обычно нас-траивается на моду-льный оптимум (МО). В контуре тока объе-ктом регулирования является якорная цепь двигателя, представляющая собой апериодическое звено с большой постоянной времениТя, т.е.

Читайте также:  Кольцо от вихревых токов

. (15.1)

Тиристорный преобразователь, питающий якорную цепь двигателя, рассматривается как апериодическое звено с малой некомпенсируемой постоянной времени с передаточной функцией

, (15.2)

где: КТП – коэффициент усиления по напряжению тиристорного преобразователя;

— постоянная времени тиристорного преобразователя, определяемая схемой выпрямления (см.§14.9).

Разомкнутый контур тока, настроенный на МО, должен иметь передаточную функцию

,

где: — коэффициент настройки контура тока на МО;

— стандартный коэффициент настройки.

Передаточная функция регулятора тока находится, если приравнять передаточную функцию разомкнутого контура тока и желаемую передаточную функцию (14.3), т.е. или в развернутой форме

.

Тогда , (15.3)

где: — постоянная времени интегрирования регулятора тока;

— коэффициент усиления регулятора тока.

Следовательно, регулятор тока представляет собой пропорционально-интегральное звено.

Из передаточной функции (15.3) следует, что в составе регулятора тока имеется форсирующее звено , которое компенсирует действие апериодического звена объекта управления.

Н

Рис.15.3. Переходные процессы в контуре тока с коэффициентами настройки аМТ=1,2,4

а рис.14.12 приведены ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутого оптимизированного контура тока при различных коэффициентах настройки аМТ. Из этого рисунка следует, что при стандартном значении аМТ=2 запас по фазе . Уменьшение зна-ченияаМТ по сравнению со стандартным снижает запас по фазе и, следовательно, повышает перерегулирова-ние. Например, при аМТ=1, время пере-ходного процесса уменьша-ется, а перерегулирование возрастает. При увеличенииаМТ запас по фазе воз-растает. Так при аМТ=4 запас по фазе , время переходного процесса увеличивается до, а переходный процесс становится апериодическим. Графики переходных процессов в контуре тока при различных значениямаМТ показаны на рис.15.3.

Замкнутый оптимизированный контур тока имеет передаточную функцию

, (15.4)

где: — характеристический полином передаточной функции контура, настроенного на МО.

Передаточная функция по сигналу ошибки регулирования тока

. (15.5)

Числитель этой передаточной функции содержит сомножителем оператор р в первой степени. Следовательно, контур тока имеет астатизм первого порядка относительно сигнала задания тока.

При ступенчатом сигнале uзТ установившаяся ошибка регулирования тока uTуст=0, так как при р0 uTуст стремится к нулю, т.е. в установившемся режиме uзT=uосT.

Коэффициент обратной связи по току рассчитывается из соотношения

,

где: uзTмакс=8В — для серий-ных операционных усилителей с учетом возможных перерегу-лирований.

Iмакс доп — максимально до-пустимый ток якоря.

ПИ-регулятор тока обычно реализуется на операционных усилителях по схеме рис.15.4. Для этой схемы , Тит=RосСос

Источник

Системы подчиненного регулирования (СПР)

Система последовательного действия содержит меньше элементов, простая и удобная в настройке. Особенностью системы последовательного действия является подчиненное регулирование основных параметров электропривода.

Число последовательно включенных регуляторов равно числу регулируемых параметров. На вход каждого регулятора подаются сигналы заданного и действительного значений регулируемого параметра, причем предыдущий регулятор вырабатывает сигнал задания для последующего. В системе легко вводятся ограничения.

ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СПР

В соответствии со схемой передаточная функция (ПФ) объекта регулирования, например, второго контура запишется в виде

где W02(p) — передаточная функция собственно объекта 2го контура; W1(р) — передаточная функция объекта 1го контура; Wp1(p) — ПФ регулятора 1го контура; W31(р) — ПФ замкнутого первого контура.

В рассмотренной системе контур регулирования наждого пара­метра (координаты) содержит только одну «большую» постоянную времени, компенсируемую действием регулятора, что значительно облегчает синтез системы и позволяет применять однотипные регулирующие элементы.

Расчёт параметров СПР производится путём последовательной оптимизации отдельных контуров. Под оптимизацией понимается приведение передаточной функции замкнутого контура в соответствие с поставленными требованиями (быстродействие, перерегулирования и т.д).

ПФ объекта оптимизированного контура при определённых рассматриваемых ниже допущениях может быть сведена к виду

где Woк(р) — ПФ звеньев, действие которых компенсируется регулятором. Второй сомножитель представляет собой произведения ПФ апериодических звеньев, компенсация действия которых для данных условий нецелесообразна. Обычно постоянные времени τ малы по сравнению с постоянными времени входящими в сомножитель Woк(p). Поэтому не компенсируемые постоянные называются малыми, а компенсируемые — большими. Оптимизация в данном случае сводится к замене разомкнутой цепи с большой постоянной времени замкнутым контуром, описываем дифференциальным уравнением того же порядка, но с меньшей постоянной.

Передаточная функция и регулятора

где ∑τ = σ– сумма малых постоянных времени; а – коэффициент демпфирования контура.

КОНТУР РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА

Структурная схема замкнутого контура регулирования тока якоря ДПТ

Структурная схема разомкнутой цепи

,

Передаточная функция пропорционально – интегрального регулятора тока (ПИ-регулятора)

Структурная схема разомкнутой цепи регулирования с ПФ регулятора

Схема ПИ — регулятора тока

Передаточная функция разомкнутого контура

где: Тт = атТп – постоянная времени интегрирования контура тока.

Постоянная времени интегрирования регулятора

Постоянная времени обратной связи регулятора

Передаточный коэффициент ОС по току

где kд.т =kш·kу передаточный коэффициент измерителя тока, в/а; kш — коэффициент передачи шунта, в/а; kу — коэффициент усиления датчика тока.

Передаточная функция замкнутого контура регулирования тока имеет вид

КОНТУР РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ

Регулятор контура скорости имеет пропорциональную либо пропорционально-интегральную характеристику, т.е. однократно- или двукратноинтегрирующая система. Они обладают астатизмом 1-го или 2-го порядка.

Структурная схема разомкнутого контура регулирования скорости

Обозначим σ = Тт ; ; а = ас.

ПФ пропорционального регулятора скорости (П – регулятора)

Структурная схема разомкнутого оптимизированного контура скорости

ПФ разомкнутого контура

Схема пропорционального регулятора скорости

Передаточная функция регулятора

Передаточный коэффициент ОС по скорости

где kдс— передаточный коэффициент датчика скорости, В/об/мин.

Постоянная времени интегрирования контура скорости

Передаточная функция замкнутой системы регулирования скорости

Графики изменения скорости во времени в зависимости от коэффициента демпфирования представлены на рисунке

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ДВУХКОНТУРНОЙ ОДНОКРАТНОИНТЕГРИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ (ТП-ДПТ)

Если на вход П — или ПИ — регулятора скорости подать задающий сигнал Uзс скачком, то угловая скорость установится за указанное время и с указанным перерегулированием, но при отсутствии каких-либо ограничений на значение тока якоря, ЭДС выпрямителя, на ускорения механизмов и т.п. Практически ток якоря при этом превзойдет допустимое значение, поэтому должно быть предусмотрено ограничение тока. В системе подчинённого регулирования оно выполняется просто — для этого нужно огра­ничить максимальный уровень сигнала задания тока Uзт т.е., сигнала на выходе регулятора скорости. Ограничение этого сигнала достигается установкой в цепь обратной связи усилителя скорости стабилитронов V.

При такой схеме ограничения тока и изменения Uзс скачком регулятор скорости сразу входит в ограничение, т.е. устанавливается скачком Uзтmax,соответствующее допустимому току якоря. Контур тока отрабатывает это задание за время t = 4,7· TП с перерегулированием 4,33% и привод разгоняется с постоянным значением тока. Ускорение привода будет зависить от момента инерции и момента статической нагрузки. По достижении заданной угловой скорости за счёт сигнала обратной связи по скорости регулятор выйдет из зоны ограничения и будет уменьшать Uзт до уровня, определяемого нагрузкой.

При перегрузке или стопорении привода резкое снижение угловой скорости, т.е. сигнала ООС по скорости, также вводит регулятор скорости в зону ограничения, и привод работает с постоянным допустимым моментом. Изменяя уровень ограничения Uзт, можно изменять значение этого момента.

Читайте также:  Определите период колебаний переменного тока в цепи если конденсатор

Механические характеристики двигателя в системе подчинённого регулирования. Ограничение тока двигателя при пусках и торможениях в системах подчинённого регулирования обычно дости­гается не ограничением выход­ного сигнала регулятора скорости ( ограничение сохраняется как средство защиты), а применением задатчика интенсивности (ЗИ), посредством которого сигнал задания скорости изменяется не скачком, а линейно во времени до требуемого уровня. Ток якоря при этом устанавливается и спадает в конце пуска или торможения по оптимальному закону, а угловая скорость привода, при Mс = const изменяется по линейному закону, следуя за сигналом задатчика.

Основным достоинством применения ЗИ является независимость значения ускорения привода от статического момента.

Функциональная схема ЗИ с временем отработки до 20 сек.

Первый усилитель работает в режиме регулируемого ограничения. Его выходное напряжение интегрируется во времени с помощью второго усилителя с парафазным выходом

где: постоянная интегрирования.

Время интегрирования t для номинального значения выходного напряжения может регулироваться изменением входного сигнал или постоянной времени T.

В схеме используются оба этих способа. Ступенчатое изменение времени интегрирования осуществляется коммутацией части сопротивления , а плавная регулировка производится воздейсвтием на узел ограничения 3, определяющий предельную величину выходного напряжения первого усилителя.

Вся система охватывается жёсткой отрицательной ОС с коэффициентом передачи, равным 1( R1 = Rос). В результате выходное напряжение интегратора в процессе отработки устанавливается равным напряжению задания .

Пока выходное напряжение не достигло уровня напряжения жёсткая обратная связь блокирована и первый усилитель имеет на выходе напряжение, определяемое узлом ограничения 3 и не зависящее от величины входного сигнала . В тот момент, когда напряжения и сравниваются по величине, выходное напряжение первого усилителя резко уменьшается практически до 0 и процесс интегрирования на этом прекращается.

Один из главных недостатков систем подчинённого регулирования — это уменьшение быстродействия системы примерно в 2 m -1 раз по мере роста числа последовательных контуров; m — номер контура. Поэтому используется число последовательных контуров не более трех-четырёх.

Системы подчинённого регулирования широко примененяются не только в приводах постоянного тока, но и в приводах переменного тока.

УНИФИЦИРОВАННАЯ БЛОЧНАЯ СИСТЕМА РЕГУЛЯТОРОВ (УБСР)

Основные задачи управления электроприводами могут быть решены с помощью относительно небольшого набора командных устройств, датчиков и регулирующих устройств. Законы регулирования — пропорциональный (П), интегральный (И), пропорционально-интегральный (ПИ) и др. могут быть реализованы применением однотипных усилителей постоянного тока с различными связями и цепями на входе. С помощью функциональных преобразователей можно выполнить операции умножения, деления, введения различного рода нелинейностей. Датчики, помимо измерения параметров, обеспечивают разделение потенцналов измеряемой и входной величин. Система выполняется в виде блочной конструкции, включающей в себя отдельные функциональные модули, которые могут набираться в любых комбинациях в шкафах.

Структурная схема операционного усилителя (ОУ)

z1, z2,…,zn входные сопротивления; zос – сопротивление обратной связи; Rф, Сф – сопротивление и емкость фильтра; zн – входное сопротивление нагрузки; y – операционный усилитель. Выходное напряжение ОУ

Источник

Регуляторы в схемах управления электроприводом

В электроприводе применяют многочисленные измерительные устройства (датчики) для введения в систему управления приводом необходимой информации о электрических и неэлектрических величинах (параметрах движения).

Наибольшее распространение в регулируемом электроприводе имеют датчики тока и скорости, необходимые для формирования замкнутых контуров в системе регулирования. Известны две основные системы образования токовой обратной связи: по переменному току на первичной обмотке трансформатора и по постоянному току цепи якоря двигателя.

В первом случае в рассечку первичной обмотки силового трансформатора включают трехфазный трансформатор тока ТА (рис. 14.10,а). Трансформатор нагружен низкоомными резисторами, чтобы сохранить режим, близкий к режиму короткого замыкания. Далее напряжение вторичной обмотки трансформатора тока выпрямляется, сглаживается фильтром (конденсатор С)и поступает в систему управления приводом. Достоинством этой схемы является высокая чувствительность, поскольку номинальное напряжение на выходе трансформатора тока составляет десятые доли вольта или даже несколько вольт.

Во втором случае измерительное напряжение снимается с шунта, включенного в цепь якоря двигателя (рис. 14.10, б). При этом отпадает необходимость в выпрямлении напряжения, однако чувствительность схемы невелика. Номинальное напряжение, снимаемое со стандартного шунта, составляет 75 или 100 мВ и нуждается в последующем усилении. Для увеличения чувствительности желательно применять индивидуальные шунты с увеличенным сопротивлением. Однако при этом возрастают потери в цепи якоря и уменьшается естественная жесткость механических характеристик.

Самым распространенным датчиком обратной связи в регулируемом электроприводе является тахогенератор. Обратная связь по скорости совершенно необходима для создания широкорегулируемого электропривода, поскольку статизм разомкнутой электромеханической системы имеет недопустимо большое значение в нижнем диапазоне регулирования.

В контуре скорости в электроприводе станков и роботов в подавляющем большинстве случаев применяют тахогенераторы постоянного тока. Однородность тока тахогенератора и двигателя создает определенные удобства при эксплуатации привода.

Стремление уменьшить оборотные пульсации требует встройки тахогенератора в двигатель и установки его якоря на том же валу. Подавляющее большинство двигателей постоянного тока для станков выпускаются с встроенным тахогенератором. В современных моделях используют тахогенераторы с возбуждением от постоянных магнитов.

Чувствительность тахогенераторов постоянного тока лежит в пределах 20 . 30 В на 1000 об/мин, что вполне достаточно для большинства приводов, класс точности 0,2 . 1.

При работе тахогенератора возникают низкочастотные оборотные и полюсные пульсации, величина которых 0,25 . 1% от выходного напряжения. Фильтрация подобных пульсации связана с особыми трудностями и они вызывают неравномерность вращения привода.

Высокочастотные зубцовые и коллекторные пульсации имеют примерно такую же величину, однако устранение их трудностей не вызывает. Динамические характеристики тахогенераторов постоянного тока связаны с инерционностью электромагнитных переходных процессов, происходящих в цепи якоря.

Импульсные датчики скорости работают в двух режимах. Чаще всего определяют угол поворота и подсчитывают число импульсов, поступающих с датчика за фиксированный интервал времени Т.

При этом средняя скорость

где N – число импульсов, поступивших за время Т, Z общее количество дискретных отметок (выступов или прорезей) на модулирующем диске.

Таким образом, скорость пропорциональна числу импульсов. Обработка такой информации удобна, что и обусловливает популярность этого режима. Однако на низких скоростях угол поворота за время Т оказывается слишком малым и возникает большая методическая погрешность.

Второй режим работы импульсного датчика скорости связан с измерением времени поворота вала на определенный угол Для этого промежуток времени между двумя импульсами датчика заполняют вспомогательными импульсами опорного генератора, имеющего частоту . Среднее значение скорости

где N число импульсов, поступившее от опорного генератора. Такой режим дает лучшие результаты в диапазоне низких скоростей, однако и он имеет большие погрешности, поскольку измеряется не мгновенная, а только средняя скорость

14.4. РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С ОБРАТНЫМИ СВЯЗЯМИ ПО ТОКУ И СКОРОСТИ И СУММИРУЮЩИМ УСИЛИТЕЛЕМ

Регулируемый электропривод с отрицательной обратной связью по скорости. Для получения достаточно большого диапазона регулирования скорости необходимо повышать жесткость механических характеристик и вводить в систему электропривода отрицательную обратную связь по скорости. Наличие главной обратной связи по скорости является наиболее характерной чертой электропривода с большим диапазоном регулирования скорости.

Схема регулируемого электропривода представлена на рис. 14.11. Двигатель М получает питание от силового преобразователя U. Скорость двигателя регулируется вниз от номинальной посредством изменения напряжения якоря Uя.

Читайте также:  Что будет если трансформатор тока поставить наоборот

На валу двигателя установлен тахогенератор BR, напряжение которого поступает на регулятор скорости AR, который может работать в качестве П– или ПИ–регулятора.

Структурная схема регулируемого электропривода представлена на рис. 14.12. Пунктиром показана обратная связь, которая в этом варианте привода не используется.

Рис. 14.11. Схема регулируемого электропривода

с обратной связью по скорости

Рис. 14.12. Структурная схема регулируемого электропривода с обратной связью по скорости (цепь обратной связи по току показана пунктиром)

Составим уравнение, описывающее динамические процессы в приводе. Скорость двигателя постоянного тока зависит от напряжения якоря и момента сопротивления

На этом основании для разомкнутой цепи регулируемого ЭП и

но напряжение Uoc связано со скоростью двигателя .

Подставив это значение в предыдущую формулу и решив ее относительно скорости, будем иметь

Регулируемый электропривод с обратной связью по скорости и току якоря. Кроме основной обратной связи по скорости в регулируемом электроприводе используют обратную связь по току якоря. Ток якоря пропорционален моменту, поэтому, управляя током, мы по сути дела управляем моментом ЭД и формируем силовое воздействие на механическую систему. Можно считать, что обратная связь по скорости определяет точность регулируемого электропривода, а обратная связь по току – его быстродействие.

Схема регулируемого электропривода с обратными связями по скорости и току представлена на рис. 14.13. Во многом эта схема совпадает со схемой, изображенной на рис. 14.11. Отличие заключается в том, что в цепи якоря установлен датчик тока ВА, сигнал которого поступает на регулятор А. В регуляторе (суммирующем усилителе) происходит алгебраическое суммирование задающего сигнала и сигналов обратной связи по току и скорости.

Воспользуемся структурной схемой, приведенной на рис. 14.13. с учетом пунктирной линии, образующей обратную связь по току.

Рис. 14.13. Схема регулируемого электропривода с обратными связями

по скорости и току

Регулируемый электропривод с обратной связью по скорости и по току с отсечкой. В электроприводе станков и ПР широко применяют системы привода, в которых действует отрицательная обратная связь по току с отсечкой. Нелинейная обратная связь по току (рис. 4.22, а) действует следующим образом: до тех пор, пока ток якоря не превышает величины тока отсечки , сигнал обратной связи равен нулю. Если же , то вводится в действие сильная отрицательная обратная связь по току, которая ограничивает величину тока якоря на заданном уровне.

При постоянном магнитном потоке ограничение тока якоря эквивалентно ограничению момента. Поэтому механическая характеристика такого привода состоит из двух участков (рис. 14.14, б).

Рис. 14.14. Схема (а) и механическая характеристика (б)

электропривода с отсечкой по току

На первом участке в приводе действует только отрицательная обратная связь по скорости и жесткость механических характеристик велика. При больших моментах «срабатывает» отсечка по току и добавляется сильная отрицательная обратная связь по току, которая уменьшает выходное напряжение преобразователя и снижает жесткость механических характеристик. Наклон механических характеристик на втором участке резко увеличивается. Такие характеристики называют экскаваторными. Привод с отсечкой по току может работать на жесткий упор при = 0. Ток якоря при нулевой скорости привода называют током стопорения.

В схемах отсечки по току (рис. 4.23, а) напряжение, снимаемое с шунта, включенного в цепь якоря двигателя , сравнивается с опорным напряжением uоп, пропорциональным току отсечки.

Рис. 14.15. Схемы отсечки по току: а – с диодом в качестве порогового элемента; б – со стабилитроном; в, г – с упреждающим токоограниченнем

Опорное напряжение запирает диод VD. В результате ток в цепи может протекать только при . Этот ток создает падение напряжения на резисторе R, которое и является напряжением обратной связи. Величину тока отсечки регулируют путем изменения опорного напряжения.

В схеме на рис. 4.23, б отсечка по току осуществляется с помощью стабилитрона V. При напряжении происходит пробой стабилитрона и на нагрузочном сопротивлении возникает напряжение обратной связи.

Отсечка по току позволяет стабилизировать момент двигателя не только в статическом режиме при работе на упор, но и в динамическом режиме. Переходные процессы в таком приводе происходят с почти постоянным динамическим моментом. В приводах с малоинерционными тиристорными преобразователями токоограничение имеет особенно важное значение.

14.5. СИСТЕМА ПОДЧИНЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Основной недостаток электропривода с суммирующим усилителем заключается в сложности настройки параметров цепей обратной связи по току и скорости с помощью общего усилителя (регулятора). Подобная настройка всегда носит компромиссный характер по отношению к каждому настраиваемому параметру и не является оптимальной. Этот недостаток исключен в системе подчиненного регулирования, которая находит широкое распространение в регулируемом электроприводе станков. Успехи микроэлектроники позволили отказаться от общего регулятора и снабдить систему несколькими независимыми регуляторами, оптимизирующими каждый параметр привода.

Система подчиненного регулирования представляет собой многоконтурную систему с каскадным включением регуляторов. При этом число регуляторов и контуров регулирования равно числу регулируемых параметров. Название системы объясняется тем, что выходной сигнал регулятора, включенного во внешний контур, является задающим для регулятора, включенного во внутренний контур, т. е. один регулятор подчинен другому.

Важным преимуществом системы является то, что настройка регуляторов производится независимо и последовательно от внутреннего контура к внешнему. Применительно к приводу постоянного тока система подчиненного регулирования содержит основной контур регулирования скорости и внутренний, подчиненный контур регулирования тока.

Схема электропривода, выполненного по системе подчиненного регулирования, представлена на рис. 14.16.

Рис. 14.16. Схема регулируемого привода, выполненного

по системе подчиненного регулирования

Двигатель постоянного тока М с независимым возбуждением питается от тиристорного преобразователя U и регулируется по цепи якоря. Сигнал обратной связи по току снимается с датчика тока В А, включенного в цепь якоря двигателя, и поступает на регулятор тока РТ.

В реальных электроприводах сигнал, пропорциональный току якоря, снимается с шунта, включенного в цепь якоря. Поскольку напряжение, снимаемое с шунта, невелико, оно усиливается предварительным усилителем. Обратную связь по скорости осуществляют с помощью тахогенератора BR, напряжение которого подается на вход регулятора скорости (PC). На этот же регулятор подается управляющее (задающее) напряжение.

Система подчиненного регулирования обеспечивает высокие статические и динамические характеристики электропривода. Она отличается высокой степенью стандартизации и унификации структуры и элементов привода, что упрощает его изготовление, наладку и ремонт.

Структурная схема системы подчиненного регулирования представлена на рис. 14.17.

Рис 14.17. Структурная схема системы подчиненного регулирования

Здесь видны два контура регулирования, замкнутых независимыми обратными связями. Контур тока состоит из объекта регулирования – цепи якоря двигателя, силового преобразователя и регулятора тока. Контур замыкается обратной связью по величине напряжения, снимаемого с датчика тока, включенного в цепь якоря. Коэффициент преобразования цепи обратной связи по току равен Кт. Усложнение структурной схемы контура тока связано с проявлением внутренней обратной связи по ЭДС, показанной пунктиром на рие. 14.17. Во многих случаях внутренней связью пренебрегают и рассматривают упрощенную структуру контура тока.

Дата добавления: 2015-01-29 ; просмотров: 286 ; Нарушение авторских прав

Источник

Adblock
detector