7. Системы регулирования скорости эим

Скорость движения рабочих органов исполнительных механизмов (РО ИМ) – одна из основных управляемых координат в электромеханических СУИМ. Управление угловой или линейной скоростью движения РО осуществляется посредством электрических исполнительных механизмов (ЭИМ) переменной скорости. При этом для регулирования потоков жидкостей, газов и сыпучих материалов ряд ЭИМ переменой скорости работает по принципу дросселирования, изменяя сечение потока (ЭИМ клапанов, кранов, шиберов и др.). Другие работают по принципу объемного регулирования, изменяя скорость перемещения потока (ЭИМ насосов, компрессоров, вентиляторов и др.). В качестве приводов ИМ применяют как приводы постоянного, так и переменного тока. В последние годы наблюдается устойчивая тенденция применения частотно-регулируемых асинхронных и синхронных электроприводов ИМ. Ниже рассмотрены основные принципы построения и вопросы синтеза некоторых электромеханических систем регулирования скорости.

7.1. Система регулирования скорости “Тиристорный преобразователь - двигатель постоянного тока”

Тиристорные системы автоматического регулирования (САР) скорости электроприводов постоянного и переменного тока в структурном плане представляют собой двухконтурные системы с внешним контуром регулирования скорости и с подчиненным контуром регулирования тока (электромагнитного момента). Применение внутренних контуров САР обеспечивает оптимальное регулирование и простоту ограничения подчиненных координат на допустимых уровнях.

Синтез системы «ТП-Д» скорости осуществляют в 2 этапа.

1. Синтез контура регулирования тока якоря.

Допущение при синтезе: пренебрегаем влиянием обратной связи по э.д.с. двигателя, т.е. полагаем e_д = 0. Допущение вполне оправдано, поскольку изменение скорости (э.д.с.), как правило, происходит гораздо медленнее в сравнении с током якоря. В качестве условия, гарантирующего обоснованность такого пренебрежения, принимают следующее: T_м  10T_ . Если это условие не соблюдается, то пренебрежение влиянием обратной связи по э.д.с. при синтезе приводит к тому, что контур тока якоря становится статическим и электропривод недоиспользуется по перегрузочной способности при пуске и торможении. В этом случае необходимо вводить компенсацию э.д.с. двигателя [11,12].

Структурная схема контура регулирования тока якоря приведена на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Структурная схема контура регулирования тока якоря

Применим типовую методику структурно-параметрического синтеза, рассмотренную выше. Этапы синтеза:

1. Параметрическая декомпозиция объекта управления:

– большие постоянные времени (БПВ): T_э ;

– малые постоянные времени (МПВ): T_тп , T_фрт , T_фдт ;

– эквивалентная малая постоянная времени контура (ЭМПВ):

T_т = T_тп + T_фрт + T_фдт ;

2. Задание критерия качества в виде желаемой передаточной функции разомкнутого контура (настройку замкнутого контура регулирования тока якоря будем осуществлять на технический оптимум – ТО):

3. Синтез структуры и параметров регулятора.

Передаточная функция регулятора тока якоря

Таким образом, структура регулятора тока – ПИ, обеспечивающего компенсацию одной БПВ – T_э .

Параметры регулятора тока:

– коэффициент передачи регулятора

– постоянная времени интегрирования

– постоянная времени изодромного звена T_из = T_э .

Заметим, что здесь лишь 2 независимых параметра, поскольку K_рт = T_из / T_и .

4. Расчет параметров регулятора.

Принципиальная схема регулятора тока на основе операционного усилителя приведена на рис. 7.2. Расчету подлежат значения резисторов R_зт, R_от, R_т и емкости конденсатора C_от . Заметим, что число параметров принципиальной схемы регулятора (их 4) превышает число независимых параметров регулятора, полученных в результате синтеза (их только 2). Очевидно, что необходимо задаться какими-то параметрами, условиями или соотношениями. Будем использовать следующую последовательность расчета параметров:

а) зададимся значением емкости C_от в пределах (1…2)10^-6 Фарады;

Рис. 7.2. Принципиальная схема ПИ – регулятора тока

б) примем, что максимальное напряжение задания, обеспечивающее ограничение тока якоря на допустимом уровне, U_{зт, max} = 10 В, т.е. несколько меньше напряжения насыщения операционных усилителей; фактически заданием этого напряжения мы однозначно определяем величину контурного коэффициента усиления, т.е. 1 / K_т = i_max / U_{зт, max} = i_max / 10 .

в) используем соотношения, справедливые для статических режимов любых операционных усилителей с собственным коэффициентом передачи свыше 20000:

U_{зт, max} / R_зт = U_{дт, max} / R_т = K_т / K_дт .

Тогда порядок расчета резисторов будет следующим:

1. R_от = T_из / C_от = T_э / C_от .

2. R_зт = T_и / C_от = 2 T_т K_тп K_т / R_э C_от = K_т R_т / K_дт ,

откуда R_т = 2 T_т K_тп K_дт / R_э C_от .

3. R_зт = R_т U_{зт, max} / U_{дт, max} , где U_{дт, max} = K_дт i_max , U_{дт, max}  10 В.

Если рассчитанные величины резисторов R_зт и R_т окажутся менее

1 кОм, необходимо изменить соответствующим образом значение C_от .

Примечание: величины резисторов и емкостей выбираются из стандартных рядов.

Передаточная функция синтезированного замкнутого контура регулирования тока якоря (ЗКРТ), настроенного на технический оптимум, имеет вид:

где T_т – постоянная времени замкнутого контура тока якоря, аппроксимированного апериодическим звеном 1-го порядка, . Величина T_т зависит, прежде всего, от пульсности тиристорного преобразователя и обычно находится в пределах 0,005…0,015с.