1. Регулирование тока (момента) в системе управляемый преобразователь-двигатель (уп-д) с отрицательной ос по току

Автоматическое поддерживание постоянного момента электропривода по системе УП-Д обеспечивается введением отрицательной обратной связи по току двигателя.

Функциональная схема системы приведена на рис. 2.21:

Рис. 2.21 Функциональная схема системы УП-Д с отрицательной ОС по току.

Получим уравнения механической характеристики в системе с отрицательной обратной связью по току.

ЭДС преобразователя равна:

_, (2.21)

где –коэффициент усиления силового преобразователя;

–коэффициент обратной связи по току.

Уравнение для якорной цепи:

(2.22)

где - суммарное сопротивление якорной цепи.

Уравнение ЭДС двигателя:

(2.23)

Подставим уравнения (2.21) и (2.23) в уравнения (2.22):

_(2.24)

Разделим уравнение (2.24) на и выразим из полученного уравнения.

Получим уравнение электромеханической характеристики в замкнутой системе:

_(2.25)

_{Выразим ток из уравнения для момента двигателя:}

_(2.26)

_(2.27)

Подставим выражение для тока (2.27) в (2.25) и получим уравнение механической характеристики:

_(2.28)

Жесткость механической характеристики:

_(2.29)

Жесткость зависит от коэффициента обратной связи по току. Чем выше коэффициент обратной связи по току, тем «мягче» характеристика, то есть ниже ее жесткость.

Пусть нам необходимо получить заданное значение момента стопорения привода (рис. 2.22):

Kот0

Kот1

Kот2

Рис. 2.22

Для этого положим в формуле (2.28) ω=0 , выразим необходимое напряжение U_зт и получим:

_(2.30)

Из формулы (2.30) следует, что необходимый момент стопорения М_ст может быть получен при заданных значениях тока и разных значениях К_от .

Этому соответствует семейство механических характеристик при разных К_от, приведенное на рис. 2.19.

При отсутствии обратной связи по току К_от=0, для получения М_ст необходимо небольшое значение U_зт, которое обеспечит получение ЭДС преобразователя, равное падению напряжения на остановленном двигателе при токе стопорения.

Увеличение коэффициента К_от приводит к необходимости увеличения U_зт и ЭДС преобразователя.

При больших коэффициентах К_от будет сказываться ограничение выходного напряжения преобразователя на уровне Е_{п max}.

Статическая точность регулирования момента в системе ограничена сильным возмущением, оказываемым внутренней обратной связью по ЭДС двигателя. Ее влияние (ЭДС) тем больше, чем меньше коэффициент обратной связи по току.

Благодаря своей простоте, одноконтурная схема с отрицательной обратной связью по току нашла применение в тех случаях, когда при регулировании момента не требуется регулирование скорости.

Литература: 1, с. 263-269, 273-275; 2, с. 455-456, 467-470.

СРС: Поясните, в каких пределах может изменяться коэффициент обратной связи по току в системе УП-Д для получения заданного момента стопорения М_ст.

Литература: 1, с. 263-269, 273-275; 2, с. 455-456, 467-470.

Контрольные вопросы:

1. Как зависит отклонение момента от требуемого значения при изменении скорости от жесткости механической характеристики?

2. Как следует изменять добавочное сопротивление в силовой цепи для поддержании момента на заданном уровне при изменении скорости?

3. Чем определяется точность поддержания тока в релейной системе автоматического регулирования тока и момента АД?

4. Как зависит жесткость механической характеристики от коэффициента обратной связи по току в системе УП-Д с отрицательной ОС по току?

5. От чего зависит точность регулирования момента в системе УП-Д с отрицательной ОС по току и как ее повысить?

ЛЕКЦИЯ 15

Регулирование тока (момента) в системе (УП-Д) с положительной ОС по скорости (комбинированая САУ)

Эффективным средством уменьшения зависимости момента от скорости является использование формирующей положительной ОС по скорости двигателя, то есть переход к комбинированному управлению.

Функциональная схема комбинированной системы приведена на рис. 2.23:

kпсω

Рис. 2.23 Функциональная схема комбинированной САУ.

Сигнал положительной обратной связи по скорости К_пс·ω снимается с тахогенератора BR.

Запишем уравнение для статического режима в данной системе:

ЕДС на выходе преобразователя:

(2.31)

Уравнение для якорной цепи:

(2.32)

Уравнение ЭДС двигателя:

(2.33)

Для получения статической механической характеристики в данной замкнутой системе регулирования, подставим значение ЕДС из уравнений (2.31) и (2.33) в уравнение (2.32):

_(2.34)

_(2.35)

Уравнение электромеханической характеристики:

_(2.36)

Подставив выражение для тока якоря (2.27) в (2.36), получим выражение механической характеристики:

_(2.37)

Модуль статической жесткости в системе:

_(2.38)

Как видно, модуль статической жесткости механической характеристики зависит от коэффициента положительной формирующей обратной связи по скорости К_пс. При увеличении К_пс модуль жесткости быстро убывает и при критическом значении К_пс модуль жесткости равен нулю (β =0).

Критическое значение К_пс определяется из (2.38), при равенству нулю числителя:

_{, (2.39)}

откуда критическое значение коэффициента положительной обратной связи по скорости:

_(2.40)

Механические характеристики при различных значениях приведены на рис. 2.24:

Рис. 2.24

При критическом К_пс статическая ошибка регулирования момента, возникающая при изменении скорости, отсутствует. Формирующую положительную обратную связь по скорости, на практике используют в тех случаях, когда тахогенератор используется для создания основной отрицательной связи по скорости, вводимой в систему с целью регулирования скорости ЭП.

Контур регулирования тока в системе УП-Д, оптимизированный методом последовательной коррекции.

Функциональная схема контура регулирования представлена на рис. 2.25:

Рис. 2.25.

При условии пренебрежения внутренней обратной связью по ЭДС двигателя (что возможно, поскольку, электрические процессы протекают существенно быстрее механических), структурная схема, соответствующая функциональной схеме на рис. 2.25 представлена на рис. 2.26:

еn

Uзд

Рис. 2.26 Структурная схема контура регулирования тока.

В схеме рис. 2.26 на вход силового преобразователя введён регулятор тока с передаточной функцией . Передаточная функция объекта регулирования включает силовой преобразователь и якорную цепь двигателя.

_(2.41)

Синтез регулятора тока выполнен по методике настройки СПР.

Зададимся желаемой передаточной функцией разомкнутой системы:

_(2.42)

_(2.43)

= (1÷4) – параметр, определяющий настройку контура. При а=2 контур будет настроен на модульный оптимум (МО).

Передаточная функция регулятора тока:

_(2.44)

Очевидно, следует использовать ПИ – регулятор тока. Параметры регулятора определяются из (2.44);

Благодаря наличию интегральной составляющей в регуляторе, контур регулирования тока обладает астатизмом первого порядка (то есть статическая ошибка регулирования тока отсутствует).

С учетом ограниченности выходной ЭДС преобразователя, статические характеристики в системе регулирования будут иметь вид, представленный на рис 2.27:

Рис. 2.27.

Динамические показания контура определяются величиной настроечного параметра .

При настройке на технологический оптимум α_т=2, время регулирования составляет t_р=4,7 Т_μ ; перерегулирование σ = 4,3%, при α_т=4 перерегулирование отсутствует

Передаточная функция замкнутого контура тока при данной настройке будет иметь вид

_(2.45)

Учитывая высокое демпфирование в контуре и малость коэффициента при старшей степени , ее можно упростить:

(2.46)

Литература: 1, с. 276-286; 2, с. 474-483.

СРС: Поясните, какие настройки СПР можно использовать при оптимизации контура тока методом последовательной коррекции.

Литература: 1, с. 276-286; 2, с. 474-483.

Контрольные вопросы:

1. Каким образом возможно существенно уменьшить зависимость момента от скорости при регулировании тока в системе УП-Д?

2. От чего зависит жесткость механической характеристики в комбинированной системе регулировании тока?

3. Чему равна статическая ошибка регулирования момента, возникающая при изменении скорости, при критическое значение коэффициента положительной обратной связи по скорости?

4. Какой регулятор необходим в контуре тока системы УП-Д, оптимизируемой методом последовательной коррекции?

5. Какой вид имеют статические характеристики контура тока системы УП-Д, оптимизируемой методом последовательной коррекции?

ЛЕКЦИЯ 16