- •Курс лекций
- •Введение. Классификация суэп
- •1. Типовые узлы и схемы разомкнутых релейно-контактных суэп
- •1.1. Общие сведения
- •1.2. Типовые узлы статорных цепей, обеспечивающие пуск асинхронных и синхронных электродвигателей
- •И синхронных электродвигателей
- •1.3. Узлы роторных цепей асинхронных электродвигателей
- •Ротора асинхронного электродвигателя
- •1.4. Узлы роторных цепей синхронных электродвигателей
- •С глухо подключенным возбудителем
- •1.5. Узлы силовых цепей электродвигателей постоянного тока, обеспечивающие их пуск и торможение
- •Постоянного тока
- •1.6. Типовые схемы управления асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором
- •Электродвигателем с короткозамкнутым ротором
- •С короткозамкнутым ротором
- •1.7. Основные принципы построения систем реостатного ступенчатого пуска и торможения электроприводов
- •При реостатном ступенчатом пуске электродвигателей
- •1.8. Типовые узлы и схемы реостатного ступенчатого пуска и торможения электродвигателей, работающие по принципу времени
- •С фазным ротором в функции времени
- •В функции времени: а – упрощенная схема управления;
- •С независимым возбуждением при динамическом торможении в функции времени: а – принципиальная электрическая схема;
- •Короткозамкнутого электродвигателя в функции времени
- •1.9. Узлы пуска и торможения электродвигателей, работающие по принципу скорости
- •Электродвигателем с торможением противовключением в функции скорости
- •Скорости: а - принципиальная электрическая схема;
- •И напряжения Uя во времени
- •Постоянного тока в функции скорости
- •1.10. Узлы пуска и торможения электродвигателей, работающие по принципу тока
- •Постоянного тока в функции тока
- •С подключением возбудителя в функции тока статора
- •2. Разомкнутые суэп с бесконтактными преобразовательными устройствами
- •2.1. Общие сведения
- •С естественной коммутацией
- •Тиристорным преобразователем:
- •2.2. Основные варианты регулируемых электроприводов переменного и постоянного тока
- •2.2.1. С тиристорным регулятором переменного напряжения (трн) в цепи статора асинхронного электродвигателя (рис. 2.4)
- •2.2.2. С тиристорными ключевыми элементами в цепи ротора
- •2.2.3. С частотным регулированием асинхронных и синхронных электродвигателей (рис. 2.6)
- •Преобразователь частоты
- •Тока и широтно-импульсной модуляцией.
- •2.2.4. С вентильным преобразователем в якорной цепи электродвигателя постоянного тока
- •Преобразователем
- •2.2.5. С питанием электродвигателя от источника тока
- •По системе ит - д
- •2.2.6. С импульсным преобразователем в цепи постоянного тока
- •Постоянного тока: а) электрическая схема включения; б) графики тока и напряжения двигателя
- •В двигательном и тормозном режимах
- •3. Замкнутые суэп постоянного тока с общим суммирующим регулятором
- •3.1. Общие сведения
- •3.3. Система электропривода с обратными связями по угловой скорости и по току с отсечкой, её свойства в статике
- •По угловой скорости и по току с отсечкой
- •С отсечкой по току
- •3.4. Переходные и установившиеся режимы суэп с обратными связями по угловой скорости и току
- •3.4.1. Свойства электропривода в статике с астатическим (пи) регулятором
- •3.4.2. Свойства электропривода в статике с астатическим (пи) регулятором
- •3.5. Замкнутая суэп постоянного тока со стабилизацией момента
- •Моменту м; крм – коэффициент усиления регулятора момента;
- •С обратной связью по моменту.
- •4. Суэп постоянного тока с подчиненным регулированием
- •4.1. Общие сведения
- •С ограничением выходного сигнала.
- •4.2. Математическая модель двухконтурной суэп с подчиненным регулированием
- •С подчиненным регулированием
- •4.3. Оптимальные настройки регуляторов
- •4.3.1. Настройка системы на модульный (технический) оптимум
- •На модульный оптимум
- •Регулирования тока
- •4.3.2. Настройка системы на симметричный оптимум
- •4.4. Суэп с двухзонным регулированием скорости
- •Регулирования возбуждения
- •От управляющего сигнала в статике
- •4.5.2. Двукратноинтегрирующая суэп с пи регуляторами тока и угловой скорости
- •4.5.3. Однократноинтегрирующая суэп с пи регулятором тока и обратной связью по эдс вращения (напряжению)
- •Для расширения диапазона регулирования и стабилизации скорости используют замкнутые суэп с отрицательной обратной связью по скорости.
- •5.2. Система регулирования угловой скорости асинхронного электропривода изменением напряжения питания
- •Р ис. 5.1. Принципиальная схема сар угловой скорости асинхронного электродвигателя изменением напряжения питания
- •Асинхронного электродвигателя изменением напряжения питания
- •Значениях задающего напряжения uз
- •Напряжения питания um uном.
- •5.3. Система управления асинхронным электродвигателем с импульсным регулированием сопротивления в роторной цепи
- •С импульсным регулированием сопротивления в цепи ротора
- •5.4. Суэп с электромагнитной муфтой скольжения
- •И отрицательной обратной связью по скорости
- •5.5. Суэп переменного тока с частотным регулированием скорости
- •5.5.1. Общие сведения
- •5.5.2. Асинхронный электродвигатель как объект регулирования
- •5.6. Варианты суэп переменного тока с частотным регулированием
- •5.6.1. Система частотного регулирования с функциональным преобразователем и регуляторами тока и напряжения статора
- •С функциональным преобразователем
- •5.6.2. Система частотного регулирования с обратными связями по скорости и эдс статора
- •С обратными связями по скорости и эдс статора
- •5.6.3. Система частотно-токового управления асинхронным приводом
- •5.7. Системы векторного управления ад с короткозамкнутым ротором
- •5.8. Суэп с асинхронными каскадами
- •5.8.1. Варианты и общие характеристики каскадов
- •Вентильного каскада: 1 – естественная характеристика;
- •5.8.2. Система управления авк с отрицательной обратной
- •Связью по скорости и положительной обратной связью
- •По выпрямленному току ротора
- •Функциональная схема такой суэп, аналогичная системам регулирования скорости дпт с независимым возбуждением, приведена на рис. 5.19.
- •Оос по угловой скорости и пос по выпрямленному току ротора
- •5.8.3. Система управления авк с подчиненным регулированием
- •Управления авк с подчиненным регулированием
- •5.9. Системы автоматического управления синхронных электроприводов
- •5.9.1. Основные задачи регулирования синхронных приводов
- •5.9.2. Система регулирования возбуждения сд с тиристорным возбудителем и общим регулятором
- •С тиристорным возбудителем и общим регулятором
- •5.9.3. Система подчиненного регулирования тока возбуждения сд
- •Регулирования тока возбуждения сд
- •5.10 Система управления электроприводом с вентильным двигателем
- •С вентильным двигателем
- •6. Следящие электроприводы
- •6.1. Общие сведения
- •6.2. Примеры простейших следящих электроприводов
- •6.2.1. Следящий электропривод с непрерывным управлением Вариант такого электропривода приведен на рис. 6.1.
- •6.2.2. Релейный следящий электропривод
- •6.2.3. Импульсный следящий электропривод
- •Трансформатора tv и Uк на обмотке электромагнитного поляризованного реле к;
- •6.2.4. Следующий электропривод с шаговым электродвигателем
- •Электродвигателем
- •6.3. Анализ свойств следящих электроприводов в статике и переходных режимах
- •6.3.1. Следящая суэп с обратной связью по выходной величине
- •6.3.2. Следящий электропривод с дополнительной обратной связью по первой и второй производным от выходной величины
- •Пропорционального ускорению выходного вала
- •6.3.3. Следящий электропривод с пропорционально-дифференциальным законом регулирования
- •6.3.4. Следящий электропривод с пропорционально-интегральным регулятором
- •6.3.5. Следящий электропривод с комбинированным управлением (с коррекцией по возмущающему воздействию)
- •6.3.6. Сравнение рассмотренных вариантов следящих электроприводов
- •7. Системы программного управления электроприводов
- •7.1. Общие сведения. Классификация
- •7.2. Примеры систем программного управления
- •7.2.1. Позиционная спу
- •7.2.2. Контурная система с чпу
- •8. Оптимальные и адаптивные суэп
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Примеры оптимальных и адаптивных суэп
- •8.2.1. Оптимальная суэп турбокомпрессора
- •Статических режимов электропривода турбокомпрессора
- •8.2.2. Адаптивный регулятор тока для вентильного электропривода постоянного тока
- •С адаптивным регулятором
- •9. Применение средств микропроцессорной техники в системах управления электроприводов
- •9.1. Общие сведения. Задачи микропроцессорного управления электроприводами
- •9.2. Применение программных логических контроллеров (плк) в системах управления электроприводов
- •9.3. Применение программируемых регулирующих контроллеров в электроприводах
- •9.4. Примеры алгоритмов цифрового управления
- •10. Основы проектирования суэп
- •10.1. Общие сведения
- •10.2. Основные этапы проектирования суэп
- •Систем управления:
- •Регуляторами и параллельным управлением; в) ‑ с раздельными регуляторами и подчиненным управлением
- •Устройств, работающих на постоянном токе
- •Этап 5: Разработка проектной документации
6.3.4. Следящий электропривод с пропорционально-интегральным регулятором
В такой системе напряжения Uу на выходе регулятора Р (рисунок 6.5) будет иметь помимо пропорциональной составляющей Kр интегральную составляющую
т. е.
,
а уравнение для напряжения Uм на зажимах электродвигателя будет иметь вид:
.
Остальные уравнения системы (6.1) останутся без изменений.
Исключая промежуточные переменные, получаем зависимость ошибки от задающего и возмущающего воздействий:
.
Полагая р= 0, получаем, что статическая ошибка ст = 0.
Полагая рвх=вх=const и р=0, получаем, что скоростная составляющая ошибки в системе также равна нулю ск = 0.
Таким образом, введение интегральной составляющей в закон регулирования устраняет ошибку в установившемся режиме, т.е. делает следящую систему астатической.
6.3.5. Следящий электропривод с комбинированным управлением (с коррекцией по возмущающему воздействию)
Для компенсации возмущающего воздействия (момента сопротивления Мс на валу электродвигателя) в управляющее напряжение Uу вводят составляющую, пропорциональную току Ic:
Напряжение питания электродвигателя Uм в этом случае будет равно:
Остальные уравнения системы (6.1) останутся теми же.
Исключая промежуточные переменные, получаем:
При р=0 статическая ошибка будет равна:
Нетрудно видеть, что при статическая ошибка ниже, чем в системе без коррекции по возмущающему воздействию (при кi=0).
Теоретически при коэффициенте интенсивности воздействия по возмущению статическая ошибка становится равной нулю.
На величину скоростной составляющей ошибки коррекция по возмущению влияния не оказывает.
6.3.6. Сравнение рассмотренных вариантов следящих электроприводов
Основные показатели рассмотренных электроприводов приведены в таблице 6.1.
Таблица 6.1. Основные показатели рассмотренных вариантов
следящих электроприводов
Вариант электропривода |
Статическая ошибка ст |
Скоростная ошибка ск |
Собственный оператор |
Коэффициент демпфирования колебаний х |
1 С обратной связью (ОС) по выходной величине |
|
|
|
|
2 С дополнительной ОС по 1-й производной от выходной величины |
|
|
|
|
3 С дополнительной ОС по 2-ой производной от выходной величины |
|
|
|
|
4 С ПД – регулятором |
|
|
|
( )Х0 |
5 С ПИ – регулятором |
0 |
0 |
|
- |
6 С дополнительным воздействием по возмущению |
|
|
|
Х0 |
На основании таблицы можно сделать следующие основные выводы:
а) точность слежения определяется тремя составляющими ошибки:
статическая ст после окончания переходного процесса);
скоростная, которая имеет место в следящем электроприводе после окончания переходного процесса;
дополнительная, возникающая в переходных процессах;
б) во всех вариантах следящих электроприводов, кроме 5, величины статической и скоростной ошибок можно уменьшить путем увеличения общего коэффициента разомкнутой системы;
в) увеличение общего коэффициента усиления к разомкнутой системы снижает величину коэффициента демпфирования (для всех вариантов кроме 5), что ухудшает переходной процесс, увеличивая перерегулирование и колебательность. В результате увеличивается дополнительная составляющая ошибки в переходных режимах. Этим ограничивается возможность снижения суммарной ошибки путем увеличения коэффициента усиления к;
г) отрицательная обратная связь по первой производной от выходной величины (вариант 2), не оказывая влияния на величину статической ошибки, увеличивает скоростную ошибку. Но одновременно увеличивается коэффициент демпфирования, что улучшает переходной процесс и снижает дополнительные ошибки в переходных режимах;
д) положительная обратная связь по второй производной от выходной величины (вариант 3) не оказывает влияния на величины статической и скоростной ошибок, увеличивает коэффициент демпфирования, что улучшает переходной процесс и снижает дополнительные составляющие ошибок в переходных процессах. Это дает возможность путем увеличения общего коэффициента к разомкнутой системы снизить статическую и динамическую составляющие ошибки, сохранив удовлетворительным переходной процесс.
е) замена пропорционального регулятора пропорционально-дифференциальным аналогична предыдущему, т.е. статическая и скоростная составляющие ошибки не изменяются, но коэффициент демпфирования увеличивается. Это позволяет снизить статическую и скоростную составляющие ошибки слежения увеличением к, сохранив благоприятный характер переходных процессов.
ж) применение ПИ-регулятора устраняет статическую и скоростную составляющие ошибки (делает систему астатической). Вместе с тем, повышается порядок уравнения динамики. Поэтому влияние интегральной составляющей на качество переходных процессов требует дополнительных исследований.
з) введение дополнительного воздействия по возмущению (вариант 6) позволяет уменьшить или полностью устранить статическую ошибку. На величину скоростной составляющей ошибки и на коэффициент демпфирования воздействие по возмущению влияния не оказывает.