Система регулирования скорости вращения двигателей

Н а рис. 5 показана упрощенная обобщённая схема регулирования скорости вращения вала некоторого двигателя. Скорость вращения воспринимается датчиком скорости (тахометром) и преобразуется в измерительный сигнал, поступающий в логическое устройство управление, которое на основе оценки состояния объекта управления определяет необходимое управляющее воздействие. Управляющее воздействие подаётся на исполнительный механизм, который имеет в своём составе регулирующий подачу рабочего тела или топлива клапан и его привод, обеспечивающий необходимые перемещения клапана.

Система обеспечивает автоматическую стабилизацию скорости вращения выходного вала двигателя независимо от нагрузки на валу. Регулирование происходит за счет соответствующего изменения подачи топлива (или рабочего тела) в двигатель. Подобные системы используются для двигателей внутреннего сгорания, для газовых турбин (например, реактивный двигатель самолёта, для гидравлических турбин и др.).

Автоматизированный электропривод

П ример электромеханической системы регулирования скорости вращения вала электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения показан на рис. 6.

Объектом управления в этой системе является электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения Д. Управляемая величина  скорость вращения (t) вала двигателя. Использован способ регулирования скорости путем изменения напряжения Uд в цепи якоря двигателя.

Напряжение питания двигателя Uд формируется регулируемым источником напряжения РИН, который может быть выполнен на основе электронной тиристорной или транзисторной схемы, а также в виде различных электрических машин (генератор постоянного тока, электромеханический усилитель ЭМУ или электромагнитный усилитель). Напряжением на выходе РИН можно управлять, изменяя входное напряжение управления Uу.

Для получения информации о текущем значении скорости (t) вращения вала электродвигателя используется тахогенератор Тг (датчик скорости), вал которого кинематически соединён с валом электродвигателя. Выходное напряжение тахогенератора Uтг пропорционально скорости вращения его вала.

Напряжение тахогенератора Uтг (измерительный сигнал) сравнивается с напряжением задания Uз, значение которого устанавливается потенциометром Rз. Результатом сравнения будет сигнал ошибки (или отклонения)

ΔU = Uз - Uтг.

Сигнал ошибки подаётся на вход усилителя, на выходе которого формируется напряжение Uу управления для РИН. Таким образом, усилитель будет определять связь управляющего воздействия с величиной изменения скорости вращения вала электродвигателя.

Если в установившемся режиме вращения вала электродвигателя с постоянной скоростью, например, вследствие изменения нагрузки на валу, изменится скорость вращения вала (например, уменьшится), то уменьшится напряжение на выходе тахогенератора и возрастёт сигнал ошибки.

Увеличение сигнала ошибки приведёт к увеличению напряжения Uу управления РИН и к увеличению напряжения Uд, подаваемого на якорь электродвигателя. При этом скорость вращения вала электродвигателя увеличится и восстановится её прежнее значение, существовавшее до увеличения нагрузки. Электродвигатель будет работать с постоянной скоростью вращения вала при автоматически изменяющемся в зависимости от нагрузки напряжении питания якоря.

Скорость вращения вала электродвигателя в системе будет определяться величиной напряжения задания Uз. Изменяя это напряжение с помощью потенциометра Rз, можно дистанционно регулировать скорость вращения вала электродвигателя. Установленное значение скорости вращения будет автоматически поддерживаться регулятором независимо от изменения нагрузки на валу. В рассматриваемой системе происходит автоматическая стабилизация скорости вращения вала электродвигателя.