5. Начертите структурную схему автоматизированного электропривода в виде совокупности силовых и управляющих элементов. Приведите классификацию элементов автоматизированного электропривода.

Под термином «элемент» автоматизированного электропри­вода понимается входящее в него устройство выполняющее определенную функцию управления, в соответствии с которой входное воздействие элемента преобразуется в выходное.

АЭП можно представить в виде совокупности силовых и управляющих элементов (рисунок 1). Силовые элементы преобра­зуют, регулируют и приводят к рабочему органу (РО) механизма основной поток энергии, к ним относятся: управляемые преобразова­тели энергии (УПЭ), электродвигатели (М), передаточные меха­низмы (ПМ), рабочие органы машин и механизмов. Управляющие элементы формируют, преобразуют и подводят сигналы управления к силовым элемен­там.

Рисунок 1 - Структурная схема автоматизированного электропривода в виде совокупности

силовых и управляющих элементов

Управляющие элементы можно разделить на две группы:

1. элементы систем управления вентилями УПЭ, которые преобразуют сигнал управления с выхода системы автоматиче­ского управления (САУ) в открывающие импульсы;

2. элементы САУ, формирующие задающие и управляющие воздействия и определяющие статические и динамические свой­ства АЭП.

По функциональному признаку элементы второй группы де­лятся на следующие виды:

• регуляторы (Р), которые вычисляют разность сигналов за­дания и обратной связи (рассогласование) и на её основе форми­руют управляющее воздействие, приводящее регулируемую ко­ординату к заданному значению;

• датчики (Д), преобразующие управляемую координату в электрический сигнал, используемый как сигнал обратной связи;

• задающие элементы (ЗЭ), которые формируют задающие воз­действия, определяющие технологическую программу работы АЭП;

• согласующие элементы (СЭ), которые согласуют выходные и входные координаты соединяемых элементов по роду тока, виду и уровню сигналов и т.п.

5. Начертите схемы пропорционального, интегрального и пропорционально-интегрального регуляторов и их временные диаграммы работы.

Регулятор выполняет вычисление рассогласования (разность между сигналом задания и сигналом обратной связи) и его пре­образование в управляющее воздействие в соответствии с опре­деленной математической операцией.

В САУ используются в основном следующие типы регуляторов: пропорциональный (П), интегральный (И) и пропорционально-интегральный (ПИ). В зави­симости от вида преобразуемых сигналов различают аналоговые и цифровые регуляторы.

Аналоговые регуляторы (АР) реализуют­ся на основе операционных усилителей, цифровые — на основе специализированных вычислительных устройств или микропро­цессоров. Аналоговые регуляторы преобразуют только аналого­вые сигналы, являющиеся непрерывными функциями времени. При прохождении через АР преобразуется каждое мгновенное значение непрерывного сигнала.

Для реализации АР операционный усилитель (ОУ) включает­ся по схеме суммирующего усилителя с отрицательной обратной связью. Тип регулятора и его передаточная функция определя­ются схемой включения резисторов и конденсаторов в цепях на входе и в обратной связи ОУ.

Пропорциональный регулятор (П-регулятор) реализуется при включении в цепь обратной связи ОУ резистора с сопротивлением R_ос. Этот регулятор характеризуется коэффициентом пропорциональности к, который может быть равен как больше, так и меньше единицы.

Интегральный регулятор (И-регулятор) реализуется при включении в цепь обратной связи ОУ конденсатора С_ос. Этого тип регулятора характеризуется постоянной времени Т.

Пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор) реализуется при включении в цепь обратной связи ОУ резистора с сопротивлением R_ос и конденсатора С_ос. Такой регулятор характеризуется следующими параметрами: коэффициентом пропорциональности к и постоянной времени Т.

Для всех типов регуляторов в схеме реализации имеется входное сопротивление R_1.

Схемы реализации регуляторов, зависимость напряжения на выходе регулятораU_вых от входного U_вх и их графическое изображение, а также формулы для нахождения параметров регуляторов приведены в таблице 1

Таблица 1 - Регуляторы

5. Объясните, для чего предназначены датчики тока, какие к ним предъявляются требования. Приведите функциональные схемы электропривода постоянного тока с трансформаторным датчиком тока и датчиком тока на основе шунта.

Датчики тока (ДТ) предназначены для получе­ния информации о силе и направлении тока двигателя. К ним предъявляют следующие требования:

• линейность характеристики управления в диапазоне от 0,1I_ном до 5I_ном не менее 0,9;

• наличие гальванической развязки силовой цепи и системы управления;

• высокое быстродействие.

Датчик координат АЭП структурно может быть представлен в виде последовательного соединения измерительного преобра­зователя (ИП) и согласующего устройства (СУ) (рисунок 1). Изме­рительный преобразователь преобразует координату х в электри­ческий сигнал напряжения и (или тока i), пропорциональный х. Согласующее устройство осуществляет преобразование выход­ного сигнала и ИП в сигнал обратной связи u_ос, который по ве­личине и форме удовлетворяет САУ.

Рисунок 1 – Структурная схема датчика координат АЭП

В качестве измерительных преобразователей в ДТ использу­ются трансформаторы тока, дополнительные (компенсационные) обмотки сглаживающих дросселей, элементы Холла, шунты.

Широкое распространение для измерения тока двигателей получили датчики тока на основе шунтов. Шунт представляет собой четырехзажимный резистор с чисто активным сопротив­лением R_ш (безындуктивный шунт), к токовым зажимам кото­рого подключается силовая цепь, а к потенциальным — измери­тельная. (рисунок 2)

Д ля ослабления влияния шунта на прохождение тока в цепи двигателя его сопротивление должно быть минимальным. Номи­нальное падение напряжения на шунте составляет обычно 75 мВ, поэтому его необходимо усилить с помощью усилителя У. Так как шунт имеет потенциальную связь с силовой цепью, датчик тока должен содержать устройство гальваниче­ской развязки (УГР). В качестве таких устройств применяются транс­форматорные и оптоэлектронные устройства.

Рисунок 2 – Схема включения датчика тока на основе шунта

ДТ на основе трансформаторов тока в основном используют­ся в АЭП постоянного тока для измерения тока двигателей при питании их от симметричных мостовых однофазных и трехфаз­ных выпрямителей. Для однофазного выпрямителя (рисунок 3) используется один трансфор­матор тока (ТА1), а для трехфазного — три трансформатора, включенных в звезду. Для обеспечения режима работы трансформаторов тока, близкого к режиму короткого за­мыкания, их вторичные обмотки нагружаются низкоомными ре­зисторами R_ТТ (0,2...1,0 Ом). Преобразование переменного напряжения вторичных обмоток осуществляется выпрямителем VD1...VD4 .

Рисунок 2 – Схема включения датчика тока на основе трансформатора тока

5. Приведите функциональную схему датчика ЭДС якоря, объясните принцип её действия.

При невысоких требованиях к диапазону регу­лирования скорости (до 50) в качестве главной обратной связи в электроприводе применяется обратная связь по ЭДС. Принцип действия датчика ЭДС якоря основан на вычисле­нии ЭДС двигателя.

Функциональная схема датчика ЭДС представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Функциональная схема датчика ЭДС якоря

Для измерения напряжения якоря используется делитель на резисторах R2, R3 . Для измерения тока якоря двигателя используется дополнительная обмотка L1.2 сглаживающего дросселя. Напряжение и_я через делитель, RС-фильтр и повторитель А1 подается на сумматор А2. На вход сумматора А2 подается также сигнал, пропорциональный падению напряжения на обмотке якоря R_я._ц ∙i_я.

Выражение выходного напряжения u_дэ усилите­ля А2 для установившегося режима работы имеет вид

где к_дэ – коэффициент передачи датчика ЭДС,

е_я – ЭДС якоря.

Для получения сигнала пропорционального напряжению на якоре двигателя резистивный делитель напряжения можно также включить по следующей схеме

Рисунок 2 – Схема включения датчика напряжения

Выходное напряжение делителя равно

Датчик напряжения помимо делителя может содержать также устройства гальванической развязки и

усилитель.