Глава 15. Типовые системы регулирования электроприводов постоянного тока

15.1. Системы регулирования скорости

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

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

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

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

15.2. Синтез контура регулирования тока

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

. (15.1)

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

, (15.2)

где: К_ТП – коэффициент усиления по напряжению тиристорного преобразователя;

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

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

,

где: - коэффициент настройки контура тока на МО;

- стандартный коэффициент настройки.

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

.

Тогда , (15.3)

где: - постоянная времени интегрирования регулятора тока;

- коэффициент усиления регулятора тока.

Следовательно, регулятор тока представляет собой пропорционально-интегральное звено.

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

Н

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

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

Замкнутый оптимизированный контур тока имеет передаточную функцию

, (15.4)

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

Передаточная функция по сигналу ошибки регулирования тока

. (15.5)

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

При ступенчатом сигнале u_зТ установившаяся ошибка регулирования тока u_Tуст=0, так как при р0 u_Tуст стремится к нулю, т.е. в установившемся режиме u_зT=u_осT.

Коэффициент обратной связи по току рассчитывается из соотношения

,

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

I_{макс доп} - максимально до-пустимый ток якоря.

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