9.7. Многоконтурные системы с подчиненным регулированием координат электропривода. Подчиненное регулирование электропривода


4.2. Система подчиненного регулирования параметров электропривода.

Сущность подчиненного регулирования заключается в том, что электрический двигатель как объект управления представляется в виде последовательно соединенных звеньев, выходными параметрами которых являются ток, напряжение, ЭДС, момент, скорость и т.д. И они же являются регулируемыми координатами .

Для управления каждой их этих координат имеется отдельный регулятор и соответствующая обратная связь.

Регуляторы соединяются последовательно, т.е. выход предыдущего регулятора является входом последующего. Образуется система концентрических контуров, число которых соответствует числу регулируемых координат электропривода. Регулятор внешнего контура регулирует основную координату, например скорость, и вырабатывает управляющее воздействие для регулятора внутреннего контура, например регулятора тока. Таким образом, первый регулятор (регулятор тока) и первая регулируемая координата (ток) подчинены соответственно второму регулятору (регулятору скорости) и второй регулируемой координате (скорости).

На рис.4.3 приведена схема тиристорного электропривода с внешним контуром скорости и внутренним контуром тока якоря. Для представления двигателя в виде последовательно соединенных звеньев влиянием ЭДС двигателя пренебрегают, так как ток якоря изменяется значительно быстрее, чем ЭДС двигателя. Таким образом, объект управления (тиристорный преобразователь с двигателем) состоит из трех последовательно соединенных звеньев: тиристорного преобразователя с передаточной функцией ,

якорной цепи двигателя с передаточной функцией

механической части привода с передаточной функцией

Рис.4.3. Структурная схема тиристорного электропривода с внешним контуром скорости и внутренним контуром тока якоря.

Контур тока образован регулятором тока АА, тиристорным преобразователем и якорной цепью и замыкается обратной связью по току с коэффициентом передачи КТ.

Контур скорости образован регулятором скорости AR, контуром тока, механической частью привода и обратной связью по скорости с коэффициентом передачи КС.

Регуляторы в системах подчиненного регулирования выбираются таким образом, чтобы замкнутый контур имел передаточную функцию колебательного звена вида

(4.2)

При выполнении условия технического оптимума коэффициент демпфирования равен и переходный процесс будет иметь перерегулирование 4,3 %, а время регулирования (6…8).

Контур с такой передаточной функцией не является предельным ни по быстродействию, ни по перерегулированию, однако в большинстве случаев удовлетворяет практическим требованиям.

Для получения передаточной функцией замкнутого контура в виде (4.2) необходимо иметь передаточную функцию разомкнутого контура в виде

(4.3)

Передаточная функция регулятора выбирается из условия компенсации основной инерционности объекта управления.

Принцип компенсации можно сформулировать следующим образом: каждому звену объекта управления с большой постоянной времени должно соответствовать звено с передаточной функцией обратной передаточной функции компрессируемого звена.

В контуре тока (рис.4.3) инерционность якорной цепи, обусловленная постоянной времени ТЭ, будет значительно больше инерционности тиристорного преобразователя, определяемой постоянной времени ТП. Поэтому компенсируется влияние постоянной времени ТЭ, а постоянная времени ТП является некомпенсируемой постоянной времени.

Передаточная функция разомкнутого токового контура без учета влияния ЭДС будет иметь вид

(4.4)

и должна быть равна передаточной функции вида (4.3).

Приравнивая выражение (4.4) к выражению (4.3) и принимая постоянную времени равной некомпенсированной постоянной времени ТП, получим

(4.5)

Таким образом, контур тока оптимизируется пропорционально интегральным регулятором (ПИ – регулятором).

Передаточная функция контура тока в замкнутом состоянии может быть определена исходя из допущения, что и можно принять, тогда

,

следовательно

Передаточная функция разомкнутого контура скорости записывается в виде

(4.6)

Здесь внутренний контур тока аппроксимируется инерционным звеном с постоянной времени 2ТП, при этом ошибка аппроксимируется несущественна.

Приравнивая выражение (4.6) к выражению (4.3) и принимая постоянную времени равной некомпенсированной постоянной времени скоростного контура 2ТП, получим равенство

откуда

(4.7)

Из (4.7) следует, что регулятор скорости представляет собой пропорциональный регулятор (П - регулятор), при включении которого оказывается скомпенсированной электромеханическая постоянная времени

Передаточная функция замкнутой системы имеет вид

(4.8)

Из этой зависимости следует, что вся система электропривода представлена колебательным звеном.

Чтобы ограничить ток якоря, необходимо ограничить на соответствующем уровне выходное напряжение регулятора скорости.

Колебательное звено (4.2) не обеспечивает астатизма системы. Поэтому, чтобы сделать статизм системы равным нулю, применяется дополнительный интегральный регулятор, позволяющий получить симметричный оптимум системы.

При настройке на симметричный оптимум передаточная функция разомкнутого контура регулирования имеет вид

(4.9)

Системы, настроенные на симметричный оптимум, не имеют статической ошибки, однако в такой системе перерегулирования переходного процесса достигает 55 %.

Для системы, настроенной на симметричный оптимум, выражение (4.6) равно выражению (4.9) при =2ТП.

откуда

(4.10)

что соответствует передаточной функции ПИ – регулятора.

Приведенные соотношения (4.2)…(4.10) справедливы для режима непрерывных токов тиристорного преобразователя, при котором параметры системы постоянны.

studfiles.net

Электропривод постоянного тока с подчиненным регулированием

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Системы электропривода с подчиненным контуром тока получили первоначальное применение в электроприводах постоянного тока (см. рис. 6.20). Токовый контур состоит из регулятора тока РТ, обычно пропорционально-интегрального типа. На его вход через резистор R7 подается сигнал задания тока якоря U3T, а через резистор RS - сигнал отрицательной обратной связи U0T по току якоря двигателя М. Первич­ным датчиком тока якоря двигателя служат два трансформатора тока ТА и ТА2. Датчик тока включает также в себя диодный выпрямитель VD1..VD4, сглаживающий фильтр на конденсаторе С1 и делитель на­пряжения R3. Назначениеу датчика тока является преобразование тока якоря в пропорциональное ему напряжение обратной связи по току U0T, соответствующее стандартному напряжению системы управления, а также обеспечение гальванической развязки силовой цепи и схемы управления.

Преобразователь выполнен на тиристорах VSI...VS6. Управление тиристорами осуществляет система импульсно-фазового управления.

Внешний контур осуществляет регулирование скорости двигателя. Регулятор скорости РС в данном случае пропорционально­интегрального типа. На его вход через резистор R4 подается сигнал за­дания скорости U3C, а через резистор R5 - сигнал отрицательной об­ратной связи Uoc по скорости двигателя. Первичным датчиком скоро­сти является тахогенератор BR. Конденсатор С4 выполняет роль фильтра низких частот, сглаживающий коммутационные и коллектор­ные колебания напряжения тахогенератора. Резисторы R^ и /^0 обра­зуют делитель, обеспечивающий напряжение обратной связи по скоро­сти I/ос, соответствующее стандартному напряжению системы управ­ления.

Электропривод постоянного тока с подчиненным регулированием

Электропривод постоянного тока с подчиненным регулированием

Рис. 6.20. Функциональная схема электропривода с подчиненным контуром тока

Как следует из анализа рис. 6.20, выходной сигнал внешнего кон­тура регулирования скорости U3T является сигналом задания внутрен­него контура регулирования тока. Таким образом, каждый внутренний контур оказывается подчиненным внешнему контуру. Это и послужило основанием названия системы регулирования. Кроме того, такое по­строение системы позволяет осуществлять независимую настройку кон­туров регулирования.

Особенностью системы подчиненного регулирования является ра­венство количества регуляторов и замкнутых контуров числу регули­руемых координат.

Структурная схема линеаризованной двухконтурной системы элек­тропривода, соответствующая функциональной схеме рис. 6.20, приве­дена на рис. 6.21.

Структура двигателя на рис. 6.21 приведена в соответствии с опи­сывающими его уравнениями (3.12). Тиристорный преобразователь представлен апериодическим звеном с коэффициентом передачи кп и постоянной времени Тп. Датчики тока и скорости также представлены апериодическими звеньями с коэффициентами передачи кт и кс и по­стоянными времени Тт и Тс соответственно.

Отличие схемы рис. 6.21 от классической двухконтурной подчи­ненного регулирования состоит в наличии сигнала отрицательной об­ратной связи по ЭДС двигателя, показанной на рисунке пунктиром.

Электропривод постоянного тока с подчиненным регулированием

Электропривод постоянного тока с подчиненным регулированием

Рис. 6.21. Структурная схема линеаризованной двухконтурной системы электропривода, выполненного по принципу подчиненного регулирования

Электропривод постоянного тока с подчиненным регулированием

С! б

Рис. 6.22. Графики (а) переходных процессов тока и скорости и (б) динамическая электромеханическая характеристика пуска двигателя при максимальном задающем напряжении

Нарис. 6.21 приняты следующие обозначения:

кп - коэффициент передачи тиристорного преобразователя;

кт = ^зт-тах _ коэффициент обратной связи по току;

U3т max - максимальное напряжение задания на ток двигателя;

Iдв тах - максимально допустимый ток якоря двигателя;

7|_lt = 7П + 7Т - суммарная малая постоянная времени;

Тп = постоянная---- времени тиристорного преобразователя;

2 • m • /1

m - число управляемых полупериодов напряжения за период на­пряжения питающей сети,

fx - частота питающей сети.

С пропорционально-интегральным регулятором тока статическая погрешность регулирования тока стремиться к нулю, так как такой ре­гулятор теоретически имеет бесконечно большой коэффициент усиле­ния.

Контур скорости настраивается на модульный (МО) или симмет­ричный (СО) оптимум.

При настройке контура скорости на модульный оптимум регулятор скорости получается пропорционального типа с передаточной функцией

Электропривод постоянного тока с подчиненным регулированием

При настройке на симметричный оптимум регулятор скорости по­лучается пропорционально-интегрального типа с передаточной функци­ей

Коэффициент усиления регулятора скорости ПИ-типа также опре­деляется по уравнению (6.33).

Электропривод с ПИ-регулятором скорости имеет меньшее быст­родействие при отработке управляющего воздействия, но в нем теоре­тически отсутствует погрешность поддержания скорости при изменении момента на валу двигателя. Динамические провалы скорости при скач­кообразном изменении нагрузки на валу двигателя присущи обоим ти­пам регуляторов.

Графики переходных процессов скорости ю = /(ґ) и тока I = f(t) при отработке скачка задающего напряжения приведены на рис. 6.22, а. На рис. 6.22, б показана динамическая электромеханическая характери­стика электропривода, построенная по результатам расчета переходных процессов. Как следует из результатов расчета динамическая погреш­ность электропривода с ПИ-регуляторами скорости и тока не равна ну­лю на всех этапах разгона двигателя. Ток якоря двигателя превышает значение I тах в первые моменты времени протекания переходных

процессов в электроприводе за счет инерционностей в контуре тока. Для сравнения на рис. 6.22, б изображена статическая электромеханиче­ская характеристика электропривода, кривая 2.

Для вывода уравнения статической электромеханической характе­ристики электропривода, работающего в режиме стабилизации скоро­сти, составим систему уравнений, описывающих элементы и связи в электроприводе. При этом будем считать, что ток якоря непрерывный, а активные сопротивления преобразователя, включенные последователь­но с обмоткой якоря двигателя, отнесем к якорю двигателя.

Электропривод постоянного тока с подчиненным регулированием

В случае применения в электроприводе ПИ-регуляторов скорости и тока, имеющих в статике коэффициенты усиления, равные собственным коэффициентам усиления операционных усилителей, на базе которых они выполнены, электромеханическая характеристика электропривода в режиме стабилизации скорости стремиться к горизонтальной прямой, параллельной оси абсцисс:

(6.37)

Так как собственные коэффициенты усиления операционных уси­лителей имеют хотя и большую, но все же конечную величину (коу =20000 + 40000), скорость двигателя со будет падать с увеличени­ем нагрузки на его валу. Это будет приводить к росту напряжения на выходе регулятора скорости. При некотором значении тока якоря дви­гателя I тах регулятор скорости входит в режим насыщения и на его

выходе устанавливается максимально возможное напряжение насыще­ния U3T тах. Дальнейший рост нагрузки на валу двигателя не приводит к изменению напряжения на выходе регулятора скорости. Отрицатель-

ная обратная связь по скорости отключается. В электроприводе остается действовать только одна отрицательная обратная связь по току. Элек­тропривод переходит в режим стабилизации тока якоря.

Электромеханические характеристики электропривода, построен­ные по уравнениям (6.36) и (6.41) для различных задающих напряжений приведены на рис. 6.23.

ТТ ^

^УзЗ

t/,9

- и, 1

рад/с

100

80

60

40

20

Рис. 6.23. Электромеханические характеристики двухконтурного электропривода с ПИ-регуляторами скорости и тока

В реверсивном электроприводе с двумя комплектами управляемых выпрямителей статические и динамические характеристики электро­привода располагаются в четырех квадрантах.

В частотно-регулируемых асинхронных электроприводах вектор­ное управление связано как с изменением частоты и текущих значений переменных (напряжения, тока статора, потокосцепления), так и со вза­имной ориентацией их векторов в декартовой системе координат. …

Сигналом тока можно воздействовать как на канал напряжения, так и на канал частоты. Функциональная схема электропривода с положи­тельными обратными связями по току в канале регулирования напряже­ния и частоты приведена на …

Если вектор напряжения Uj формируется векторным сложением напряжения задания U з, и сигнала / • /^ • ккм, вводимого с целью ком­пенсации падения напряжения в фазах А, В и С …

msd.com.ua

/ методические указания по лабораторным работам / РАСЧЕТ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ С ПОДЧИНЕННЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ КООРДИНАТ

Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

Балаковский институт, техники, технологии и управления

РАСЧЕТ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

С ПОДЧИНЕННЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ КООРДИНАТ

Методические указания к выполнению практической работы по курсу

«Электромеханические системы» для студентов специальности 210100 всех форм обучения

Одобрено

редакционно-издательским советом

Балаковского института техники,

технологии и управления

Балаково 2009

ВВЕДЕНИЕ

При проектировании систем управления электроприводом нижнего уровня, формирующим свойства собственно электропривода, используются различные способы управления. Наибольшее распространение получили системы, выполненные по принципам подчиненного регулирования. Отличительная особенность этого принципа – каскадное включение регуляторов, количество которых соответствует количеству контролируемых параметров электропривода, таких как ток и напряжение якоря, скорость вращения двигателя, положение вала приводного механизма.

Цель работы: расчет двухконтурной системы управления электроприводом постоянного тока с подчиненным регулированием координат.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

На рис.1 изображена обобщенная структурная схема системы подчиненного регулирования. Объект регулирования представлен в виде трех составляющих W1(p), W2(p), W3(p). Каждая из них характеризуется относительно "большой" постоянной времени и выходной координатой, по которой и организована обратная связь.

Рис.1. Обобщенная структурная схема многоконтурной системы подчиненного регулирования

На схеме регуляторы Wр1(p), Wр2(p), Wр3(p) включены каскадно, причем на входе регулятора каждого из контуров сравниваются сигналы, пропорциональные заданному и действительному значениям выходной координаты данного контура, а выходное напряжение регулятора служит задающим сигналом для последующего контура. Поскольку каждый последующий контур получает задание (подчинен) от предыдущего контура, то системы, построенные по этому принципу, получили название систем подчиненного регулирования.

В ряде практических случаев реальные контуры регулирования могут быть сведены к простейшим контурам, которые настраивают по техническому (модульному) или симметричному оптимуму. На рис.2 представлена функцио­нальная схема электропривода с подобной системой регулирова­ния. Двигатель Д с обмоткой возбуж­дения ОВД получает питание от управляемого тиристорного преобразователя ТП.

Рис.2. Функциональная схема двухконтурной системы управления электроприводом

Согласование номинальных значений напряжения питающей ТП сети ~Uс, его выходного напряжения и тока якоря двигателя обеспечивается трансформатором Т. При необходимости улучшения условий коммутации тока якоря за счет ограничения скорости его изменения в цепи якоря двигателя устанавливается дроссель Др. Система управления электропривода содержит два контура ре­гулирования: внутренний контур тока (КТ) и внешний контур скорости (КС).

Контур тока включает в себя силовую часть электропривода с выходом по току якоря Iя, цепь отрицательной обратной связи по току якоря и регулятор тока якоря РТ. На входе РТ сравниваются напряжение задания тока якоря UЗТ и напряжение обратной связи Uоc, поступающее с датчика тока ДТ. На вход ДТ подается напря­жение с шунта Ш, пропорциональное току якорной цепи двига­теля. Блок БО ограничивает выходное напряжение Uрс регулятора скорости PC.

Контур скорости двигателя включает в себя замкнутый КТ, цепь отрицательной обратной связи по скорости двигателя и ре­гулятор скорости. На входе PC сравниваются напряжение зада­ния скорости Uзс, подаваемое с выхода задающего устройства ЗУ, и напряжение обратной связи Uос по скорости двигателя, поступающее от тахогенератора ТГ. Регулятор скорости может быть как пропорциональным (при невысоких требованиях к точ­ности регулирования скорости), так и пропорционально-интег­ральным (при необходимости абсолютной статической точности регулирования). Задающее устройство формирует желаемый закон изменения скорости электропривода.

Структурная схема электропривода с передаточными функциями соответствующих элементов представлена на рис.3.

Рис.3. Структурная схема электропривода

Данная схема не соответ­ствует каскадной структуре подчиненного регулирования (рис.1) из-за дополнительной связи по ЭДС двигателя, воздей­ствующей на контур тока. С помощью известных правил преобра­зования структурных схем можно привести данную схему к виду (рис.4).

Рис.4. Преобразованная структурная схема электропривода

Если двигатель является частью системы регулирования замкнутой, например, по скорости, то параллельно обратной связи по ЭДС подключается более сильная обратная связь и приближенно можно пренебречь изменениями ЭДС двигателя по сравнению с изменениями напряжения. Тогда, размыкая ключ К, отключается обратная связь по ЭДС и система приобретает вид каскадного включения.

Введем обозначения постоянных времени двигателя. Электромагнитная ТЭ и механическая ТМ постоянная времени соответственно:

,

(1)

,

(2)

где RЯ - активное сопротивление якорной цепи, Ом;

LЯ - индуктивность якорной цепи, Гн;

J - суммарный момент инерции якоря и нагрузки, кг м2;

kЕ, kМ – коэффициент ЭДС (В с) и коэффициент момента (Н м А-1).

Вспомогательный коэффициент k0:

;

(3)

Данные коэффициенты ЭДС kЕ и момента kМ являются либо справочными величинами, либо рассчитываются по нижеприведенным формулам, исходя из номинальных параметров двигателя:

С учетом введенных обозначений и отключенной обратной связи по ЭДС структурная схема приобретает вид, представленный на рис.5.

Рис.5. Структурная схема двухконтурной системы с подчиненным регулированием

Таким образом, получили, что двигатель постоянного тока независимого возбуждения в простейшем случае характеризуется последовательным соединением апериодического и интегрирующего звена. Апериодическое звено описывает электромагнитные процессы в двигателе и характеризуется постоянной времени ТЭ, а интегрирующее звено описывает механические процессы в двигателе и характеризуется электромеханической постоянной ТМ. В системе подчиненного регулирования внутренний контур тока компенсирует электромагнитную постоянную времени, а внешний – электромеханическую постоянную времени. В качестве некомпенсируемой (малой) постоянной времени Тμ принимается постоянная времени тиристорного преобразователя ТП=Тμ.

Настроим внутренний контур тока на технический оптимум (ТО).

Смысл настройки на технический оптимум заключается в том, что в наиболее широкой полосе частот сделать модуль частной характеристики близким к единице, то есть чтобы система равномерно пропускала сигнал в наиболее широком диапазоне частот. Чем шире полоса пропускания, тем меньше время переходного процесса контура.

При настройке на технический оптимум передаточная функция разомкнутой системы должна иметь вид:

.

(6)

В этом случае переходный процесс не зависит от постоянной времени объекта, а определяется величиной Тμ (0,01-0,001с). Перерегулирование при этом составляет σ=4,3%, а время первого согласования tС≈4,7Тμ.

Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика имеет наклоны -20,-40 дб/дек с частотой среза ωСР и частотой сопряжения ωС:

, .

(7)

Передаточная функция внутреннего контура на основании рис.5:

.

(8)

Объектом регулирования (компенсации) является апериодическое звено с постоянной времени ТЭ. Приравнивая выражения (6) и (8) получим выражение для расчета передаточной функции регулятора тока:

.

(9)

Получаем, что при настройке системы на ТО с объектом регулирования в виде апериодического звена в систему должен быть включен пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор). Передаточная функция замкнутого внутреннего контура после упрощения имеет вид:

.

(10)

Так как Тμ малая величина (Тμ<<1), то можно приближенно записать:

.

(11)

Тогда внешний контур скорости имеет вид, представленный на рис.6. Некомпенсируемой постоянной является постоянная времени ТμС=2Тμ, а объектом для компенсации - интегрирующее звено.

Рис.6. Внешний контур скорости

Передаточная функция разомкнутой системы согласно рис.6:

.

(12)

При настройке на технический оптимум передаточная функция регулятора скорости, с учетом выражений (6) и (12) имеет вид:

.

(13)

То есть, регулятор должен быть усилительным звеном (П-регулятор), а регулирование оказывается статическим, что может привести к появлению статической ошибки.

Для получения астатического регулирования скорости может быть использован симметричный оптимум (СО). Этому названию соответствует симметричная относительно частоты среза ωСР ЛАЧХ оптимизированного разомкнутого контура с передаточной функцией:

.

(14)

Перерегулирование при данной настройке составляет σ=43%, а время первого согласования tС≈3,1Тμ. Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика имеет наклоны -40,-20,-40 дб/дек с частотой среза ωСР и частотами сопряжения ωС1, ωС2 соответственно:

Настроим внешний контур на симметричный оптимум. С учетом (12) и (14) передаточная функция регулятора примет вид:

(16)

То есть в качестве регулятора скорости при настройке на симметричный оптимум используется ПИ-регулятор.

В физических системах регулятор, как правило, реализуются на операционных усилителях (рис.7), передаточная функция которых определяется как отношение операторных сопротивлений обратной связи к входному сопротивлению:

.

(17)

Рис.7. Принципиальная схема ПИ-регулятора

Выражение (17) показывает, что ПИ-регулятор состоит из параллельного соединения усилительного и интегрирующего звеньев, параметры которых определяются уравнениями:

, ,

(18)

где kП – коэффициент усиления регулятора;

ТИ – постоянная времени интегрирования регулятора.

Задавшись одним из параметров, например емкостью, по заданным значениям kП и ТИ определяются резисторы сопротивления. Причем емкость С следует выбирать такой величины, чтобы сопротивления находились в определенных пределах: нижний – определяется допустимой нагрузкой операционных усилителей (суммарное сопротивление нагрузки не должно быть больше 2,4 кОм), верхний – помехоустойчивостью схемы (свыше 100 кОм чувствительность схемы к помехам растет). Оптимальная величина сопротивлений лежит в пределах 10…60 кОм.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с теоретическим материалом.

2. На основании исходных данных рассчитать недостающие параметры.

3. Исследовать внутренний контур тока, настроенный на технический оптимум. Рассчитать ПФ регулятора, построить переходные процессы и ЛАЧХ без регулятора и с ним. Сделать выводы.

4. Исследовать внешний контур скорости, настроенный на технический оптимум. Рассчитать ПФ регулятора, построить переходные процессы и ЛАЧХ без регулятора и с ним. Сделать выводы.

5. Исследовать внешний контур скорости, настроенный на симметричный оптимум. Рассчитать ПФ регулятора, построить переходные процессы и ЛАЧХ без регулятора и с ним. Сделать выводы.

6. Определить параметры ПИ-регуляторов, реализованных на операционном усилителе, емкости и сопротивлений.

7. Составить отчет по работе.

ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ

Исходные данные.

Силовая часть электропривода представляет собой систему тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока с независимым возбуждением.

Номинальные напряжения, ток, момент и скорость двигателя:

UНОМ=220 В, IНОМ=21 А, МНОМ=23,5 Н·м, ωНОМ=162 рад/с.

Сопротивление и индуктивность якоря и момент инерции двигателя:

RЯ=1,8 Ом, LЯ=0,019 Гн, J=0,05 кг·м2.

Коэффициент усиления и постоянная времени преобразователя:

kП=25, ТП=Тμ=0,005 с.

Передаточный коэффициент тахогенератора (обратная связь по скорости):

kТГ= kОС=0,035 В·с/рад.

Передаточный коэффициент обратной связи по току:

kОТ =0,16 В/А.

Решение.

1) Рассчитаем недостающие параметры.

Коэффициент ЭДС kЕ:

, В·с.

Коэффициент момента kМ:

, Н·м А-1.

Электромагнитная постоянная времени двигателя:

с.

Механическая постоянная времени двигателя:

с.

Вспомогательный коэффициент k0:

, А/В.

2) Настроим внутренний контур тока на технический оптимум. Передаточная функция регулятора тока согласно (9):

.

Передаточная функция замкнутого контура, согласно (11):

.

Исследование внутреннего контура с регулятором и без, осуществляется самостоятельно, путем построения переходных процессов и логарифмических амплитудно-частотных характеристик.

3) Настроим внешний контур скорости на технический и симметричный оптимум. Передаточная функция регулятора скорости, настроенного на ТО, согласно (13):

.

Передаточная функция регулятора скорости, настроенного на СО, согласно (16):

.

4) Исследуем систему управления электропривода. На рис.8 представлены переходные процессы системы ( 1 – без регулятора скорости, 2 – с регулятором, настроенным на ТО, 3 – с регулятором, настроенным на СО). На рис.9 соответственно представлены логарифмические амплитудно-частотные характеристики (ЛАЧХ). По построенным графикам определяются все характеристики и делаются выводы о влиянии на качество процессов регуляторов, настроенных на технический и симметричный оптимум.

Рис.8. Переходные процессы внешнего контура скорости

Рис.9. ЛАЧХ внешнего контура скорости

5) Определим параметры ПИ-регуляторов.

Параметры усилительного и интегрирующего звеньев ПИ-регулятора тока, равны соответственно: kП=0,495, ТИ=0,022. Зададимся значением емкости С=1 мкФ, тогда с учетом (18):

кОм, кОм.

Параметры усилительного и интегрирующего звеньев ПИ-регулятора скорости, равны соответственно: kП=11,094, ТИ=1,8·10-3. Зададимся значением емкости С=0,5 мкФ, тогда с учетом (18):

кОм, кОм.

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ

UНОМ

IНОМ

МНОМ

ωНОМ

J

ТП

kОС

kОТ

1

60

2,86

0,39

314

0,46

0,02

15,3·10-4

25

0,009

0,016

1,17

2

60

2,27

0,49

209

0,94

0,038

15,3·10-4

50

0,008

0,024

1,47

3

110

1,53

0,39

314

1,48

0,069

15,3·10-4

25

0,009

0,016

2,18

4

110

1,22

0,49

209

3,0

0,129

15,3·10-4

50

0,009

0,024

2,73

5

60

4,57

0,65

314

0,23

0,013

20,4·10-4

25

0,011

0,016

0,73

6

60

2,72

0,585

209

0,52

0,032

20,4·10-4

50

0,012

0,024

1,23

7

110

2,46

0,65

314

0,765

0,043

20,4·10-4

25

0,011

0,016

1,36

8

110

1,46

0,585

209

1,74

0,108

20,4·10-4

50

0,012

0,024

2,28

9

60

5,6

0,81

314

0,284

0,01

35,7·10-4

25

0,007

0,016

0,60

10

60

4,3

0,97

209

0,645

0,02

35,7·10-4

50

0,006

0,024

0,78

11

110

3,05

0,91

314

0,945

0,034

35,7·10-4

25

0,007

0,016

1,09

12

110

2,33

0,97

209

2,2

0,068

35,7·10-4

50

0,006

0,024

1,43

13

110

8,2

2,96

262

0,237

0,015

135·10-4

25

0,013

0,019

0,41

14

110

5,0

2,92

157

0,605

0,042

135·10-4

50

0,014

0,032

0,67

15

220

4,1

2,96

262

0,85

0,061

135·10-4

25

0,014

0,019

0,81

16

220

2,5

2,92

157

2,38

0,168

135·10-4

50

0,014

0,032

1,33

17

110

19,2

6,25

262

0,147

0,006

408·10-4

25

0,008

0,019

0,17

18

110

13,0

7,15

157

0,42

0,016

408·10-4

50

0,008

0,032

0,26

19

220

9,5

6,25

262

0,58

0,066

408·10-4

25

0,023

0,019

0,35

20

220

6,4

7,15

157

1,7

0,027

408·10-4

50

0,003

0,032

0,52

21

110

36,6

12,5

262

0,06

0,003

662·10-4

25

0,010

0,019

0,09

22

110

18,2

10,4

157

0,192

0,012

662·10-4

50

0,013

0,032

0,18

23

220

12,6

10,7

262

0,435

0,014

662·10-4

25

0,006

0,019

0,26

24

220

18,2

12,5

157

0,239

0,023

662·10-4

50

0,019

0,032

0,18

25

220

27,2

19,4

262

0,39

0,009

127·10-4

50

0,005

0,019

0,12

studfiles.net

Системы подчиненного регулирования (СПР)

⇐ ПредыдущаяСтр 16 из 41Следующая ⇒

 

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; W01(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

 

,

 

где: ; а = ат = 2 .

 

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

 

 

 

 

Схема регуляторов.

 

 

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.

 

 

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 2m-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

 

 

Схемы регуляторов:

 

пропорциональный П

 

 

интегральный И

 

,

 

где

 

дифференциальный Д

 

,

 

где

 

интегрально-пропорциональный ИП

 

пропорционально-интегральный ПИ

 

 

пропорционально-интегрально-дифференциальный ПИД

 

mykonspekts.ru

Система подчиненного регулирования с двигателем постоянного тока

В силу достоинств систем подчиненного регулирования, отмеченных в п. 7.4, они также находят применение в системах регулирования скорости. Функциональная схема такого привода представлена на рис. 8.5, где обозначено РТ – регулятор тока, ДТ – датчик тока, БО – блок ограничении, uот – сигнал обратной связи по току.

Рис. 8.5. Функциональная схема системы регулирования скорости с подчиненно-токовым управлением

Ограничение по току в данной системе осуществляется путем ограничения выходного напряжения регулятора скорости, т.е. ограничением сигнала задания тока uзт за счет охвата регулятора скорости нелинейной обратной связью (блок БО), как это показано на рис. 8.5. Структурная схема системы имеет вид рис. 8.6.

Рис. 8.6. Структурная схема системы подчиненного регулирования скорости

При описании настройки регулятора тока, примем ток якоря непрерывным, и не будем учитывать ограничение тока. Отличие структурной схемы реального привода рис. 8.6 от идеализированной схемы рис. 7.9, на которой пояснялся принцип подчиненного регулирования, заключается в том, что на вход динамического звена, соответствующего якорной цепи, действует обратная связь по э.д.с. вращения e. Положив, Δuп=0, mс=0, перенесем на структурной схеме рис. 8.6 выход контура скорости (точка «а») на выход контура тока (точка «б»). Передаточную функцию образовавшегося в контуре тока объекта с прямым каналом, имеющим передаточную функцию 1/(Rс(Tяp+1)) и каналом обратной связи –(KΦ)2/(Jp) получим в виде

где

(8.13)

сомножитель, отражающий влияние обратной связи по э.д.с. двигателя.

Передаточная функция разомкнутого токового контура получит вид

Если для настройки на оптимум по модулю использовать ПИ-регулятор тока, выбрав

(8.14)

kрт=TяRс/(2Tдтkпрkдт),   τрт=Tя,

можно записать Wi(p)=Wiопт(p)A(p). Здесь

(8.15)

передаточная функция разомкнутого токового контура, настроенного на оптимум по модулю при пренебрежении влиянием обратной связи по э.д.с. двигателя.

Чаще всего такое пренебрежение возможно, так как влияние э.д.с. можно рассматривать как возмущение для контура регулирования тока. Причем скорость изменения э.д.с. определяется электромеханической постоянной двигателя, а быстродействие контура регулирования скорости, как следует из выражения (8.15), определяется постоянной времени датчика тока, которая меньше постоянной якорной цепи и, следовательно, много меньше электромеханической постоянной. Таким образом, указанное возмущение по э.д.с. может быть отработано контуром регулирования тока без динамической ошибки, и его влиянием на динамические свойства привода можно пренебречь, приняв A(p)=1 и считая, что ток якоря определяется напряжением задания тока uзт, поступающим с выхода регулятора скорости.

Для пояснения настройки регулятора скорости представим передаточную функцию неизменной части контура скорости в виде

где передаточную функцию замкнутого контура регулирования тока получим из выражения (8.15) в соответствии с соотношением

В соответствии с изложенным в п. 7.3 принципом понижения порядка контура можно записать

где Tiэ=2Tдт – эквивалентная постоянная контура тока.

Поскольку в данном случае объект контура скорости является интегрирующим звеном с передаточной функцией,

то для настройки на оптимум по модулю следует применять пропорциональный регулятор с передаточным коэффициентом

(8.16)

где Tμω=Tдс+Tiэ – суммарная малая постоянная времени контура скорости.

При таком значении передаточного коэффициента регулятора в соответствии с рис. 8.6 статическая ошибка системы по возмущению mсопределяется соотношением

Δω=−Δmс×2TμωRс/(Tм(KΦ)2).

Поскольку величина Rс/(KΦ)2 характеризует ошибку разомкнутой системы, т.е. падение скорости двигателя на естественной характеристике, то ясно, что в замкнутой системе ошибка будет тем меньше, чем меньше Tμω по сравнению с Tм. Если эта ошибка велика, контур можно настроить на симметричный оптимум, применив ПИ-регулятор скорости с τрс=4Tμω и значением kрс, определенным согласно (8.16).

  1. Тормозные режимы работы электроприводов переменного тока(только асинхронник)

Асинхронный двигатель может работать в следующих тормозных режимах: в режиме рекуперативного торможения, противовключения и динамическом.

Рекуперативное торможение асинхронного двигателя

Режим рекуперативного торможения осуществляется в том случае, когда скорость ротора асинхронного двигателя превышает синхронную.

Режим рекуперативного торможения практически применяется для двигателей с переключением полюсов и в приводах грузоподъемных машин (подъемники, экскаваторы и т.п.).

При переходе в генераторный режим вследствие изменения знака момента меняет знак активная составляющая тока ротора. В этом случае асинхронный двигательотдает активную мощность (энергию) в сеть и потребляет из сети реактивную мощность (энергию), необходимую для возбуждения. Такой режим возникает, например, при торможении (переходе) двухскоростного двигателя с высокой на низкую скорость, как показано на рис. 1 а.

Рис. 1. Торможение асинхронного двигателя в основной схеме включения: а) с рекуперацией энергии в сеть; б) противовключением

Предположим, что в исходном положении двигатель работал на характеристике 1 и в точке а, вращаясь со скоростью ωуст1. При увеличении числа пар полюсов двигатель переходит на характеристику 2, участок бс которой соответствует торможению с рекуперацией энергии в сеть.

Этот же вид торможения может быть реализован в системе преобразователь частоты– двигатель при останове асинхронного двигателя или при переходе с характеристики на характеристику. Для этого осуществляется уменьшение частоты выходного напряжения, а тем самым синхронной скорости ωо = 2πf/p.

В силу механической инерции текущая скорость двигателя ω будет изменяться медленнее чем синхронная скорость ωо, и будет постоянно превышать скорость магнитного поля. За счет этого и возникает режим торможения с отдачей энергии в сеть.

Рекуперативное торможение также может быть реализовано в электроприводе грузоподъемных машинпри спуске грузов. Для этого двигатель включается в направлении спуска груза (характеристика 2 рис. 1 б).

После окончания торможения он будет работать в точке со скоростью –ωуст2. При этом осуществляется процесс спуска груза с отдачей энергии в сеть.

Рекуперативное торможение является наиболее экономичным видом торможения. 

Торможение асинхронного электродвигателя противовключением

Перевод асинхронного двигателя в режим торможения противовключением может быть выполнен двумя путями. Один из них связан с изменением чередования двух фаз питающего электродвигатель напряжения.

Допустим, что двигатель работает на характеристике 1 (рис. 1 б) при чередовании фаз напряжения АВС. Тогда при переключении двух фаз (например, В и С) он переходит на характеристику 2, участок аб которой соответствует торможению противовключением.

Обратим внимание на то обстоятельство, что при противовключении скольжение асинхронного двигателяизменяется от S = 2 до S = 1.

Ротор при этом вращается против направления движения поля и постоянно замедляется. Когда скорость спадает до нуля, двигатель должен быть отключен от сети, иначе он может перейти в двигательный режим, причем ротор его будет вращаться в направлении, обратном предыдущему.

При торможении противовключением токи в обмотке двигателя могут в 7–8 раз превышать соответствующие номинальные токи. Заметно уменьшается коэффициент мощности двигателя. О КПД в данном случае говорить не приходится, т.к. и преобразуемая в электрическую механическая энергия и энергия, потребляемая из сети, рассеиваются в активном сопротивлении ротора, и полезно используемой энергии в данном случае нет.

Короткозамкнутые двигатели кратковременно перегружаются по току. Правда, у них при (S > 1) вследствие явления вытеснения тока заметно возрастает активное сопротивление ротора. Это приводит к уменьшению и увеличению момента.

С целью увеличения эффективности торможения двигателей с фазным ротором в цепи их роторов вводят добавочные сопротивления, что позволяет ограничить токи в обмотках и увеличить момент.

Другой путь торможения противовключением может быть использован при активном характере момента нагрузки, который создается, например, на валу двигателя грузоподъемного механизма.

Допустим, что требуется осуществить спуск груза, обеспечивая его торможение с помощью асинхронного двигателя. Для этого двигатель путем включения в цепь ротора добавочного резистора (сопротивления) переводится на искусственную характеристику (прямая 3 на рис. 1).

Вследствие превышения моментом нагрузки Мс пускового момента Мп двигателя и его активного характера груз может опускаться с установившейся скоростью –ωуст2. В этом режиме торможение скольжения асинхронного двигателя может изменяться от S = 1 до S = 2.

Динамическое торможение асинхронного двигателя

Для динамического торможения обмотки статора двигатель отключают от сети переменного тока и подключают к источнику постоянного тока, как это показано на рис. 2. Обмотка ротора при этом может быть закорочена, или в ее цепь включаются добавочные резисторы с сопротивлением R2д. 

Рис. 2. Схема динамического торможения асинхронного двигателя (а) и схема включения обмоток статора (б)

Постоянный ток Iп, значение которого может регулироваться резистором 2, протекает по обмоткам статора и создает относительно статора неподвижное магнитное поле. При вращении ротора в нем наводится ЭДС, частота которой пропорциональна скорости. Эта ЭДС, в свою очередь, вызывает появление тока в замкнутом контуре обмотки ротора, который создает магнитный поток, также неподвижный относительно статора.

Взаимодействие тока ротора с результирующим магнитным полем асинхронного двигателя создает тормозной момент, за счет которого достигается эффект торможения. Двигатель в этом случае работает в режиме генератора независимо от сети переменного тока, преобразовывая кинетическую энергию движущихся частей электропривода и рабочей машины в электрическую, которая рассеивается в виде тепла в цепи ротора.

На рисунке 2 б показана наиболее распространенная схема включения обмоток статора при динамическом торможении. Система возбуждения двигателя в этом режиме является несимметричной.

Для проведения анализа работы асинхронного двигателя в режиме динамического торможения несимметричную систему возбуждения заменяют симметричной. С этой целью принимается допущение, что статор питается не постоянным током Iп, а некоторым эквивалентным трехфазным переменным током, создающим такую же МДС (магнитодвижущую силу), что и постоянный ток.

Электромеханическая и механические характеристики представлены на рис. 3.

Рис. 3. Электромеханическая и механические характеристики асинхронного двигателя

Характеристика расположена на рисунке в первом квадранте I, где s = ω / ωo – скольжение асинхронного двигателя в режиме динамического торможения. Механические характеристики двигателя расположены во втором квадранте II.

Различные искусственные характеристики асинхронного двигателя в режиме динамического торможения можно получить, изменяя сопротивление R2д добавочных резисторов 3 (рис. 2) в цепи ротора или постоянный ток Iп, подаваемый в обмотки статора.

Варьируя значения R2д и Iп, можно получить желаемый вид механических характеристик асинхронного двигателя в режиме динамического торможения и, тем самым, соответствующую интенсивность торможения асинхронного электропривода.

  1. Перегрузочная способность электроприводов в промышленных системах

Допустимые кратковременные перегрузки сверх номинальных, которые определяются перегрузочной способностью двигателя

;,

где ,– максимально-допустимый момент и ток двигателя при кратковременной перегрузке.

Для двигателей постоянного тока перегрузочная способность ограничивается коммутационной устойчивостью (допустимым искрением на коллекторе) и составляет для двигателей серии П,МП , для двигателей серии Д.

Для двигателей переменного тока допустимы большие перегрузки по току силовых цепей, а по моменту перегрузочная способность определяется величиной наибольшего момента, который двигатель может развить при номинальном напряжении сети и номинальной частоте.

Для асинхронных двигателей максимальное значение момента двигателя в двигательном режиме определяет его перегрузочную способность. При этом нужно иметь в виду, что пропорционален квадрату приложенного напряжения , вследствие чего асинхронный двигатель весьма чувствителен к колебаниям напряжения сети. В каталожных данных для асинхронных двигателей указывается перегрузочная способность двигателя при номинальном напряжении .При определении момента допустимой перегрузки следует учитывать возможное снижение напряжения сети на 10%

.

В таблице 5.1 для некоторых серийно выпускаемых двигателей приводятся значения перегрузочной способности и кратности пускового момента по отношению к номинальному .

Таблица 5.1.

Коэффициенты и

Серия или модификация исполнения двигателя

1

Двигатели с к/з ротором единой серии 4А:

с повышенным скольжением

с ротором нормального исполнения

с повышенным пусковым моментом

1,8-2,4

1,7-2,2

2,2

1,7-2,2

1-1,9

1,7-1,8

2

Двигатели с к з. ротором краново – металлургической серии 4МТК

2,6 – 3,6

2,5-3,3

3

Двигатели с фазным ротором модификация 4А

1,7-2,0

-

4

Двигатели с фазным ротором краново – металлургической серии 4МТ

2,3-3,0

-

  1. Особенности реализации электроприводов общепромышленных механизмов в металлургической отрасли

  2. Потери и расходы энергии в переходных процессах приводов постоянного тока

В процессе эксплуатации двигателя значительные потери энергии наблюдаются в переходных режимах и в первую очередь при его пуске.

Потери энергии в переходных режимах могут быть заметно снижены за счет применения двигателей с меньшими значениями моментов инерции ротора, что достигается уменьшением диаметра ротора при одновременном увеличении его длины, так как мощность двигателя при этом должна оставаться неизменной. Например, так сделано в двигателях краново-металлургических серий, предназначенных для работы в повторно-кратковременном режиме  с большим числом включений в час.

Эффективным средством снижения потерь при пуске двигателей является пуск при постепенном повышении напряжения, подводимого к обмотке статора.

Такой энергосберегающий способ пуска двигателя возможен только при работе двигателя в системе с регулируемым преобразователем: для асинхронных двигателей это устройства плавного пуска или преобразователи частоты, а для двигателей постоянного тока это электронные (тиристорные) устройства управления.

Энергия, расходуемая при торможении двигателя, равна кинетической энергии, запасенной в движущихся частях электропривода при его пуске. Энергосберегающий эффект при торможении зависит от способа торможения. Наибольший энергосберегающий эффект происходит при генераторном рекуперативном торможении с отдачей энергии в сеть. При динамическом торможении двигатель отключается от сети, запасенная энергия рассеивается в двигателе и расхода энергии из сети не происходит. Наибольшие потери энергии наблюдаются при торможении противовключением, когда расход электроэнергии равен трехкратному значению энергии, рассеиваемой в двигателе при динамическом торможении.

При установившемся режиме работы двигателя с номинальной нагрузкой потери энергии определяются номинальным значением КПД. Но если электропривод работает с переменной нагрузкой, то в периоды спада нагрузки КПД двигателя понижается, что ведет к росту потерь. Эффективным средством энергосбережения в этом случае является снижение напряжения, подводимого к двигателю в периоды его работы с недогрузкой.

Рассмотрим принципы построения ЭП, в котором минимизируется потребляемый АД ток и тем самым потери электроэнергии в нем. Для этого обратимся к зависимостям тока статора I1 от напряжения U1 (рис. 2) при разных моментах нагрузки Мc. Как видно из графиков 1...4,  для каждого момента имеется такое напряжение, при котором потребляемый АД ток из сети минимален. Штриховая линия, проведенная через точки минимумов тока для каждой нагрузки, определяет закон регулирования напряжения в функции тока, при реализации которого при любом Мc из сети потребляется минимальный ток.

 

Рисунок 2 – Вольтамперные характеристики и  функциональная схема минимизирующая потребление электроэнергии

Схема ЭП с минимизацией потребляемого двигателем тока  включает в себя двигатель 4, регулятор напряжения 3 с СИФУ 2, датчики тока 5 и напряжения 6, функциональный преобразователь 7, инерционное звено 8 и элемент сравнения 1.

Требуемый закон управления ЭП реализуется с помощью положительной обратной связи по току. Трехфазный датчик 5 вырабатывает пропорциональный току сигнал, поступающий на вход функционального преобразователя 7 который обеспечивает требуемую зависимость между напряжением на АД и моментом нагрузки на его валу (штриховая линия на рис. 2). C помощью инерционного звена 8 обеспечивается необходимое качество переходных процессов. Кроме минимизации потерь электроэнергии, простыми средствами в такой схеме осуществляется повышение КПД и коэффициента мощности асинхронного ЭП.

Этот способ энергосбережения возможно реализовать при работе двигателя в системе с регулируемым преобразователем при наличии в нем обратной связи по току нагрузки. Сигнал обратной связи по току корректирует сигнал управления преобразователем, вызывая уменьшение напряжения, подводимого к двигателю в периоды снижения нагрузки. Если же приводным является асинхронный двигатель, работающий при соединении обмоток статора «треугольником», то снижение подводимого к фазным обмоткам напряжения можно легко реализовать путем переключения этих обмоток на соединение «звездой», так как в этом случае фазное напряжение понижается в 1,73 раза. Этот метод целесообразен еще и потому, что при таком переключении повышается коэффициент мощности, что также способствует энергосбережению. Из справочной литературы   следует, что при переключении обмоток с «треугольника» на «звезду» при снижении нагрузки до 50% относительно номинальной коэффициент мощности возрастает более чем на 20%. Примером практического применения этого способа энергосбережения может служить электропривод с асинхронным двигателем, работающий в условиях значительных колебаний нагрузки.

Схема, приведенная на (рис.3), позволяет с помощью двух реле тока КА1 и КА2, катушки которых включены последовательно в фазные обмотки статора через измерительные трансформаторы тока ТА1 и ТА2, автоматизировать переключение обмотки статора с «треугольника» на «звезду» при снижении нагрузки двигателя на 40—50% относительно номинальной и обратное переключение при восстановлении нагрузки.

При нажатии кнопки SВ1 «Пуск» включается силовой контактор КМ1, линейные контакты которого подключают двигатель к сети. Контактор КМ2 в начальный момент пуска остается невключенным и своими размыкающимися контактами соединяет обмотку статора «звездой». Но как только начинается пуск двигателя, значительный пусковой ток статора вызывает срабатывание реле тока КА2. При этом контактор КМ2 своими замыкающими контактами переключает обмотку статора «треугольником». Реле тока КА1 срабатывает, и двигатель переходит в рабочий режим.

 

Рисунок 3 – Схема автоматического переключения обмотки статора асинхронного двигателя с «треугольника» на «звезду»

 

Если нагрузка двигателя снизится до значения Р2< 0,5Рном , то реле тока КА1 отпустит и своими контактами отключит контактор КМ2, что приведет к пересоединению обмотки статора с «треугольника» на «звезду». При этом двигатель будет продолжать работу при повышенном значении коэффициента мощности. Если же нагрузка двигателя вновь возрастет до значения  Р2> 0,5Рном, то произойдет переключение обмотки статора со «звезды» на «треугольник»

studfiles.net

9.7. Многоконтурные системы с подчиненным регулированием координат электропривода

Для решения задач синтеза замкнутых систем электропривода, обладающих хорошим быстродействием и желаемым характером переходных процессов, разработан инженерный метод синтеза, получивший название метода последовательной коррекции с подчиненным регулированием параметров или сокращенно метод подчиненного регулирования.

После формирования требуемых статических характеристик в электроприводе с системой регулирования с суммирующим усилителем может оказаться, что его динамические характеристики (поведение системы в переходных режимах) будут неприемлемы: будет велика колебательность, перерегулирование, недостаточно быстродействие. В этом случае необходимо введение в систему регулирования корректирующих устройств и/или гибких обратных связей, действующих только во время переходных процессов. Методы коррекции динамических характеристик в схемах с суммирующим усилителем рассмотрены в специальной литературе, например в [15].

Поскольку системы с суммирующим усилителем сложны в наладке, они в настоящее время применяются только для электроприводов с невысокими требованиями к диапазону и качеству регулирования, уступив место системам подчиненного регулирования параметров электроприводов.

Принцип подчиненного регулирования состоит в том, что для каждой из регулируемых переменных - тока, скорости и, если нужно, положения - организуют свой контур регулирования, содержащий объект регулирования, регулятор и отрицательную обратную связь по регулируемой координате. Регуляторы контуров соединяют последовательно, причем выходной сигнал регулятора внешнего контура является заданием для внутреннего контура. В системах электропривода внутренним контуром является контур тока. Задание на ток вырабатывается регулятором скорости.

В системе привода ТП-Д объект регулирования в контуре тока состоит из двух звеньев: тиристорного преобразователя ТП и цепи якоря двигателя постоянного тока (см. рис.8.10).

Строго говоря, тиристорный преобразователь нельзя рассматривать как пропорциональное звено с передаточной функцией КТП. Тиристорный преобразователь по принципу своей работы является дискретным элементом. Воздействие на управляемый преобразователь осуществляется импульсно, подачей отпирающего импульса на управляющий электрод тиристора. После включения очередного тиристора, воздействие на преобразователь возможно только спустя некоторое время, когда система импульсно-фазового управления подает импульс на отпирание очередного тиристора. Поэтому тиристорный преобразователь следует рассматривать как динамическое звено с запаздыванием или приближенно как апериодическое звено с постоянной времени Тµ равной средней величине запаздывания

. (9.8)

Величина Тµ принимается в пределах 0,0034-0,01с.

Полупроводниковые преобразователи с широтно-импульсным управлением также удобно представлять в виде апериодического звена с постоянной времени

,

где: - несущая частота ШИР-преобразователя. Эти преобразователи обладают высоким быстродействием, т.к. несущая частота обычно составляет несколько кГц.

Якорная цепь двигателя описывается апериодическим звеном с «большой» постоянной времени Тя (см.8.16)

. (9.9)

Расчетная структурная схема контура тока представлена на рис.9.14.

Найдем передаточную функцию регулятора тока , который включается последовательно с объектом регулирования. Тип регулятора выбирается из условия, чтобы скомпенсировать «большую» постоянную времени в объекте регулирования, т.е.Тя. Для этого в составе регулятора должно быть форсирующее звено , которое компенсирует запаздывание, обусловленное апериодическим звеном в объекте регулирования (см. 10.8).

Поясним, что ликвидировать постоянную времени в объекте регулирования нельзя, она вызвана физической природой объекта. Уменьшить вызванное ею запаздывание можно, приложив к цепи якоря большее форсировочное напряжение, которое затем регулятором будет снято.

Исходя из указанных соображений, передаточную функцию регулятора тока принимают в следующем виде:

, (9.10)

где: - постоянная времени интегрирования регулятора тока;

- коэффициент усиления регулятора тока.

Следовательно, регулятор тока представляет собой пропорционально-интегральное звено. Передаточная функция контура тока, оптимизированного в соответствии с (9.10) имеет вид:

,

Учитывая, что очень мало, это выражение можно упростить и считать, что оптимизированный контур тока имеет передаточную функцию

. (9.11)

При ступенчатом сигнале uзТ установившаяся ошибка регулирования тока равна нулю.

Передаточной функции контура тока в виде (9.11) соответствует так называемая настройка на модульный оптимум. При стандартной настройке принимается равной. При такой настройке при подаче на вход контура единичного ступенчатого сигнала переходный процесс будет иметь следующие показатели: время нарастания до заданного значения, время переходного процесса, перерегулирование%.

Переходный процесс в контуре тока при настройки на модульный оптимум показан на рис.9.15.

Коэффициент обратной связи по току рассчитывается из соотношения

,

где: uзTмакс=8В - для серийных операционных усилителей с учетом возможных перерегулирований.

Iмакс доп - максимально допустимый ток якоря.

ПИ-регулятор тока обычно реализуется на операционных усилителях по схеме рис.9.16. Для этой схемы

, ТИТ=RвхСос.

В системе подчиненного регулирования заданием на контур тока является выходной сигнал регулятора скорости.

В контуре скорости объектом регулирования в соответствии со структурной схемой двигателя постоянного тока (см. рис.8.5) является механическая часть электропривода, представляющая собой интегрирующее звено с передаточной функцией (см.8.11)

и контур тока, имеющий передаточную функцию (9.11)

Расчетная структурная схема контура скорости приведена на рис.9.17.

При настройке контура скорости на модульный оптимум будем стремиться компенсировать «большую» постоянную времениТм, а «малая» постоянная времени остается нескомпенсированной.

Полагая некомпенсируемую постоянную времени контура скорости , получим передаточную функцию регулятора скорости, который должен иметь передаточную функцию

. (9.12)

Таким образом, для настройки контура скорости на МО следует применять П-регулятор с коэффициентом усиления Крс. Значение амс при стандартной настройке принимают равным амс=2.

Передаточная функция контура скорости по задающему воздействию при настройке на модульный оптимум (МО) будет:

, (9.13)

Характер переходного процесса в контуре скорости при подаче на вход контура единичного сигналах=1 и кс=1 идентичен показанному на рис.9.15: время нарастания до заданного значения , время переходного процесса, перерегулированиеσ=4,3%, число колебаний nк=1.

Коэффициент обратной связи по скорости рассчитывается из соотношения

.

где: uзсмакс=8 В – для серийных операционных усилителей с учетом возможных перерегулирований.

Передаточная функция контура скорости, по возмущению от момента сопротивления при настройке на МО имеет следующее выражение

, (9.14)

Из передаточной функции (9.14) следует, что контур скорости при настройке но МО имеет статизм при воздействии по нагрузке Мс, и установившееся отклонение скорости от ступенчатого воздействия момента сопротивления при р0 равно

. (9.15)

Соответственно модуль жесткости механической характеристики при настройке контура скорости на МО определяется соотношением

.

Уравнение механической характеристики системы регулирования скорости при настройке контура скорости на МО

. (9.16)

Статизм по моменту сопротивления при настройке системы регулирования скорости на МО вычисляется из соотношения

,

где: – заданная скорость электропривода.

Самый большой статизм система имеет на нижней характеристике диапазона регулирования. Поэтому с точки зрения возможного диапазона регулирования скорости система с настройкой на МО имеет сравнительно низкие показатели и соответственно ограниченное применение.

На рис.9.18 приведены графики переходных процессов компенсации возмущения от Мс.

Реализация схемы подчиненного регулирования показана на рис.9.19.

В этой схеме электропривод по системе ТП-Д имеет двухконтурную схему подчиненного регулирования с внутренним контуром тока, настроенным на модульный оптимум, и внешним контуром скорости, настроенным также на модульный оптимум. Двигатель постоянного тока независимого возбуждения питается от тиристорного преобразователя УП. Напряжение преобразователя регулируется посредством системы импульсно-фазового управления СИФУ. Управляющий сигнал uу на СИФУ поступает с выхода регулятора тока. Обратная связь по току якоря реализуется с помощью датчика тока ДТ. Измерительным элементом для этого датчика является шунт Rш, включенный в цепь якоря.

Контур тока подчинен контуру скорости. Задание на ток uЗТ поступает с выхода регулятора скорости РС. Ограничение этого задания (отсечка по току) реализуется с помощью стабилитронов V1 и V2, включенных параллельно регулятору скорости.

Задание на контур скорости uзсподается на вход регулятора скорости. Обратная связь по скорости выполняется с помощью тахогенератора ТГ.

Пример 9.1. Электропривод по системе ТП-Д с двухконтурной системой подчиненного регулирования выполнен по структурной схеме 9.19. Контуры тока и скорости настроены на модульный оптимум. Требуется рассчитать величины настроечных резисторов Rос, Rвх, Rосс, Rвхс и емкости Сос.

Исходные данные. Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением имеет мощность Рн=18 кВт. Uян=440 В, Iян=41,4 А, ωн=104,5 1/с, С=4,16 В.с., Rяц=0,45 Ом, Lяц=0,01 Гн, JΣ=0,9 кг.м2, uзс=0-8 В, Тμ=0,0066 с, UТГ=48 В.

Решение.

  1. Электромагнитная постоянная времени

с.

  1. Электромеханическая постоянная времени

с.

  1. Передаточный коэффициент тиристорного преобразователя

.

  1. Коэффициент обратной связи по скорости

В.с.

  1. Коэффициент обратной связи по току

В/А.

  1. Принимаем ПИ-регулятор тока

с.

.

  1. Величину резисторов и емкости в регуляторе тока находим, полагая

Сос=2,0 мкФ.

кОм.

кОм.

  1. Принимаем П-регулятор скорости

,

где: с.

  1. Величина резисторов в регуляторе скорости

кОм,

кОм.

Если электропривод должен иметь большой диапазон регулирования скорости или требуется высокая точность поддержания заданной скорости, то используется ПИ-регулятор скорости. В этом случае контур тока настраивается на симметричный оптимум.

Передаточная функция регулятора скорости, настроенного на симметричный оптимум, будет

, (9.17)

где: ;;асс=8.

Передаточная функция замкнутого контура скорости будет в этом случае

. (9.18)

При подаче на вход системы ступенчатого управляющего сигнала uзс

.

Переходный процесс в этом случае характеризуется следующими показателями качества:

; tн=3,1ТμС; σ=43%.

Одним из главных достоинств настройки на симметричный оптимум является то, что система регулирования будет астатической по возмущению по нагрузке Мс, т.е. при приложении нагрузки установившееся значение скорости останется неизменным, равным заданному, а статическая ошибка .

Для того, чтобы уменьшить колебательность переходного процесса, на вход регулятора скорости включают фильтр с передаточной функцией апериодического звена

.

Тогда передаточная функция системы по сигналу задания будет

. (9.19)

Переходный процесс при настройке на симметричный оптимум с фильтром на входе будет иметь вид, показанный на рис.9.20 со следующими показателями качества ;tн=7,6ТμС; σ=8%.

Включение фильтра не вносит изменения в процесс отработки возмущающего воздействия по Мс; установившаяся ошибка по скорости будет равна нулю.

Системы регулирования положения строятся как трехконтурные, где внешний контур положения управляет контуром скорости.

studfiles.net

3.4. Подчинённое регулирование координат в системе авк.

Замкнутые системы АВК реализуют не только с сумми-рующим усилителем, но и с подчинённым регулированием выпрямленного тока ротора асинхронного двигателя [9]. Cтруктурная схема такой системы приведена на рис. 3.6. Система регулирования двухконтурная с внутренним конту-ром выпрямленного тока ротора и внешним контуром скорос-ти.

Рис. 3.6. Структурная схема системы АВК с подчинённым регулированием.

За малую некомпенсируемую постоянную времени Т принимается сумма малых постоянных времени: инвертора с системой импульсно-фазового управления и фильтра датчика тока. Как было показано выше Ти~(3...5)мс, величина постоянной времени фильта датчика тока зависит от аппа-ратной реализации датчика тока. Если датчик тока реали-зуют на базе шунта постоянного тока и УБСРовской ячейки датчика тока, то Тф.т.д ~(0,5...1,0)мс, если датчик тока реализуют на базе трансформаторов тока, включённых в фа-зы ротора с последующим выпрямлением сигнала, то Тф.т.д ~(1...3)мс. Большее значение посоянной времени фильтра обеспечит меньший уровень пульсаций в сигнале обратной связи по току.

Регуляторы тока АА и скорости АR обеспечивают ком-пенсацию больших постоянных времени в соответствующих контурах регулирования. Пренебрегая внутренней обатной связью по ЭДС ротора, оптимизацию контура тока можно осуществить по техническому оптимуму. Компенсации подле-ж-ит инерционность звена с передаточной функцией Wк(р)= =Ки/[Rэ(Тэр+1)]. Используя методику синтеза регуляторов, принятую для приводов постоянного тока [10], найдём пе-редаточную функцию регулятора тока:

В нашем случае Т= Ти, так как цепь обратной связи по току изображена на рис. 3.6 безынерционной.

Регулятор тока получается пропорционально-интегаль-ным. Передаточная функция оптимизированного контура бу-дет иметь вид:

В связи с тем, что Rэ и Тэ в (3.25) зависят от ско-льжения, то для учёта этого следовало бы выполнить регу-лятор тока с переменными параметрами, зависимыми от S. Однако это сильно усложнит схему регулятора. Поэтому обычно регулятор тока выполняется с постоянными парамет-рами, но при этом контур тока будет оптимальным только при одном значении S, при котором выбрано Rэ. Настройка регулятора тока должна производиться при таких значениях Rэ и Тэ, чтобы при отклонении от оптимальной настройки запас устойчивости контура тока не снижался. Это обеспе-чивается при настройке регулятора при номинальном сколь-жении, когда Rэ = Rэmax, а Тэ = Тэmin. Тогда при регули-ровании скорости вниз от основной, скольжение будет воз-растать, и устойчивость контура тока будет повышаться. Примерный вид переходных процессов при разных значениях S показан на рис. 3.7,а.

В контуре скорости компенсаци подлежит действие звена с передаточной функцией Wкс(р) = См/(Jp).

Передаточная функция оптимизированного регулятора скорости будет иметь вид:

Регулятор скорости при настройке на технический оп-тимум получается пропорциональным. Передаточная функция оптимизированного контура скорости опишется выражением

Полученные передаточные функции аналогичны соответ-ствующим передаточным функциям для двухконтурной систе-мы подчинённого регулирования электропривода постоянного тока [10].Для вышеописанной однократноинтегрирующей сис-темы АВК электромеханическая характеристика будет иметь подобный вид, как и для систем электропривода постоянно-го тока:

а) б)

Рис. 3.7. Графики переходных процессов в АВК с подчинённым регулированием координат.

Если такой перепад скорости не удовлетворяет требо-ваниям производственного механизма, то оптимизацию кон-тура скорости как и в приводах постоянного тока прово-дят по симметричному оптимуму, в результате чего регуля-тор скорости получается пропорционально-интегральным с передаточной функцией:

При этом система АВК становится двукратно-интегри-рующей, имеющей астатическую механическую характеристику со скоростью

 = Uзс/Кс. (3.31)

Для уменьшения величины перегулирования действие форсирующего звена в регуляторе скорости можно компен-сировать включением на вход системы апериодического зве-на с передаточной функцией Wф(р)= 1/(8Тp+1). В тех слу-чаях когда необходимо сформировать требуемый переходный процесс в системе, на вход включают задатчик интенсив-ности АJ (рис. 3.6).

Следует отметить, что коэффициент усиления регулятора скорости, равный в однократно-интегрирующей системе Крс= JКт/(4ТCмКс), а в двукратно-интегрирующей - Крс'= JКт/(32ТCмКс), зависит от коэффициента пропорци-ональности См между моментом и выпрямленным током рото-ра, который является переменным и зависит от изменения нагрузки. При настройке регулятора скорости, так же как и регулятора тока, значения параметров настройки прини-мают постоянными. Обычно регулятор скорости настраивает-ся при максимальном значении См = Edрo/о, при Idp = 0. Такая настройка регулятора скорости обеспечиет близкие к оптимальным переходные процессы при малых нагрузках (кривая 1 на рис. 3.7,б) и демпфирование скорости при больших нагрузках (кривая 2). Если такое снижение быст-родействия электропривода недопустимо, то следует прини-мать самонастраивающиеся регуляторы скорости и тока в зависимости от изменения нагрузки и скольжения.

При оптимизации системы АВК пренебрегают влиянием внутренней обратной связи по ЭДС ротора с целью упрощения оптимизации регулятора тока. Однако это прине-брежение правомерно только при больших значениях момен-та инерции электропривода. При малых значениях внутрен-няя обратная связь по ЭДС может оказывать значительное влияние на переходные процессы и снижать быстродействие системы. В этом случае следует принимать меры по компен-сации влияния внутренней обратной связи по ЭДС аналогич-но тому, как это делается в электроприводах постоянного тока.

При синтезе систем подчинённого регулирования АВК следует учитывать две особенности каскадов, заключающие-ся в отсутствии тормозных режимов и выбеге двигателя при Еи > ЕdpoS при изменении скольжения от нуля до единицы и меньшей возможности форсирования процессов, так как форсирующее действие системы связано с уменьшением выхо-дного сигнала ЭДС инвертора, предел регулирования кото-рого равен нулю.

Пример. С помощью моделирующей программы SMOD [14] расчитать и построить динамические характеристики систе-мы, приведённой на рис.3.6.

В качестве исполнительного двигателя в системе ис-пользован двигатель с фазным ротором типа 4АНК355S6У3 со следующими характеристиками: Рн=200 кВт; н= 101,5 1/c; I2= 411 А; Е2н= 304 В; о=104,7 1/c; R1=0,025 Ом; х1=0,13 Ом; R2=0,27 Ом; х2=0,16 Ом; J=7,8 кГ м2. В качес-тве инвертора использован инвертор типа АТ 800/460-2 с техническими характеристиками: Udн=460 В; Idн=800 A; Хтр=0,016 Ом; Rтр=0,06 Ом. В цепь выпрямленного тока включён сглаживающий дроссель типа ФРОС с Lдр=2,3 10-3 Гн; Rдр=4,7 10-3 Ом.

Произведём расчёт параметров звеньев структурной схе-мы, приведённой на рис.3.6.

Еdpo= 1,35 Е2н = 1,35 304= 410 В.

Коэффициент пропорциональности между моментом и то-ком двигателя определим по выражению (3.20,а):

См=[Еdpo - mвХдIdср/(2)]/о =

= [410-6 0,24 504/6,28]/104,7 = 2,81 В с,

где Хд = Х2 + Х1/Ке2 = 0,16 + 0,13/1,56 = 0,24 Ом;

Idср = Idн = I2н/0,815 = 504 A.

Эквивалентное сопротивление цепи выпрямленного тока ротора Rэ определяется как

Rэ = 2R1' S + 2R2 + mвХдS/(2) + Rдр + 2Rтр + mиХт/(2)=

= 2 0,016 0,03 + 2 0,027 + 6 0,24 0,03/6,28 + 4,7 10-3

+ 2 0,06 + 6 0,016/6,28 = 0,2 Ом,

где R1' = R1/Ке2= 0,025/1,56 = 0,016 Ом;

S = Sн = (о-н)/о = (104,7-101,5)/104,7 = 0,03.

Эквивалентную постоянную времени Тэ цепи выпрямле-н-ного тока ротора найдём как:

Тэ = Lэ/Rэ = 0,004/0,2 = 0,02 c,

где Lэ = 2Lд + Lдр + 2Lтр= (2 0,24)/314 + 2,3 10-3+

+ (2 0,016)/314 = 0,004 Гн.

Коэффициент передачи инвертора определим по регули-ровочной характеристике преобразователя в районе рабочей точки Ки=Еdи/Uуи= 47. Постоянную времени инвертора Tи принимаем равной 4 10-3 с.

Значения коэффициентов обратных связей по току и скорости расчитаем по выражениям

Кт=Uзт max/Idp max= 10/2 Idpн= 10/(2 504) = 0,01 Ом;

Кс=Uзс max/о = 10/104,7 = 0,096 В с.

Передаточная функция регулятора тока, согласно (3.25), будет иметь вид:

а передаточная функция регулятора скорости в соот-ветствии с выражением (3.30) примет вид:

Таким образом, схема, подвергаемая исследованию в качестве модели, примет вид, показанный на рис.3.8.

В качестве примера на рис.3.9 приведены кривые ре-ации системы на скачок входного воздействия при отсутст-

Рис.3.9. Динамические характеристики системы.]

вии нагрузки на валу двигателя и при наличии ограничения выходного напряжения регулятора скорости.

studfiles.net


Смотрите также