Рассмотрим построение двухзонной системы регулирования скорости электропривода.

7.1. Настройка системы регулирования скорости по цепи якоря

Как видно из структурной схемы рис.7.3 система управления скоростью электродвигателя изменением подводимого к якорю напряжения должна иметь два контура регулирования: внутренний контур регулирования якорного тока и внешний контур регулирования скорости электродвигателя.

Настройка контура регулирования тока якоря в двухзонной СУЭП ничем не отличается от настройки контура регулирования тока якоря в однозонной СУЭП и подробно рассмотрена в 5.1.

Рассмотрим особенности настройки контура регулирования скорости электродвигателя в двухзонной СУЭП. Структурная схема контура регулирования скорости в двухзонной системе регулирования представлена на рис.7.4.

uзс

РС

uзт

Ia

kФ

∆uс

М

ω

1

Wрс (p)

ЗТК

JΣp

uос

Wор2 (p)

kос

Рис.7.4. Структурная схема контура регулирования скорости в

двухзонной СУЭП

В контур регулирования скорости входит регулятор скорости РС, замкнутый контур регулирования тока якоря (ЗТК), настроенный на МО

и объект регулирования с передаточной функцией Wор2 (p) , охваченные обратной связью по скорости с коэффициентом koc = uoc max / ωmax , где

ωmax - максимальная скорость, достигаемая во второй зоне регулирования. Передаточная функция объекта регулирования имеет вид:

W (p) =

kФ

,

(7.1)

ор2 JΣp

253

поэтому передаточная функция регулятора скорости в соответствии с (4.11) определяется выражением:

W

(p) =

kот

JΣp

=

JΣ

kот

1

.

(7.2)

pс

22 T pk

oс

kФ 4T k

ос

kФ

µ

µ

Если в выражении (7.2) выполнить некоторые преобразования, то передаточная функция РС примет следующий вид:

W

(p) =

JΣRэ

kФн k

от

Фн

=

4T (kФ

pс

)2 R

э

k

ос

Ф

µ

н

(7.3)

Tм

kФн kот

1

1

=

= k

= k

,

4T R

э

k

ос

Ф*

рсн Ф*

рс

µ

где kрcн - коэффициент усиления РС при номинальном магнитном потоке

(5.26);

Ф* = Ф/Фн - относительная величина магнитного потока.

Как видно из (7.3) РС является пропорциональным, коэффициент передачи которого зависит от величины магнитного потока

электродвигателя. В первой зоне регулирования, когда Ф = Фн , коэффициент РС остается постоянной величиной kрc = kрсн . Во второй

зоне регулирования Ф < Фн , поэтому величину kрc необходимо увеличивать, т.е. ставить в с оответствие определенной величине магнитного потока вполне определенное значение kрc в соответствии с (7.3). Если во второй зоне регулирования оставить неизменной величину kрc = kрсн , то в первой зоне регулирования сохраняется настройка контура на МО, а во второй зоне регулирования быстродействие контура снижается, т.к. величина kрc меньше необходимой. Если во второй зоне

регулирования установить kрc = kрсн / Ф*min , то настройка на МО будет

254

выполняться при минимальном магнитном потоке, но работа в первой зоне регулирования с kрc = kрсн / Ф*min может оказаться невозможной

ввиду большого значения kрc .

Для сохранения настройки на МО во всем диапазоне регулирования скорости электродвигателя на выходе РС устанавливают делительное устройство ДУ, на делительный вход которого подается напряжение, пропорциональное величине относительного магнитного

потока uФ* . Структурная схема РС с делительным устройством представлена на рис.7.5,а.

		РС	ДУ
	uзс	kрс	÷ uзт
	uос	а)	uФ*
	uзс	РС	МДУ		uзт
		крс	÷ ×
	uос		E*a	ω*
		б)
uзс	РС	МУ			uзт
	крс	×	ПУ
	uос

	БО
	НЭ
uос	−Uогр
	-1
	+ Uогр
	в)

Рис.7.5. Реализация регулятора скорости в двухзонной СУЭП

255

Включение ДУ на выходе РС компенсирует действие умножения k * Ia в канале объекта регулирования на рис.7.4, тем самым выполняя

линеаризацию системы регулирования, нелинейность которой вызвана нелинейностью кривой намагничивания двигателя. Для получения

напряжения uФ* необходим датчик магнитного потока электродвигателя.

В тех случаях, когда датчик магнитного потока отсутствует (техническая реализация датчика затруднена или невозможна), на выходе РС включают множительно – делительное устройство МДУ (рис.7.5,б), на вход умножения которого подается напряжение,

пропорциональное скорости электродвигателя ω*, а на вход деления

подается

напряжение,

пропорциональное

величине

ЭДС

электродвигателя E*a . Результат действия МДУ позволяет получить необходимую величину относительного значения магнитного потока

	1	=	ω*	, в соответствии с которой изменяется коэффициент РС.
	Ф*		E*a

Напряжение, пропорциональное величине скорости электродвигателя – это напряжение обратной связи по скорости uос , а напряжение, пропорциональное ЭДС электродвигателя получается на выходе датчика ЭДС – напряжение обратной связи по ЭДС uоэ .

Т.к. во второй зоне регулирования при увеличении скорости электродвигателя и уменьшении величины магнитного потока ЭДС

остается постоянной Ea = k ω = Eaн ≈ constФ , то в этом случае можно

вместо МДУ применить множительное устройство МУ (рис.7.5,в), на вход которого подается напряжение, пропорциональное скорости

электродвигателя uос . В реверсивном электроприводе при изменении направления вращения происходит изменение полярности напряжения uос , поэтому для сохранения правильной полярности напряжения

задания величины якорного тока uзт на вход МУ подается модуль

напряжения обратной связи по скорости uос . В электрических машинах

постоянного тока при ослаблении магнитного потока ухудшаются условия коммутации; поэтому перегрузочную способность

256

электродвигателя по току при ослаблении магнитного потока уменьшают в соответствии с паспортной эксплуатационной характеристикой электрической машины. На рис.7.5,в показана схема регулируемого токоограничения, которая изменяет ограничение задания величины

якорного тока uзт на выходе промежуточного усилителя ПУ в

зависимости от модуля напряжения		uос		(скорости вращения

электродвигателя). Эксплуатационная характеристика электродвигателя моделируется нелинейным элементом НЭ, на выходе которого при

скорости ω≤ ωн формируется максимальное напряжение Uогр блока

ограничения (БО) напряжения uзт , обеспечивая максимальную перегрузочную способность электропривода. Во второй зоне регулирования при ω > ωн в соответствии с эксплуатационной характеристикой электрической машины происходит уменьшение величины Uогр и, следовательно, снижение ограничения выходного

напряжения uзт промежуточного усилителя ПУ и величины якорного тока.

Для получения операции деления (т.е. ДУ) в цепь обратной связи операционного усилителя DA1 , на котором реализован РС, включают

множительное устройство (рис.7.6), на входы которого подаются выходное напряжение ОУ (на вход Х) и напряжение, пропорциональное

величине магнитного потока uФ* (на вход У). При таком включении на выходе РС получается напряжение - (uзс − uос ) / uФ* , при этом

сохраняется настройка на МО во всем диапазоне регулирования скорости электропривода.

257

+uзс

R20

−uос R21

R22

−u

рс

= (u

зс

−u

ос

) / u

*

ф

R23

DA1

uф*

xy

x

R24

y

Рис.7.6. Принципиальная электрическая схема регулятора скорости с делительным устройством

В линейной зоне работы регуляторов статические электромеханические характеристики электроприводов с двухзонными СУЭП полностью идентичны характеристикам однозонных СУЭП. На рис.7.7 показано семейство характеристик, соответствующих различным

значениям uзс для однократной СУЭП с П регулятором скорости. Жесткость характеристик в соответствии с (5.29) определяется отношением 4Tµ/Tм . Благодаря автоматической корректировке

коэффициента усиления РС жесткость характеристик как в первой, так и во второй зонах регулирования сохраняется неизменной. В режиме токоограничения в первой зоне РС находится в режиме насыщения, поэтому на выходе регулятора РС формируется максимальное

напряжение задания величины якорного тока uзтmax , поэтому в якорной

цепи протекает максимальный ток, формирующий максимальный момент на валу электродвигателя. Во второй зоне, в соответствии с эксплуатационной характеристикой электродвигателя, в зависимости от величины скорости происходит снижение величины ограничения

напряжения задания тока uзтmax (заштрихованная зона на рис.7.7), что

отражается на виде характеристик. Вид механических характеристик во второй зоне в режиме токоограничения отличается от вида электромеханических характеристик, т.к. в этой зоне момент изменяется обратно пропорционально величине магнитного потока.

258

ω0max	ω	uзс	= uзсmax
		ωmax
ω0н		ωн	ω= f (M)
	uзс = uзсн
		Зона регулируемого
		токоограничения
0		Iн	Ia (M)
		uзс = 0	Imax (Мmax )
Рис. 7.7. Электромеханические (механические) характеристики в
	двухзонной СУЭП с П регулятором скорости

В СУЭП двухзонного регулирования настройка контура регулирования скорости может выполняться и на симметричный оптимум, как это было рассмотрено в 5.3, с учетом выполнения линеаризации системы регулирования включением на выходе регулятора скорости ДУ (рис.7.5,а), МДУ (рис.7.5,б) или МУ (рис.7.5,в). На рис.7.8 приведено семейство характеристик, соответствующих различным

значениям uзс для двухзонной СУЭП с ПИ регулятором скорости.

Характеристики получаются абсолютно жесткими, с учетом изменения величины токоограничения во второй зоне регулирования.

259