15.5. Ограничение тока якоря в двухконтурных системах регулирования скорости

По техническим условиям ток якоря не должен превышать допустимого значения I_доп, которое для общепромышленных серий двигателей составляет (2÷4)I_ян. Это ограничение определяется условиями коммутации тока на коллекторе.

При отработке больших сигналов задания скорости, например при пуске, ток якоря двигателя может многократно превышать допустимое значение. Чтобы этого не происходило, принимают специальные меры по его ограничению. Для этого в системах электропривода с подчиненным регулированием координат используют ограничения сигнала задания токаu_зт. Это задача решается путем ограничения сигнала на выходе регулятора скорости.

Простейший схемный ва-риант ограничения u_зт с исполь-зованием стабилитронов приве-ден на рис.15.11. Работа схема протекает следующим образом. Когда напряжение u_зТ превысит напряжение пробоя одного из стабилитронов u_ст, внутреннее сопротивление стабилитрона резко уменьшается и резистор R_ос шунтируется. Поэтому в режиме ограничения u_зТ коэф-фициент усилений регулятора скорости близок к нулю. Пе-реход в режим ограничения то-ка соответствует размыканию контура скорости. Регулировочные характеристика регулятора скорости на этом этапе, как показано на рис.15.12, горизонтальна.

. (15.37)

Если во время переходного процесса ток якоря не превышает допустимого значения и узлы тока ограничения не действуют, то система регулирования работает в линейной зоне и ее динамика описывается ранее приведенными передаточными функциями. Ширина линейной зоны по сигналу задания скорости

,

где:u_зс.гр – граничное значение сигнала задания, при котором максимум тока якоря достигает допустимого значения I_доп. Величина u_зс.гр рассчитывается при моделирования или находится из универсального графика переходного процесса .

Е

Рис.15.13. Переходный процесс пуска и торможения в системе регулирования скорости с ограничением u_ЗТ при М_с=М_н, u_зс>>u_гр настройки МО

слиu_зс>u_зс.гр, то переходные процессы протекают с ограничением тока якоря. Рассмотрим переходный процесс (см. рис.15.13) пуска на высокую скорость и остановку с этой скорости, когда на валу двигателя присутствует момент сухого трения. Переходный процесс построен при следующих условиях: I_доп=2I_ян, М_доп=2М_н, М_с=М_н, контур скорости настроен на МО.

Процесс отработки больших сигналов задания скорости протекает с ограничением u_зс в три этапа. На первом этапе ток якоря нарастает от нуля до I_я.доп. На втором этапе, когда тока якоря постоянен I_я=I_доп, регулятор скорости находится в режиме ограничения выходного сигнала. На третьем этапе скорость близка к заданному значению, и регулятор скорости выходит из режима ограничения; тогда ток якоря начинает спадать и уменьшается до величины . Ускорение разгона на втором этапе пуска. Отрицательное ускорение на втором этапе торможения. Исходя из этого время пуска будет примерно в 3 раза больше времени торможения до остановки.

15.6. Формирование переходных процессов отработки больших сигналов задания скорости

Часто по условиям технологии работы механизмов необходимо формировать переходный процесс таким образом, чтобы на участках пуска и торможения при отработке больших сигналов u_зс ускорение было бы одинаковым и не зависело от величины и характера момента сопротивления. В этих случаях управление электроприводом осуществляется от включенного на входе системы регулирования задатчика интенсивности ЗИ (интегратора). ЗИ формирует линейно изменяющийся во времени сигнал задания скоростиu_зс, нарастающий или спадающий до заданного уровня. Выходной сигнал задатчика интенсивности изменяется по закону

, (15.38)

где: Т_зи – постоянная времени задатчика интенсивности.

По существу ЗИ подает на вход системы сигнал заданного ускорения , определяющий время переходного процесса. Система должна отрабатывать этот сигнал с требуемой точностью. Сигнал на выходе задатчика интенсивности определяется соотношением

. (15.39)

Для оценки качества системы регулирования в режимах формирования переходных процессов при управлении от ЗИ следует определить величину ошибки, с которой отрабатывается линейно изменяющееся задающее воздействие u_зс(t) при МО.

. (15.40)

График переходного процесса в контуре скорости, настроенного на МО при управлении от ЗИ приведен на рис.15.14. Установившаяся ошибка определяется соотношениями (15.40), т.е. скорость двигателя постоянно отстает от.

Рис.15.14. Переходный процесс отработки сигнала ЗИ u_ЗС(t) в контуре скорости, настроенном нка МО

Рис.15.15. Переходный процесс отработки сигнала ЗИ u_ЗС(t) в контуре скорости, настроенном на СО

В контуре скорости, настроенном на СО, ошибка воспроизведения сигнала находится из соотношения

,(15.41)

Рис.15.16. Переходный процесс пуска и торможения в системе регулирования скорости с задатчиком интенсивности на входе при М_с=М_н, u_зс>>u_гр при настройке МО

т.е. установившаяся ошибка при р→0 рана нулю. График переход-ного процесса в контуре скорости, настроенного на СО, при управлении от ЗИ приведен на рис. 15.15. То, что контур скорости, настроенный на СО, отрабатывает сиг-нал ЗИ без ошибки, очень важно для многих технологических процессов. На рис.15.16 приведены графики переходных процессов пуска на высокую скорости и остановки электропривода в случае, когда контур скорости настроен на МО и управление осуществляется от ЗИ, который обеспечивает ускорение, соответствующее динамическому моменту, равному номинальному , при этом момент сопротивленияМ_с=М_н.

На участке пуска момент двигателя М=М_дин+М_с=2М_н, следовательно, ток якоря I_я=2I_ян. На участке торможения момент двигателя равен М=-М_дин+М_с=0. Следовательно, ток якоря равен нулю, и торможение происходит только под действием статического момента. В каждый момент времени в соответствии с (15.40) скорость двигателя отстает от заданной на величину .