Рис.3.14. Внешние и электромеханические характеристики СУЭП с отрицательной обратной связью по скорости

На основании уравнения (3.14) можно реализовать заданную просадку ∆ωзам в системе с отрицательной обратной связью по

скорости выбором величины коэффициента усиления регулятора kр при известном kос, либо выбором kос при известном значении kр.

Пример 2. Для системы регулирования с параметрами Кп = 30, Кр=4, Δωзам/Δωраз = 0.6, с = 1.7 Вс определить вел ичину коэффициента обратной связи по скорости.

На основании (3.14) составляем равенство: 0.6(1 + КрКпКос/с) = 1, откуда получаем КрКпКос/с = (1 -0.6)/0.6 = 0,667, тогда коэффициент обратной связи по скорости будет равен: Кос=

0.667*с/(КпКр)=0.667*1.7/(30*4) = 0.0094 Вс.

3.4. СУЭП с положительной обратной связью по току якоря

Рассмотрим возможность применения положительной обратной связи по якорному току двигателя для получения заданной жесткости механической характеристики в замкнутых системах регулирования. Принципиальная электрическая схема СУЭП с положительной обратной связью по току якоря двигателя показана на рис. 3.15.

Для реализации обратной связи по току двигателя в якорной цепи установлен измерительный шунт RS, с которого снимается падение напряжения, пропорциональное величине тока якорной цепи. Так как падение напряжения на шунте невелико (стандартная величина падения напряжения равна 75 или 150 мВ), то для получения напряжения обратной связи по току Uот, соизмеримого по величине с напряжением задания Uз, применяют датчик тока ДТ, который усиливает входное напряжение (падение напряжения на шунте) до величины (8÷10) В, а

94

также обеспечивает гальваническую развязку силовых цепей от цепей управления.

Рис. 3.15. Принципиальная электрическая схема СУЭП с положительной обратной связью по якорному току

Для масштабирования тока якоря двигателя и напряжения обратной связи по току вводят коэффициент обратной связи по току,

который ставит в соответствие величине якорного тока напряжение обратной связи по току, и определяется равенством:

kот=Uотmax/Imax,

где Uотmax = (8…10) В – максимальная величина напряжения обратной связи по току,

Imax – максимальная величина тока якоря с учетом перегрузочной способности электродвигателя.

В данной системе регулирования на вход регулятора подается положительная обратная связь, т.е. полярность сигналов Uз и Uот одинаковая. Поэтому, при возрастании величины якорного тока двигателя, вызванного, например, увеличением нагрузки на валу двигателя, пропорционально величине якорного тока увеличивается падение напряжения на шунте RS и увеличивается напряжение обратной связи Uот на входе регулятора. Это приводит к увеличению напряжения UУ на выходе регулятора и увеличению ЭДС, а, следовательно, и напряжения тиристорного преобразователя, что обеспечивает

95

уменьшение просадки скорости, т.е. приводит к повышению жесткости механической характеристики электропривода.

Структурная схема СУЭП с положительной обратной связью по току якоря двигателя приведена на рис. 3.16.

Uз		Рег	ТП		ЯЦ	Ia
	∆u	Uу	kп	Ed	1 Rэ
		kр	Тµр +1		Тэр +1
	Uот
		ДТ			Еа
		kот

Ic	ЭМП
	Rэ / с ω
	Тмр
с

Рис. 3.16. Структурная схема СУЭП с положительной обратной связью по току

Для анализа статических характеристик электропривода в системе с положительной обратной связью по току воспользуемся вырожденной структурной схемой системы регулирования (рис. 3.17).

Uз Σ1 ∆u

Uу

Ed Σ2 Еа

ω

kр

kп

1c

Uот

Rэ

kот Ic

Рис. 3.17. Вырожденная структурная схема СУЭП с положительной обратной связью по току

Аналогично выполняемому ранее, выведем передаточные коэффициенты по управляющему и возмущающему воздействиям. Приравняв нулю возмущающее воздействие (Iс =0), по схеме рис.3.17 легко можно получить выражение для передаточного коэффициента по управляющему воздействию (при этом видно, что при токе равном нулю,

система регулирования оказывается разомкнутой): KU = ω0 = kрkп ,

Uз с

96

откуда можно получить выражение для скорости идеального холостого хода, задаваемой величиной Uз на входе регулятора:

ω = U		kрkп	.	(3.15)
0	з с

Приравняв нулю задающее воздействие (Uз = 0), по структурной схеме рис. 3.17 можно получить передаточный коэффициент по возмущающему воздействию, который состоит из двух составляющих, т.к. возмущение прикладывается к двум точкам приложения Σ1 и Σ2 с различными знаками:

	∆ω			kрkпkот		R
Kf =	зам = Kf1	− Kf 2	=		−		э . (3.16)
				с
	Ic					с

С учетом (3.15) и (3.16) уравнение электромеханической характеристики электропривода в данной СУЭП примет вид:

ω = ω − ∆ω		= U		kрkп	− I		(Rэ − kрkпkот )	(3.17).
							с
0	зам		з с			c

Из последнего уравнения видно, что применение положительной обратной связи по току, приводит к снижению статической просадки скорости в замкнутой СУЭП, т.е. к увеличению жесткости электромеханической характеристики (характеристика 2 на рис.3.18).

Если обеспечить равенство kрkпkот = Rэ , то получится

абсолютно жесткая электромеханическая характеристика (характеристика 3 на рис.3.18). Коэффициент обратной связи по току, обеспечивающий абсолютно жесткую электромеханическую характеристику, называют граничным, его величина равна:

kотгр =	Rэ	.	(3.18)
	kрkп

97

Если величину коэффициента kот установить большей, чем kотгр (kот > kотгр), то статическая просадка скорости станет противоположного знака и электромеханическая характеристика примет вид характеристики 4 на рис.3.18, что соответствует неустойчивой работе электропривода, т.е. коэффициент kотгр соответствует граничному положению электропривода между устойчивым и неустойчивым состояниями.

Рис. 3.18. Электромеханические характеристикиСУЭП с положительной обратной связью по току

Как видно из (3.18) абсолютно жесткую электромеханическую характеристику в данной СУЭП можно получить при вполне конкретных

значениях коэффициентов kр и kот (т.е. kрkпkот не стремятся к

бесконечности). При этом положительная обратная связь по току вызывает увеличение напряжения ЭДС ТП пропорционально увеличению падения напряжения IRа, поэтому положительную обратную связь по току иногда называют в технической литературе «IR – компенсацией».

Положительная обратная связь по току, обеспечивающая устойчивую работу в статическом режиме, в динамике может привести к неустойчивой работе электропривода. Например, увеличение по какойлибо причине якорного тока, приведет к увеличению напряжения обратной связи на входе регулятора, увеличению результирующего сигнала на выходе регулятора, увеличению выходного напряжения ТП, дальнейшему увеличению якорного тока и т.д., вызывая лавинообразное возрастание якорного тока.

Поэтому на практике положительную обратную связь по току якоря применяют вместе с отрицательной обратной связью по скорости (напряжению). Отрицательная обратная связь по скорости (напряжению) не позволяет неограниченно увеличиваться якорному току, т.к. влияние отрицательной обратной связи сильнее, чем положительной. Например, для получения жесткости естественной электромеханической характеристики в СУЭП с комбинацией отрицательной обратной связи по

98

напряжению и положительной обратной связи по току якоря на долю повышения жесткости электромеханической характеристики за счет отрицательной обратной связи по напряжению приходится (70-80)%, а на долю положительной обратной связи по току якоря - оставшиеся (3020)%.

Пример 3. Для системы регулирования с параметрами Кп = 25, Кр=1, Rэ=0.25 Ом, Ra=0.15 Ом определить величину коэффициента положительной обратной связи по току якоря kот для обеспечения жесткости естественной электромеханической характеристики.

Т.к. жесткости естественной электромеханической характеристики соответствует статическая просадка скорости, равная Δωзам = IcRa/c, то на основании (3.16) и (3.17) можно составить уравнение Rэ-kрkпkот=Ra, откуда определяется необходимая величина коэффициента: kот=(Rэ-Ra)/kрkп=Rп/ kрkп=(0.25-0.15)/(25*1)=0.004 В/А.

Контрольные вопросы:

1.Как в электроприводе реализуется обратная связь по току якорной цепи?

2.Что определяет величину скорости вращения двигателя в установившемся режиме работы при постоянном напряжении задания на входе регулятора?

3.Почему в данной СУЭП возможно получение абсолютно жесткой механической характеристики электропривода (для ответа используйте внешние характеристики ТП)?

4.С какой целью в цепи обратной связи по току включают датчик

тока?

5.С какой целью в электроприводах применяют положительную обратную связь по току якоря?

6.Какое условие должно выполняться в СУЭП с положительной обратной связью по току для получения абсолютно жесткой механической характеристики двигателя?

7.Как определить величину граничного коэффициента положительной обратной связи по току?

8.Как определить величину коэффициента обратной связи по току, чтобы обеспечить жесткость естественной характеристики?

9.Почему положительную обратную связь по току применяют только в комбинации с отрицательными обратными связями?

10.Как получить уравнение внешней характеристики ТП в данной

СУЭП?

99