3.1.2. Система стабилизации скорости с отрицательной обратной связью по напряжению и положительной по току

При данном виде обратной связи уравнение для в системе уравнений (3.1) необходимо записать в виде

Решая систему уравнений (3.1) относительно угловой скорости вращения , получим

. (3.6)

Уровень стабилизации скорости в замкнутой системе с отрицательной обратной связью по напряжению и положительной по току как ошибка определяется вторым слагаемым в выражении (3.6)

(3.7)

Требуемый коэффициент усиления усилителя через заданную ошибку определяется выражением

и через требуемый статизм и диапазон регулировки

(3.8)

Задающий сигнал U_З

(3.9)

Комбинация связей по напряжению и току получила распространение в виде обратной связи по ЭДС двигателя, когда (см.(3.6)). Датчиком

противо-ЭДС двигателя является уравновешенный тахометрический мост, у которого R₁R₃=R₂R_Д (рис.3.2).

Рис.3.2. Функциональная схема электропривода с отрицательной обратной связью по ЭДС двигателя

Напряжение обратной связи по ЭДС (см.3.3.3)

Уравнение электромеханической характеристики

Требуемый коэффициент усиления усилителя

(3.10)

Обратная связь по ЭДС двигателя обеспечивает стабилизацию его скорости с точностью более низкой, чем обратная связь по скорости, осуществляемая с помощью тахогенератора. Используется такая связь при невозможности или нежелательности установки тахогенератора, например, когда выбранный двигатель соизмерим по мощности с тахогенератором.

3.2. Системы стабилизации скорости электропривода постоянного тока с ограничением тока (момент)

При резком изменении задающего напряжения в замкнутых системах электропривода сигнал управления в первый момент времени значительно превышает свое установившееся значение. Это приводит к увеличению напряжения на выходе преобразователя, что в свою очередь может привести к возрастанию тока якоря двигателя до недопустимых значений. Следовательно, требуется введение ограничения тока (момента) двигателя.

Ограничение тока двигателя в рассматриваемых системах электропривода осуществляется с помощью отрицательной обратно связи по току, которая включается при достижении током якоря своего предельного значения. Отрицательная обратная связь по току снижает напряжение на выходе преобразователя и таким образом ограничивает увеличение тока якоря двигателя. Эта связь называется задержанной обратной связью или отсечкой по току.

Ограничение тока двигателя необходимо в приводах механизмов, работающих с резко переменной нагрузкой или на упор (например, в экскаваторах).

Задержанная обратная связь осуществляется введением в цепь обратной связи нелинейного элемента, статическая характеристика которого изображена внутри прямоугольника, обозначающего датчик обратной связи на рис.3.3, где U_ТО – напряжение токовой отсечки, пропорциональное току якоря; I_ОТС – ток отсечки, при котором начинается ограничение тока (ток отсечки).

Напряжение U_ТО отрицательной обратной связи по току

Уравнение электромеханической характеристики в системах с задержанной обратной связью по току и при отсутствии других обратных связей имеет следующий вид:

при I < I_ОТС

при I ≥ I_ОТС

Уравнение электромеханической характеристики в системах с задержанной обратной связью по току и с отрицательными обратными связями по скорости и напряжению имеет вид:

при I < I_ОТС (3.11)

при I ≥ I_ОТС (3.12)

Электромеханическая характеристика электропривода с задержанной обратной связью по току имеет два участка (рис.3.4.): первый – участок стабилизации скорости (при I < I_ОТС); второй – участок ограничения тока (момента) (при I ≥ I_ОТС).

Реализация нелинейной характеристики обратной связи (рис.3.3) осуществляется с помощью опорного напряжения и диода (рис.3.5.а) или стабилитрона (рис.3.5.б).

Изменение величины тока отсечки I_ОТС можно осуществить путем изменения опорного напряжения U_ОП.

Рис.3.3. Функциональная схема электропривода с задержанной обратной связью по току.

Рис.3.4. Электромеханическая характеристика электропривода с задержанной обратной связью по току.

Рис.3.5. узлы задержанных обратных связей по току: а) с использованием опорного напряжения и диода; б) с использованием стабилитрона

Ограничение тока в электроприводе постоянного тока можно получить путем использования нелинейных характеристик типа “насыщение” промежуточных усилителей.

Функциональная схема такой системы приведена на рис.3.6. Статическая характеристика усилителя А₁ изображена внутри прямоугольника, обозначающего усилитель А₁.

Рис.3.6. Функциональная схема электропривода с ограничением тока за счет нелинейной характеристики усилителя А₁.

В установившихся режимах, когда усилитель А₁ работает на линейном участке характеристики, уравнение электромеханической характеристики имеет вид:

(3.13)

где К_У1, К_У2 – коэффициенты усиления усилителя А₁ и А₂;.

К_Т – коэффициент передачи отрицательной обратной связи по току.

При повышении нагрузки до I_ОТС и снижении скорости (U_C уменьшается, U_У - увеличивается) усилитель А₁ насыщается и дальнейшее действие обратной связи по скорости исключается. В этом случае остается отрицательная связь по току, которая и ограничивает ток, уменьшая разность U_У1 – U_T на выходе усилителя, а следовательно, и ЭДС преобразователя.

Уравнение электромеханической характеристики при этом имеет вид:

(3.14)

где U_ОГР – напряжение ограничения на выходе усилителя А₁, которое является задающим напряжением для внутреннего токового контура.

Токовый контур является системой стабилизации тока. Уравнение тока можно получить из (3.14):

(3.15)

Первое слагаемое уравнение является током стопорения I_СТ, а второе – отклонение тока от I_СТ под действием угловой скорости вращения, которая в токовом контуре является возмущающим воздействием.

Уровень стабилизации тока определяется коэффициентом отрицательной обратной связи по току, значение которого можно получить из первого слагаемого уравнения тока:

(3.16)

Так как второе слагаемое в уравнении для К_Т величина небольшая (за счет малого и большого К_У2К_П), то величина коэффициента обратной связи по току К_Т определяется величиной U_ОГР и требуемым током стабилизации.