Настройка регуляторов в системе подчиненного регулирования (спр)

Из ТАУ известно, что характер переходных процессов замкнутой системы определяется соотношением постоянных времени системы, и оптимальному переходному процессу соответствуют оптимальные постоянные времени. Математически это выражается определенным соотношением коэффициентов характеристического уравнения системы.

При этом переходной процесс в СУ по управляющему воздействию будет технически оптимальным. Заданная исходная система всегда обладает оптимальным соотношением постоянных времени, поэтому, используя коррекцию, нужно изменять постоянную времени системы, т.е. для настройки контура на технический оптимум подобрать такой тип регулятора с такими параметрами, чтобы получить характеристическое уравнение системы.

Рассмотрим, как проводится расчет настройки регулятора на примере контура регулирования тока якоря ДПТ в системе ТП-Д. Расчет производится для неподвижного якоря или при выключенном возбуждении.

В контуре тока имеются 2 инерционности, характеризуемые постоянными времени:

- электромагнитная постоянная времени якорной цепи.

T_п – постоянная времени, отражающая инерционность фазового управления выпрямителем, запаздывание преобразователя, инерционность датчика и регулятора.

T_п – некомпенсированная постоянная времени 0,004÷0,01с

T_п <T_э

При этом T_п называют большой постоянной времени, которую необходимо компенсировать.

Передаточная функция преобразователя и якорной цепи определяется:

Используя ПИ-регулятор с передаточной функцией:

Получим передаточную функцию разомкнутой системы:

C целью компенсации большой постоянной времени контура примем To=Tэ, тогда передаточная функция для разомкнутого контура будет иметь вид:

Передаточная функция замкнутого контура определяется:

Замкнутый контур имеет систему 2го порядка.

Для того, чтобы получить в этой системе оптимальный переходной процесс, нужно чтобы коэффициент затухания (коэффициент демпфирования) был равен . В этом случае обеспечивается требуемый технический, оптимальный переходной процесс. Это условие будет выполнено, если коэффициент при операторе Лапласа «р» характеристического уравнения будет =>

Из параметров ПИ регулятора мы имеем:

Тогда передаточная функция регулятора тока:

где - коэффициент обратной связи по току, который определяется

При таком регулировании тока передаточная функция замкнутого контура:

Получилось характеристическое уравнение контура с оптимальным соотношением коэффициентом. Поэтому переходной процесс РТ при выборе настройки контура будет оптимальным.

Получается настройка контура тока сохранится и при вращающемся якоре, когда проявится влияние ЭДС двигателя. Так как электромеханическая постоянная времени - Т_м во много раз больше электромагнитной постоянной времени - Т_э (Т_м>2Т_э) и Т_п (Т_м>>T_п), это влияние на переходной процесс в контуре тока оказывается не существенным.

Произведем расчет настройки регулятора контура скорости. В этом случае регулятор выбираем П или ПИ.

П-регулятор выбирается при малом диапазоне регулирования скорости. Коэффициент усиления регулятора и его параметры при настройке на технический оптимум по управляющему воздействию определяется:

С=С_д·Ф – конструктивный коэффициент двигателя.

При этом характеристическое уравнение получается 3го порядка, а переходной процесс с большим перерегулированием и временем большим, чем в контуре тока.

Отношение статического падения угловой скорости в системе с П-регулятором к статическому падению угловой скорости в разомкнутой системе определяется, как:

При Тм<4Тп статический перепад угловой скорости будет больше, чем в разомкнутой системе.

Чем больше Тм, тем больше Кос (коэффициент обратной связи по скорости), тем меньше статическое падение угловой скорости.

Действие П-регулятора сводится к следующему: при увеличении момента нагрузки на валу, скорость двигателя снижается, увеличивается сигнал с выхода регулятора скорости, т.е. увеличивается задание по контуру тока, возрастает ЭДС преобразователя и увеличивается ток я в якорной цепи. Чем меньше Кос, тем больше должна быть ошибка по скорости при одном и том же моменте нагрузки.

Схема замкнутой системы электропривода по схеме источник тока – двигатель

Силовая часть этой схемы образует источник тока, двигатель постоянного тока (ДПТ), обмотка возбуждения, которая подключена к усилителю, имеющему 2 входа:

1) по 1му входу на усилитель с потенциометра 3ПМ подается задающий сигнал момента;

2) на 2й вход усилителя подается сигнал не линейной обратной связи по скорости, которая образует ТГ, вентиль и задающий потенциометр по скорости.

Цепь обратной связи по скорости собрано таким образом, что вентиль начинает пропускать ток по этой цепи только тогда, когда ЭДС ТГ превышает задающий сигнал по скорости, что произойдет при скорости > скорости отсечки.

Если скорость < скорости отсечки, то вентиль закрыт и сигнал ОС по скорости равен 0 (U_oc=0).

График

Зона 2, при скорости меньшей скорости отсечки сигнал ОС отсутствует и на вход усилителя подается не линейный по величине сигнал задания момента. Напряжение на его выходе, величина тока и момента остается постоянной – это соответствует вертикальным линиям механической характеристики. При скорости > скорости отсечки вентиль открывается, на выходе усилителя появляется сигнал ОС по скорости противоположный сигналу U_зм.

U_у=U_зм– U_oc=U_зм– jω

Из формулы видно, что при возрастании скорости, напряжение Uу будет уменьшаться, пропорционально ему будет уменьшаться сигнал U_в, соответственно меняется ток возбуждения и момент машины. Механические характеристики приобретают вид наклонных характеристик, а схема предусматривает регулировку 2х координат: скорости и момента.

Жесткость механических характеристик определяется общим коэффициентом усилителя.

Схемы управления для двигателя переменного тока

Схема пуска АД с короткозамкнутым ротор

- величина скольжения АД.

- частота вращения магнитного поля

- частота вращения ротора

График

Реверсивная схема управления с короткозамкнутым ротором

Схема

График

Схема предусматривает реверсирование машины с чередованием 2х фаз А и С.

Для реверса используются контакторы К1 и К2.

В схеме предусмотрены защиты:

1)нулевая (блок контактами К1 и К2, установленные параллельно кнопкам пуска)

2)взаимная блокировка (блок контактами К1 и К2, установленными последовательно цепи контакторов К1 и К2)

3)тепловая зашита (тепловые реле КК1 и КК2)

Схема управления АД с короткозамкнутым ротором с торможением двигателя в динамическом режиме

Для пуска используется контактор КМ, при получении питания которым замыкается контакт КМ в цепи реле времени КТ. Катушка КТ получает питание и замыкает контакт в цепи контактора КМ1, КМ1 не срабатывает, т.к. размыкающий контакт КМ разомкнут. В цепи управление произведена подготовка на режим динамического торможения. При нажатии SB2 теряет питание контактор КМ, который отключает двигатель от цепи переменного тока при этом замывается контакт КМ в цепи контактора КМ1, КМ1 получает питание и замыкает свой контакт КМ1, подключая 2 фазы статорной обмотки двигателя к источнику постоянного тока через тормозное сопротивление Rт. В статоре машины наводится неподвижное в пространстве электромагнитное поле, в котором тормозит ротор машины. Через промежуток времени контакт КТ размыкается в цепи контактора КМ1 и схема приходит в исходное состояние.

График

Защиты:

1)нулевая (блок контакта КМ)

2)блокировка (контакт КМ1 в цепи контактора КМ)

3)тепловая защита (КК тепловые реле)

4)защита от токов КЗ (предохранители FA)

Схема управления двухскоростным АД

Схема предусматривает получение 2х скоростей соединением секций обмоток статора в треугольник или двойную звезду и реверсирование.

Защита осуществляется тепловыми реле КК1 и КК2 и предохранителями FA.

Для запуска электрической машины на малой скорости необходимо нажать кнопку SB4, после чего срабатывает КМ2 и блокировочное реле КV. Статор двигателя переключается на схему треугольник, а реле КV подключает катушку контакторов КМ3, КМ4 подготавливая их к работе.

При нажатии SB1 получает питание контактор КМ3, что определяет направление вращения двигателя: «вперед». Разгон двигателя до высокой скорости осуществляется при нажатии SB5, который отключает контактор КМ2 и включает контактор КМ1, обеспечивая переключение секций обмоток на схему двойной звезды.

График

Схема управления АД с фазным ротор при пуске в одну ступень и торможении противовключением

График

Схема предусматривает защиты от токов короткого замыкания автоматическим выключателем QF, в цепи управления предохранителем FA и тепловую автоматическим выключателем QF.

После подачи напряжения происходит включение реле КТ, которая своим размыкающим контактом разрывает цепь питания контактора КМ3. При нажатии SB1 получает питание контактор КМ1, статор подключается к сети, электромагнитный тормоз растормаживается и начинается разгон двигателя. Включение КМ1 приводит к срабатыванию КМ4, который своими контактами шунтирует не нужный при пуске резистор противовключения Rдг, а также разрывает цепь катушки реле времени КТ.

КТ, потеряв питание, начинает отсчет выдержки времени, после чего замыкает свой контакт в цепи контактора КМ3, который срабатывает и шунтирует пусковой резистор R_д1 в цепи ротора; двигатель выходит на естественную характеристику.

Управление торможением обеспечивает реле KV, которое контролирует ЭДС ротора, с помощью резистора оно регулируется на режим торможения.

Нажимая SB2, теряет питание контактор КМ1 и отключает двигатель от сети. При этом теряет питание КМ4 и получает питание реле времени КТ, т.е контакторы КМ3 и КМ4 отключаются и в цепь ротора вводятся сопротивления R_д1 и R_д2.

При нажатии SB2 получает питание KM2, который подключает статор АД к сети с чередованием фаз, т.е. двигатель переходит в режим противовключения. При этом срабатывает КV, который обеспечивает питание КМ2 через замыкающий контакт KV.

При снижении ЭДС машины KV отключается и размыкает свой контакт, отключая контактор КМ2.

Тормоз УВ обеспечивает фиксацию вала двигателя, схема приходи в исходное положение.

Схема управления возбуждением СД построенные в функции скорости

Схема

Подключение обмотки возбуждения к источнику питания осуществляется КМ2, который управляется реле скорости KR, катушка этого реле связана с частью разрядного резистора через диод.

При получении питания КМ1 обмотка статора подключается к сети, начинается разгон электрической машины, а также нарастание ЭДС в обмотке возбуждения.

При нарастании ЭДС по катушке реле KR начинает протекать выпрямленный ток, оно включается и размыкает цепь питания контактора КМ2, т.е. разгон двигателя начинается с закороченной обмоткой возбуждения на разрядный резистор (R_p).

По мере ЭДС возрастает ток, катушка KR обесточивается и происходит замыкание контакта KR в цепи контактора КМ2, который подключает ОВ к источнику постоянного тока и отключает разрядный резистор. В этот момент происходит синхронизация скорости машины.

Схема управления возбуждения СД простроенная в функции тока

Реле тока контролирует бросок тока при пуске машины и замыкает свой контакт в цепи реле времени, вызывая отключение контактора КМ2, т.е. разгон машины осуществляется при закороченной обмотке возбуждения на разрядный резистор. При снижении токов в статорной цепи реле КА отключается и размыкает свой контакт в цепи реле времени КТ, КТ теряет питание и замыкает свой контакт в цепи контактора КМ2, который подключает ОВ к источнику постоянного тока.