- •В.А. Соловьев системы управления электроприводами
- •Часть 1
- •Введение
- •1. Электрические схемы и способы их начертания
- •1.1. Термины, определения, понятия
- •1.2. Виды и типы схем
- •1.3. Условные обозначения, используемые в электрических схемах
- •1.4. Электрические схемы и правила их выполнения
- •Структурная схема
- •Функциональная схема
- •Принципиальная схема
- •Эквивалентная схема
- •Схемы соединений
- •Общая схема
- •1.5. Требования, предъявляемые к схемам управления
- •Контрольные вопросы
- •Задачи для самоанализа
- •2.Cистемы управления электроприводами разомкнутого типа
- •2.1. Принципы автоматического управления пуском и торможением двигателей
- •2.2. Типовые узлы схем автоматического управления двигателями постоянного тока
- •2.3. Типовые узлы схем автоматического управления асинхронными двигателями
- •2.4. Типовые узлы схем автоматического управления синхронными двигателями
- •2.5. Узлы электрической защиты двигателей и схем управления
- •2.6. Примеры решения задач
- •2.7. Вопросы для самопроверки
- •3. Анализ и синтез замкнутых суэп
- •3.1. Математические описание силовой части электропривода как объекта управления
- •3.2. Якорная цепь двигателя
- •3.3. Математическое описание цепи возбуждения двигателя
- •3.4. Статические и динамические характеристики замкнутых систем преобразователь - двигатель
- •3.5. Замкнутые системы стабилизации скорости и момента электропривода постоянного тока с суммирующим усилителем
- •3.5.1. Синтез параметров систем стабилизации скорости
- •3.5.2. Анализ и синтез систем стабилизации с задержанными обратными связями
- •Передаточная функция системы
- •3.5.3. Анализ и синтез динамических характеристик замкнутых систем стабилизации скорости
- •Разомкнутая сау
- •Замкнутая сау
- •3.6. Система стабилизации момента и скорости электропривода постоянного тока при питании от источника тока
- •3.7. Вопросы для самопроверки
- •4. Основы теории систем подчиненного регулирования
- •4.1. Обобщенная схема многоконтурной системы подчиненного регулирования
- •4.2. Синтез регуляторов
- •4.2.1. Синтез регулятора первого контура и его свойства
- •4.2.2. Синтез регулятора второго контура и его свойства
- •4.2.3. Синтез регулятора третьего контура и его свойства
- •4.3. Системы регулирования тока якоря
- •4.3.1. Комбинированные сар тока якоря
- •4.4. Синтез регулятора скорости
- •4.5. Статические механические характеристики электропривода с однократной сар скорости
- •4.6. Двукратные сар скорости
- •4.6.1. Синтез регулятора скорости
- •4.6.2. Механические характеристики электропривода с астатической сар скорости
- •4.7. Примеры решения задач
- •Решение. Прежде чем приступить к расчету параметров регулятора тока согласно выражения (4.26*) выполним ряд вспомогательных расчетов.
- •5. Ограничение переменных в структурах подчиненного регулирования
- •5.1. Ограничение переменных с помощью задатчиков интенсивности
- •Контрольные вопросы
- •6. Системы автоматического регулирования положения
- •6.1. Однократные сар положения
- •6.1.1. Передаточные функции однократных сар положения
- •6.2 Астатические (двукратные) сар положения
- •6.3. Ограничение переменных в сар положения
- •6.3.1. Оптимальная диаграмма позиционного перемещения с ограничением координат и принципы ее реализации
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторные работы лабораторная работа 1
- •1. Краткое описание лабораторной установки
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Программа работы
- •4. Указания к выполнению работы
- •Контрольные вопросы
- •Варианты задания
- •Лабораторная работа 2
- •1. Описание лабораторной установки и ее работы
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Программа работы
- •4. Методические указания к выполнению работы
- •Контрольные вопросы
- •Использованные источники
- •Оглавление
- •Часть 1
- •Подписано в печать
- •681013, Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27.
3.6. Система стабилизации момента и скорости электропривода постоянного тока при питании от источника тока
Стабилизация момента и тока двигателя постоянного тока осуществляется также в электроприводах с источником тока.
Наибольшее распространение в электроприводе получили трехфазные индуктивно-емкостные преобразователи (ИЕП), являющиеся источником тока [6]. Они используются для питания двигателей постоянного тока. Схема такого преобразователя приведена на рис. 3.18, а. Эта схема при определенном выборе параметров обеспечивает стабилизацию тока якоря в широких пределах изменения противо- ЭДС двигателя. Индуктивности и емкости, включенные в треугольник, образуют трехфазный источник тока с выходом на переменном токе, а трехфазный мостовой выпрямитель V позволяет подключить к источнику тока обмотку якоря двигателя постоянного тока. Принцип действия ИЕП основан на явлении резонанса напряжений в цепи L, С, ток в которой при равных сопротивлениях индуктивности xl и емкости хс не зависит от сопротивления нагрузки, а определяется линейным напряжением питающей сети и сопротивлением х = xl= хс.
Рис. 3.18. Принципиальная схема (а), и механические характеристики (б)
электропривода с ИЕП
где - напряжения на емкости и индуктивности.
В схеме на рис. 3.18, а при неизменном токе в якоре момент двигателя пропорционален магнитному потоку
М = СФI = CIФ = kяФ.
Поэтому управление изменением значения момента электропривода осуществляется изменением тока возбуждения двигателя и соответственно изменением его магнитного потока. При этом регулирование тока возбуждения может обеспечиваться резистором R, включенным в цепь обмотки возбуждения двигателя. Механические характеристики при различных значениях магнитного потока и его изменениях от – Фном до + Фном приведены на рис. 3.18, б. Электропривод по системе ИЕП — Д обеспечивает плавное и точное регулирование момента в пределах от - Мhom до + Мном с точностью стабилизации тока в нагрузке до 2—3 %. Коэффициент мощности ИЕП — Д близок к единице, а КПД составляет 0,96—0,98. Недостатком электропривода по системе ИЕП — Д является отсутствие возможности рекуперации энергии в сеть из-за использования в нем неуправляемого выпрямителя. Массо-габаритные показатели ИЕП оказываются хуже тиристорных преобразователей напряжения.
Электропривод постоянного тока с ИЕП может использоваться и для стабилизации скорости. Это производится с отрицательной обратной связью по скорости. Функциональная схема такого электропривода приведена на рис. 3.19, а. Управление осуществляется по цепи возбуждения двигателя. Обмотка возбуждения двигателя питается от преобразователя или от промежуточного усилителя А. Система электропривода является статической по возмущающему воздействию по нагрузке.
Рис. 3.19. Функциональная схема (а) и механические характеристики (б)
электропривода постоянного тока с индуктивно-емкостным преобразователем,
обеспечивающего регулирование скорости двигателя
Механическая характеристика описывается следующим уравнением:
где U3 — задающее напряжение, определяющее задание скорости;
К = kс kв ky - коэффициент передачи разомкнутой системы по моменту;
kя = IC; C - конструктивная поcтоянная двигателя;
kв = Ф/I —коэффициент передачи двигателя на прямолинейном участке его характеристики намагничивания;
ky = Iв / Uy — коэффициент передачи промежуточного усилителя.
Регулирование скорости производится изменением задающего напряжения (рис. 3.19, б). Диапазон регулирования скорости достигает значения 10 : 1.
Статизм характеристики определяется коэффициентами передачи двигателя, усилителя и коэффициентом обратной связи по скорости. В такой системе он составляет 10 - 15 %.
Статизм может быть снижен теоретически до нуля при введении дополнительной положительной связи по току возбуждения двигателя, как показано на рис. 3.19, а штриховой линией. Механическая характеристика при этом описывается уравнением
,
где kТ = Uос т/Iв — коэффициент положительной обратной связи по току возбуждения;
Uост — напряжение обратной связи по току.
Статизм характеристики при этом зависит также от коэффициента обратной связи по току, и при kТ = 1/kу статизм становится теоретически равным нулю. Практически при введении положительной обратной связи удается получить статизм около 5 %.
При насыщении двигателя или достижении ограничения выходного сигнала промежуточного усилителя в зависимости от того, что наступает раньше, магнитный поток двигателя оказывается постоянным при любой скорости и привод обеспечивает постоянство момента двигателя, равного
,
где Iя,ном. Mhom — номинальные значения тока и момента двигателя; Фнас — максимальное значение магнитного потока при насыщении двигателя или ограничении усилителя. Из-за нелинейности характеристик насыщения двигателя или промежуточного усилителя механические характеристики привода оказываются нелинейными, как показано на рис. 3.19, б штриховыми линиями.
Изменение значения момента стабилизации может производиться перестройкой уровня ограничения выходного сигнала промежуточного усилителя или введением отсечки в отрицательную обратную связь по скорости. Функциональная схема электропривода с отрицательной обратной связью по скорости с отсечкой приведена на рис. 3.20, а. В качестве промежуточного усилителя используется магнитный усилитель с обмотками управления L1A и L2A. На L1A подается разность задающего напряжения по скорости U3С и напряжения обратной связи по скорости с отсечкой Ucо. Отсечка осуществляется диодом V. На L2A подается задающее напряжение по моменту U3.м определяющее значение момента стопорения МCT. Механические характеристики такого электропривода приведены на рис. 3.20, б. На участке стабилизации скорости при ω > ωотс = Uз c/kc характеристика описывается уравнением
.
Статизм характеристик в этом случае, так же как и при непрерывной связи по скорости, определяется значениями коэффициентов К и kc..
На участках стабилизации момента двигателя при ω < ωотс механическая характеристика описывается уравнением
.
Переходные процессы в системе ИЕП—Д при безынерционном промежуточном усилителе на линейных участках кривой намагничивания двигателя и характеристики усилителя при действии отрицательной обратной связи по скорости (см. рис. 3.19, а) описываются дифференциальным уравнением
Рис. 3.20. Функциональная схема (а) и механические характеристики (б)
электропривода постоянного тока с ИЕП, обеспечивающего
регулирование скорости и момента двигателя
где Тв = Lв/Rв — постоянная времени цепи обмотки возбуждения; LB, RB — индуктивность и активное сопротивление цепи обмотки возбуждения;
Т'м = J/Kkс — электромеханическая постоянная времени электропривода.
Переходные процессы привода определяются процессами, протекающими в обмотке возбуждения двигателя, и из-за ее большой инерционности быстродействие электропривода не может быть высоким.
Характер переходных процессов при управляющих и возмущающих воздействиях зависит от соотношения постоянных времени Т'м и Тв и может быть апериодическим (при Т'м > 4 Тв) и колебательным (при Т'м < 4Тв).
При введении положительной обратной связи по току возбуждения двигателя (рис. 3.20, а) дифференциальное уравнение системы принимает вид:
.
Как видно, положительная связь по току возбуждения двигателя снижает коэффициент при первой производной скорости, что повышает колебательность переходных процессов и в большей степени, чем выше значения коэффициентов ky и kТ.
Достоинством электропривода с ИЕП является его простота, а недостатками — плохие массо-габаритные показатели, особенно при больших мощностях двигателя, и низкое быстродействие. Поэтому такие электроприводы целесообразно использовать в механизмах небольшой мощности с относительно высокими инерционными массами и не требующих высокого быстродействия.