Замкнутая система управления тиристорный преобразователь – двигатель с обратной связью по току и скорости

Для получения жестких характеристик, необходимых для регулирования скорости, и мягких характеристик, требуемых для ограничения тока и момента, то есть для регулирования координат, применяются ОС по току и скорости.

В схеме с нелинейными ОС для обеспечения не линейности цепей ОС используются узел тока ограничения(УТО) и узел ограничения скорости (УСО).

График

В зоне 1 в диапазоне токов от 0 до ω_отс действует только ОС по скорости, обеспечивая жестки характеристики. В зоне 2 при I_я>I_отс вступает в действие ОС по току и характеристика становится мягкой. При дальнейшем увеличении тока и падении скорости ниже скорости отсечки, перестает действовать ОС по скорости, а за счет действия ОС по току характеристика становиться еще мягче.

Зона 3, таким образом, обеспечивает ограничение по току и моменту.

После формирования требуемых статических характеристик может оказаться, что динамические характеристики не приемлемы, т.к. движение переходных процессов может оказаться не устойчивым. В этом случае требуется коррекция законов управления, т.е. использование корректирующих устройств, позволяющих изменить характеристики электропривода.

Схема подчиненного регулирования

Это система с последовательным включением контуров регулирования, число которых должно быть равно числу регулируемых величин. На вход каждого регулятора подается сигнал с предыдущего каскада, соответствующий заданному уровню регулируемой величины, и сигнал с выхода, соответствующий отработанному уровню. Каждый предыдущий каскад является задающим для последующего. Контур регулирования строится так, чтобы иметь одну большую постоянную времени, в этом случае можно использовать однотипные регуляторы.

Структурная схема подчиненного регулирования:

Техническая реализация управляющих устройств электропривода весьма разнообразна. Устройства управления по характеру преобразования сигнала делятся на аналоговые и дискретные. Для аналоговых устройств характерно использование функциональной зависимости между входным и выходным сигналами. При этому входной сигнал может принимать любые сигналы.

Аналоговые(управляемые выпрямители, преобразователи частоты)

Дискретный элемент может иметь 2 уровня выходного сигнала нулевой и максимальный, который появляется и исчезает при достижении входным сигналом определенного значения.

Дискретные(логические элементы, бесконтактные реле)

Схема ЭП с подчиненным регулированием координат

Система подчиненного регулирования состоит из 2х контуров контроля тока и скорости. Причем контур тока подчиняется контуру скорости. Эта подчиненность выражается в том, что заданное значение регулируемой переменной внутреннего контура, т.е. контура тока, определяется выходным сигналом с регулятора скорости. Каждый контур строится по принципу отклонения по ошибке, и имеет жесткую отрицательную ОС по регулируемой величине и свой регулятор.

Настройку контура приводят, таким образом, чтобы получить технически оптимальный переходной процесс, эта настройка получила название «на технически оптимум».

Технически оптимальным считается процесс, при котором время переходного процесса, при изменении регулируемой величины от 0 до установившегося значения, было бы минимально возможным при перерегулировании не превышающим 4-10% от допустимого значения:

Основным условием при выборе параметров регулятора является желаемый характер переходных процессов при регулировании координат. Из всех видов обычно выбирается график с затухающими колебаниями, который обеспечивает устойчивые переходные процессы при небольших длительностях, т.е. Δx=x_max-x_уст , Δx=4,3% от установившегося значения, а время переходного процесса определяется

t_пп=4,1T_п

где Т_п – электромагнитная постоянная времени тиристорного преобразователя. Т_п=0,01с - технический оптимум.

В цепь ОС регулятора скорости включены стабилитроны, в результате выходное напряжение регулятора скорости, являющимся задающим сигналом для контура тока, ограничивается, тем самым ток и момент двигателя не могут превзойти заданного уровня.

Особенностью механической характеристик системы подчиненного регулирования является наличие зоны 1 – вертикальный участок обеспечивающий ограничение тока и момента, жесткость механических характеристик на участке 2 в зависимости от соотношения 2х постоянных времени Тм (электромеханическая постоянная двигателя) и Тп (электромагнитная постоянная ТП)

График

Ускорение электропривода будет зависеть от момента инерции и статического момента, при достижении заданной угловой скорости и сигнала ОС по скорости регулятор выйдет из зоны ограничения и будет уменьшать задающий сигнал на регулятор тока, т.е. Uзт, определяемый нагрузкой.

При перегрузке и стопорений резко снизится скорость, и электропривод будет работать с постоянным допустимым значением момента. Изменяя уровень ограничения Uзт, можно менять значения этого момента.

Ограничение тока двигателя при пуске и торможении в системе подчиненного регулирования обычно достигаются не ограничением выходного сигнала с регулятора скорости, а применением задатчика интенсивности по средствам, которого сигнал задания скорости изменяется не скачком, а линейно во времени до требуемого уровня.

Недостаток системы с подчиненным регулированием является уменьшение быстродействия системы по мере роста числа контуров регулирования, поэтому используются 3-4 последовательных контура.

В этих схемах используются и другой критерий настройки регуляторов на симметричный оптимум, который позволяет получить еще более жесткие характеристики на участке 2.

В этом случае переходной процесс характеризуется большим перерегулированием, достигающим Δx=55%. При этом регулятор скорости (РС) выполняется как ПИ-регулятор и время переходного процесса определяется значением:

t_пп=15,5·Т_п