- •Курс лекций
- •Введение. Классификация суэп
- •1. Типовые узлы и схемы разомкнутых релейно-контактных суэп
- •1.1. Общие сведения
- •1.2. Типовые узлы статорных цепей, обеспечивающие пуск асинхронных и синхронных электродвигателей
- •И синхронных электродвигателей
- •1.3. Узлы роторных цепей асинхронных электродвигателей
- •Ротора асинхронного электродвигателя
- •1.4. Узлы роторных цепей синхронных электродвигателей
- •С глухо подключенным возбудителем
- •1.5. Узлы силовых цепей электродвигателей постоянного тока, обеспечивающие их пуск и торможение
- •Постоянного тока
- •1.6. Типовые схемы управления асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором
- •Электродвигателем с короткозамкнутым ротором
- •С короткозамкнутым ротором
- •1.7. Основные принципы построения систем реостатного ступенчатого пуска и торможения электроприводов
- •При реостатном ступенчатом пуске электродвигателей
- •1.8. Типовые узлы и схемы реостатного ступенчатого пуска и торможения электродвигателей, работающие по принципу времени
- •С фазным ротором в функции времени
- •В функции времени: а – упрощенная схема управления;
- •С независимым возбуждением при динамическом торможении в функции времени: а – принципиальная электрическая схема;
- •Короткозамкнутого электродвигателя в функции времени
- •1.9. Узлы пуска и торможения электродвигателей, работающие по принципу скорости
- •Электродвигателем с торможением противовключением в функции скорости
- •Скорости: а - принципиальная электрическая схема;
- •И напряжения Uя во времени
- •Постоянного тока в функции скорости
- •1.10. Узлы пуска и торможения электродвигателей, работающие по принципу тока
- •Постоянного тока в функции тока
- •С подключением возбудителя в функции тока статора
- •2. Разомкнутые суэп с бесконтактными преобразовательными устройствами
- •2.1. Общие сведения
- •С естественной коммутацией
- •Тиристорным преобразователем:
- •2.2. Основные варианты регулируемых электроприводов переменного и постоянного тока
- •2.2.1. С тиристорным регулятором переменного напряжения (трн) в цепи статора асинхронного электродвигателя (рис. 2.4)
- •2.2.2. С тиристорными ключевыми элементами в цепи ротора
- •2.2.3. С частотным регулированием асинхронных и синхронных электродвигателей (рис. 2.6)
- •Преобразователь частоты
- •Тока и широтно-импульсной модуляцией.
- •2.2.4. С вентильным преобразователем в якорной цепи электродвигателя постоянного тока
- •Преобразователем
- •2.2.5. С питанием электродвигателя от источника тока
- •По системе ит - д
- •2.2.6. С импульсным преобразователем в цепи постоянного тока
- •Постоянного тока: а) электрическая схема включения; б) графики тока и напряжения двигателя
- •В двигательном и тормозном режимах
- •3. Замкнутые суэп постоянного тока с общим суммирующим регулятором
- •3.1. Общие сведения
- •3.3. Система электропривода с обратными связями по угловой скорости и по току с отсечкой, её свойства в статике
- •По угловой скорости и по току с отсечкой
- •С отсечкой по току
- •3.4. Переходные и установившиеся режимы суэп с обратными связями по угловой скорости и току
- •3.4.1. Свойства электропривода в статике с астатическим (пи) регулятором
- •3.4.2. Свойства электропривода в статике с астатическим (пи) регулятором
- •3.5. Замкнутая суэп постоянного тока со стабилизацией момента
- •Моменту м; крм – коэффициент усиления регулятора момента;
- •С обратной связью по моменту.
- •4. Суэп постоянного тока с подчиненным регулированием
- •4.1. Общие сведения
- •С ограничением выходного сигнала.
- •4.2. Математическая модель двухконтурной суэп с подчиненным регулированием
- •С подчиненным регулированием
- •4.3. Оптимальные настройки регуляторов
- •4.3.1. Настройка системы на модульный (технический) оптимум
- •На модульный оптимум
- •Регулирования тока
- •4.3.2. Настройка системы на симметричный оптимум
- •4.4. Суэп с двухзонным регулированием скорости
- •Регулирования возбуждения
- •От управляющего сигнала в статике
- •4.5.2. Двукратноинтегрирующая суэп с пи регуляторами тока и угловой скорости
- •4.5.3. Однократноинтегрирующая суэп с пи регулятором тока и обратной связью по эдс вращения (напряжению)
- •Для расширения диапазона регулирования и стабилизации скорости используют замкнутые суэп с отрицательной обратной связью по скорости.
- •5.2. Система регулирования угловой скорости асинхронного электропривода изменением напряжения питания
- •Р ис. 5.1. Принципиальная схема сар угловой скорости асинхронного электродвигателя изменением напряжения питания
- •Асинхронного электродвигателя изменением напряжения питания
- •Значениях задающего напряжения uз
- •Напряжения питания um uном.
- •5.3. Система управления асинхронным электродвигателем с импульсным регулированием сопротивления в роторной цепи
- •С импульсным регулированием сопротивления в цепи ротора
- •5.4. Суэп с электромагнитной муфтой скольжения
- •И отрицательной обратной связью по скорости
- •5.5. Суэп переменного тока с частотным регулированием скорости
- •5.5.1. Общие сведения
- •5.5.2. Асинхронный электродвигатель как объект регулирования
- •5.6. Варианты суэп переменного тока с частотным регулированием
- •5.6.1. Система частотного регулирования с функциональным преобразователем и регуляторами тока и напряжения статора
- •С функциональным преобразователем
- •5.6.2. Система частотного регулирования с обратными связями по скорости и эдс статора
- •С обратными связями по скорости и эдс статора
- •5.6.3. Система частотно-токового управления асинхронным приводом
- •5.7. Системы векторного управления ад с короткозамкнутым ротором
- •5.8. Суэп с асинхронными каскадами
- •5.8.1. Варианты и общие характеристики каскадов
- •Вентильного каскада: 1 – естественная характеристика;
- •5.8.2. Система управления авк с отрицательной обратной
- •Связью по скорости и положительной обратной связью
- •По выпрямленному току ротора
- •Функциональная схема такой суэп, аналогичная системам регулирования скорости дпт с независимым возбуждением, приведена на рис. 5.19.
- •Оос по угловой скорости и пос по выпрямленному току ротора
- •5.8.3. Система управления авк с подчиненным регулированием
- •Управления авк с подчиненным регулированием
- •5.9. Системы автоматического управления синхронных электроприводов
- •5.9.1. Основные задачи регулирования синхронных приводов
- •5.9.2. Система регулирования возбуждения сд с тиристорным возбудителем и общим регулятором
- •С тиристорным возбудителем и общим регулятором
- •5.9.3. Система подчиненного регулирования тока возбуждения сд
- •Регулирования тока возбуждения сд
- •5.10 Система управления электроприводом с вентильным двигателем
- •С вентильным двигателем
- •6. Следящие электроприводы
- •6.1. Общие сведения
- •6.2. Примеры простейших следящих электроприводов
- •6.2.1. Следящий электропривод с непрерывным управлением Вариант такого электропривода приведен на рис. 6.1.
- •6.2.2. Релейный следящий электропривод
- •6.2.3. Импульсный следящий электропривод
- •Трансформатора tv и Uк на обмотке электромагнитного поляризованного реле к;
- •6.2.4. Следующий электропривод с шаговым электродвигателем
- •Электродвигателем
- •6.3. Анализ свойств следящих электроприводов в статике и переходных режимах
- •6.3.1. Следящая суэп с обратной связью по выходной величине
- •6.3.2. Следящий электропривод с дополнительной обратной связью по первой и второй производным от выходной величины
- •Пропорционального ускорению выходного вала
- •6.3.3. Следящий электропривод с пропорционально-дифференциальным законом регулирования
- •6.3.4. Следящий электропривод с пропорционально-интегральным регулятором
- •6.3.5. Следящий электропривод с комбинированным управлением (с коррекцией по возмущающему воздействию)
- •6.3.6. Сравнение рассмотренных вариантов следящих электроприводов
- •7. Системы программного управления электроприводов
- •7.1. Общие сведения. Классификация
- •7.2. Примеры систем программного управления
- •7.2.1. Позиционная спу
- •7.2.2. Контурная система с чпу
- •8. Оптимальные и адаптивные суэп
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Примеры оптимальных и адаптивных суэп
- •8.2.1. Оптимальная суэп турбокомпрессора
- •Статических режимов электропривода турбокомпрессора
- •8.2.2. Адаптивный регулятор тока для вентильного электропривода постоянного тока
- •С адаптивным регулятором
- •9. Применение средств микропроцессорной техники в системах управления электроприводов
- •9.1. Общие сведения. Задачи микропроцессорного управления электроприводами
- •9.2. Применение программных логических контроллеров (плк) в системах управления электроприводов
- •9.3. Применение программируемых регулирующих контроллеров в электроприводах
- •9.4. Примеры алгоритмов цифрового управления
- •10. Основы проектирования суэп
- •10.1. Общие сведения
- •10.2. Основные этапы проектирования суэп
- •Систем управления:
- •Регуляторами и параллельным управлением; в) ‑ с раздельными регуляторами и подчиненным управлением
- •Устройств, работающих на постоянном токе
- •Этап 5: Разработка проектной документации
9. Применение средств микропроцессорной техники в системах управления электроприводов
9.1. Общие сведения. Задачи микропроцессорного управления электроприводами
Большинство функций управления электроприводами традиционно реализуется на аппаратном уровне с использованием релейно-контактных и бесконтактных элементов автоматики.
Развитие микропроцессорной техники (МПТ) создает реальную возможность перехода от аппаратной к программной реализации функций контроля и управления.
Преимущества такого подхода:
1) гибкость, универсальность. Одно и тоже устройство можно использовать для решения различных задач; достаточно только сменить программу;
2) значительно меньше время и затраты на разработку и освоение изделия;
3) более простое и дешевое схемное решение, т.к. один микропроцессор (МП) или микроконтроллер (МК) обычно заменяет от 75 до 200 интегральных микросхем малой и средней степени интеграции;
4) более высокая надёжность из-за существенных сокращений количества элементов и связей между ними, более простое обслуживание.
По прогнозам специалистов по указанным причинам в ближайшие годы до 60…70% МП и МК будут использоваться для замены традиционных технических решений на основе жесткой логики микропроцессорными средствами.
При этом реализуются два основных направления:
Применение микропроцессорных систем замкнутого управления электроприводами с цифровым формированием алгоритмов управления, обеспечивающих повышение качества процессов (точности, быстродействия …), реализацию наиболее совершенных оптимальных и адоптивных систем управления.
Применение программируемых логических контроллеров, (ПЛК) позволяющих:
- опрашивать состояние дискретных (двухпозиционных) датчиков;
- выполнять логическую обработку поступающей информации и формировать управляющие сигналы на включение исполнительных элементов;
- диагностировать состояние управляемого объекта и самого управляющего устройства с выдачей информации в удобной для восприятия форме;
- обеспечивать возможность наладочного режима. И в том и в другом случае МП должен работать в темпе реального управляемого технологического процесса. В системах микропроцессорного управления применяют широкий спектр МП и МК от четырёх - до 32-х разрядных.
В сложных и быстродействующих электроприводах перспективно применение многопроцессорных систем, которые позволяют:
- распределять функции между несколькими микропроцессорами (например, организация ввода-вывода, выполнение арифметической и логической обработки поступающей информации, обслуживание подсистемы диагностики);
- использовать модульную структуру управляющего устройства с возможностью наращивания для выполнения новых функций;
- упростить программное обеспечение;
- распараллелить процессы обработки информации для повышения быстродействия;
- повысить надежность работы за счет резервирования;
- создавать многоуровневые (иерархические) системы управления комплексами взаимодействующих машин и установок.
9.2. Применение программных логических контроллеров (плк) в системах управления электроприводов
ПЛК применяют для замены релейно-контактных и бесконтактных схем управления, реализующих логические функции. Настройка ПЛК на выполнения различных функций осуществляется программно.
В минимальный комплект ПЛК входят: логический процессор, память программ, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) данных, устройство связи с объектом (УСО), пульт настройки и ввода программ (рис. 9.1).
Рис. 9.1. Функциональная схема ПЛК
В памяти программ хранится описание алгоритма управления в виде последовательности структурных формул. Сигналы от датчиков, характеризующих состояние УО, поступают через УСО во входной регистр, а управляющее слово в виде комбинации нулей и единиц через выходной регистр и УСО воздействуют на исполнительные органы объекта.
ПЛК работает в циклическом режиме. В соответствии с программой процессор последовательно опрашивает входы датчиков (содержание входного регистра), производит логическое сравнивание состояний входов и выходов, по результатам которого включает соответствующие исполнительные элементы. Устройства, работающие по такому принципу, называют конечными автоматами.
ПЛК обычно используются без постоянного присутствия обслуживающего персонала. Поэтому пульт ввода программ выполняется автономным и подключается только на время этой операции.
Задание программы работы ПЛК осуществляется одним из трех способов:
- по принципиальной электрической схеме;
- по структурным формулам;
с использованием специальных языков символического кодирования.
При программировании по первому способу на пульте ввода используются клавиши с обозначениями элементов релейной схемы (замыкающие и размыкающие контакты, обмотки реле и др.)
При программировании по второму методу с клавиатуры набираются структурные формулы, описывающие работу логической схемы.
Для программирования современных ПЛК часто используются ЭВМ с записью программ на специальных языках, с последующей трансляцией в двоичные коды.
ПЛК делятся на 3 основных класса:
1-й класс – для управления несложными объектами по фиксированной программе. Они имеют небольшое число (10...96) входов и выходов, малую емкость памяти с однократно записанной программой;
2-й класс – для управления достаточно сложными, локально работающими объектами. Они имеют до нескольких сотен входов и выходов, память достаточной емкости, возможность ввода программ с автономного пульта. Системные программные средства при этом, как правило, отсутствуют;
3-й класс – для управления ответственными сложными объектами. Такие ПЛК сопрягаются с ЭВМ более высокого уровня, имеют развитый язык программирования (задания алгоритмов управления), собственные периферийные устройства (видеотерминалы, устройства печати и др.). Помимо управления объектом они могут передавать соответствующим образом обработанную информацию на ЭВМ верхнего уровня.