СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Формирование переходного процесса пуска двигателя в разомкнутой системе преобразователь-двигатель

Прежде чем рассматривать условия формирования пуско­тормозных режимов в современных замкнутых системах элек­тропривода. оценим показатели процессов, возможные в разомк­нутой (без обратных связей) системе преобразователь - двига­тель. Сегодня такой вариант пуска электропривода встречается уже крайне редко. Но его рассмотреть полезно, так как это по­зволит, во-первых, изучить свойства того прототипа электропри­вода, с которым можно сопоставлять эффективность принимае­мых в дальнейшем различных решений, направленных на улуч­шение качества пуско-тормозных процессов и, во-вторых, сфор­мулировать требования к желаемым параметрам силовых эле­ментов электропривода (двигателя, механической передачи, преобразователя) с позиций оптимизации пуско-тормозных ре­жимов.

Функциональная схема, показатели процесса пуска

В разомкнутой (без обратных связей) системе электроприво­да (рис. 2,3 а) якорные обмотки двигателя М постоянного тока независимого возбуждения и генератора G образуют общий кон­тур, а обмотка возбуждения генератора LG контактором КМ мо­жет подключаться к источнику постоянного нерегулируемого на­пряжения возбуждения Ub,

КМ

LM

Рассмотрим процессы пуска в электроприводе, вызванные срабатыванием контактора КМ.

С целью упрощения математических выкладок и максималь­ного обобщения полученных результатов все переменные вели­чины представим в относительных единицах. В качестве базовых значений этих переменных примем: для тока и напряжения на якоре двигателя - их номинальные значения! н и Uh, для скоро­сти вращения двигателя - скорость идеального холостого хода двигателя п0. За базовое значение напряжения на входе преоб­разователя (напряжения возбуждения Ub) взято такое значение приращения его, которое обеспечивает изменение ЭДС преобра­зователя на величину Uh - Считаем, что на время пуска к обмотке возбуждения генератора приложено напряжение U3l по величине

соответствующее установившемуся значению ЭДС преобразова­теля Uh-

Передаточные функции звеньев, записанные в системе от­носительных единиц, представлены на структурной схеме (рис.

2.3 б). Управляемый преобразователь (генератор G) представлен инерционным звеном с постоянной времени Тп. Такое прибли­жение упрощает рассуждения, но не нарушает их общности. В двигателе индуктивность якорной цепи 1_я принимается равной нулю, а учитывается только электромеханическая инерция якоря постоянными времени: механической Тг = J п3 / Мн и электроме­ханической Т*,5 = Тд / КЯц - Момент статической нагрузки считается равным нулю. Здесь J - момент инерции электропривода: п0 - скорость идеального холостого хода двигателя; Мн - его номи­нальный момент; КЯц - кратность тока короткого замыкания си­ловой цепи электропривода.

ЛАЧХ электропривода построены (рис. 2.4 а) для сочетания величин постоянных времени: Тд> Тп > Тм. Показатели процесса пуска, полученные для рассматриваемой модели электроприво­да-

- максимум тока якоря при пуске

^ Км U3 = (Тд / Тп ) U3 ;

- время достижения максимума тока

ty * (3...4)/©1 = (3...4)Тм :

- время переходного процесса пуска электропривода

trm * (3...4)/®2= (3 .4) Тп.

После подключения обмотки возбуждения генератора к ис­точнику постоянного напряжения Ue ток в обмотке возбуздения генератора, его магнитный поток и ЭДС увеличиваются до уста­новившегося значения по экспоненциальному закону с постоян­ной времени Тп (рис. 2.4 б). Из-за механической инерции ско­рость п вращения двигателя М и соответствующая ей ЭДС

двигателя Ед отстают от ЭДС генератора Еп. Увеличивающаяся разница Ер - Ед вызывает рост тока якоря 1я и увеличение темпа нарастания скорости, поэтому кривая скорости на начальном от­резке процесса имеет вогнутый характер. 8 результате отстава­ние скорости от нарастающей Еп замедляется, а через время (3...4) Тм темпы нарастания Еп и Ед практически одинаковы. Ток якоря достигает максимума, который затем постепенно снижает­ся из-за постепенного снижения темпа нарастания Еп. Общее время процесса определяется временем нарастания ЭДС гене­ратора до установившегося значения. Для экспоненты это время составляет (3.. 4) Тп.

Анализ показателей пуско-тормозных процессов в разомкнутой системе преобразователь-двигатель

Выясним связь сформулированных нами показателей качест­ва процесса пуска (1».«, ty, tpn) с параметрами силовых элементов схемы. Это явится основой правильного конструирования двига­теля, механической передачи и преобразователя с позиций оп­тимизации пуско-тормозных режимов.

Начнем обсуждение со времени переходного процесса пуска электропривода tm- В электроприводах с трапецеидальной диа­граммой скорости (рис. 2.1) максимальная скорость движения ис­полнительного органа чаще всего бывает задана. В этом случае минимизировать время перемещения рабочего органа можно, только выбирая электропривод с меньшей величиной механиче­ской постоянной времени Тд, что следует из смысла определения этой постоянной как времени равномерного разгона электропри­вода до попной скорости под действием номинального динами­ческого момента. Так как на начальном этапе синтеза известны лишь энергосиловые характеристики рабочего механизма, то па­раметры электропривода удобнее приводить к валу рабочего ме­ханизма. Постоянная времени

Тд = Jr пн / Мн = (Jp. y + Ля і2) Пр. у / Мру,

где - суммарный момент инерции привода, равный сумме мо­ментов инерции рабочей машины JPM и момента инерции якоря двигателя, приведенного к валу рабочей машины і2 ; прМ и Мру - скорость и момент на валу рабочей машины, соответст­вующие номинальным скорости пн и моменту Мн двигателя.

Здесь возможны два случая соотношения величин приве­денных моментов инерции электродвигателя и рабочего меха­низма.

В первом случае JPM < Ja і2. Указанное соотношение пара­метров характерно, например, для электроприводов реверсив­ных станов горячей прокатки, вспомогательных механизмов этих станов, для приводов^подачи металлорежущих станков

Видно, что в рассматриваемом случае снижение Тд возможно только за счет выбора или конструирования двигателя с умень­шенными величинами и пн и увеличенным Мн. Уменьшение J* достигается выполнением двигателя с удлиненным якорем. Но чрезмерное увеличение длины якоря вызывает ухудшение условий коммутации в двигателе, тогда приходится выполнять двухъякорные машины или применять двухдвигательный элек­тропривод. В следящих электроприводах мощностью от долей до единиц кВт часто применяют специальные «малоинерционные» конструкции двигателей (с гладким, полым или дисковым якорем Для достижения малых величин Тд конструируют двигатели с малой номинальной скоростью вращения вала и большим но­минальным моментом. Так, электродвигатели для главных элек­троприводов реверсивных станов горячей прокатки при номи­нальной мощности Рн = 6000... 10000 кВт имеют Тд = 0,4...0,5 с. При этом пн = 4...6 рад/с, а Мн = 100...150 тм. Сами двигатели оказываются весьма металлоемкими с массой до 200 т и выше.

.♦ Электроприводы некоторых механизмов (например. летучих нож­ниц) отрабатывают заданное перемещение по треугольной диаграмме скорости, когда не требуют, чтобы двигатель успевал разогнаться до пол­ной скорости По каким параметрам следует выбирать электропривод, ес­ли необходимо минимизировать время отработки перемещения?

••8 практике проектирования позиционных электроприводов известна формула для передаточного числа редуктора в оптимальном по быстро­действию электроприводе І = (Jpm / Jfl)1 12. где Jpm и “ моменты инер­ции рабочей машины и якоря двигателя. Сформулируйте разницу в усло­виях постановки обеих задач. Почему получаются «разные» результаты"?

Выражение для максимума тока якоря при пуске 1м указывает, достигается ли заданный темп разгона электропривода в рас­сматриваемой схеме. Оно же показывает, параметры каких звеньев электропривода влияют нз величину 1Ч. В зависимости от величины постоянной времени преобразователя Тп по - разному приходится решать задачу формирования процесса пус­ка в разомкнутой системе преобразователь - двигатель. При очень малых значениях ТП( характерных для вентильных преоб­разователей, бросок тока якоря при прямом пуске может дохо­дить до тока короткого замыкания в якорной цепи электроприво­да. поэтому в вентильных электроприводах прямой пуск не при­меняют.

Другая картина наблюдается в системе генератор - двига­тель, где постоянная времени обмотки возбуждения генератора (особенно большой мощности) может быть равной нескольким секундам. Например, при Тд = 0,4 с, Тп = 2 с, U3 = 1 максимум то­ка якоря при пуске не превысит 0,2 от номинального значения, что свидетельствует о крайне вялом темпе разгона электропри­вода. Общее же время переходного процесса пуска электропри­вода составит tnn * (3...4) Тп = б...8 с. Сам двигатель в состоя­нии разогнаться до той же скорости более чем в 10 раз быстрее.

Для ускорения процессов пуска в системе генератор - двига­тель применяют форсировку возбуждения, т. е. на время пуска увеличивают напряжение на обмотке возбуждения генератора в несколько раз. Улучшение качества протекания процесса дости­гается, во-первых, увеличением темпа нарастания ЭДС генера­тора и, во-вторых, работой генератора на начальном почти линейном участке экспоненты, гарантирующем более равномер

ный разгон электропривода. На рис. 2 5 приведены кривые про­цессов нарастания ЭДС генератора постоянного тока при подаче на вход обмотки возбуждения постоянного напряжения Ug. В ис­ходном случае (кривая 1) величина этого напряжения соответст­вует заданному (например, номинальному) установившемусязначению ЭДС генератора. Во втором случае (кривая 2) величина UB выбрана в два раза большего значения. Если в первом слу­чае время нарастания ЭДС генератора до величины Ен состав­ляет (3...4) Тг, то во втором - оно заметно меньше даже при уме­ренном значении коэффициента форсировки.

Время їм нарастания тока якоря до максимума в рассматри­ваемой схеме определяется величиной Тм. Если это время необ­ходимо уменьшить, то следует выбирать двигатель с меньшей Тм - Снижение же Тм достигается уменьшением Тд или активно­го сопротивления якорной цепи Яяц. Некоторые из мероприятий, направленных на уменьшение Тм (снижение Ищ, увеличение номинального потока), оборачиваются, однако, увеличением электромагнитной постоянной времени якорной цели. Конструк­торы электрических машин пытаются различными мерами (от­крытые пазы на якоре, компенсационная обмотка) снизить индук­тивность якорной цепи. Но многие тихоходные двигатели при приложении момента статической нагрузки имеют ярко выражен­ный колебательный характер процессов [14].

Чтобы сформировать процесс торможения электропривода в разомкнутой системе Г - Д, к обмотке возбуждения генератора постоянно подключают резистор R2 (рис. 2.5 а), так чтобы посто­янная времени Тт разрядного контура, образованного обмоткой LG и резистором R2, соответствовала времени торможения. Од­нако удовлетворительного качества процесса торможения обыч­но добиться не удается: на начальном участке наблюдается большой выброс тока якоря, а конец процесса затягивается. Это происходит потому, что ЭДС генератора уменьшается до нуля по экспоненциальному закону: круто в начале процесса и очень постепенно - в конце.

Физическая картина процессов в реверсивных электроприво­дах постоянного тока была великолепно изложена Д. П. Морозо­вым [36], вошла в учебники по теории электропривода [2, 20], но постепенно была утрачена. Формирование прямоугольной токовой диаграммы с помощью отрицательной обратной связи по току якоря

Рассмотрим электропривод (рис. 2.6 а), выполненный по схеме управляемый преобразователь - двигатель. На той же структурной схеме представим передаточные функции звеньев, записанные в системе относительных единиц. Базовые значения переменных выберем такими же, как в предыдущем примере. Управляемый преобразователь П представим инерционным зве­ном с постоянной времени Тп, а в двигателе Д постоянными вре­мени Тд и Тм учтем электромеханическую инерцию якоря, при­няв индуктивность якорной цепи L-я = 0. Обратную связь по току якоря опишем безынерционным звеном с коэффициентом усиле­ния Кот.

Проанализируем влияние обратной связи по току якоря на форму кривой тока якоря при разгоне электропривода. Для этого сначала оценим показатели переходного процесса в разомкнутой системе электропривода до введения обратной связи по току якоря, те. при Кот = 0. Затем посмотрим, как изменятся те же показатели процесса при пуске электропривода с отрицательной обратной связью по току якоря. Такое поэтапное рассмотрение динамических свойств электропривода позволит

выразительнее показать влияние отрицательной обратной сбязи по току (или другого способа коррекции) на показатели переходного процесса разгона электропривода.

На рис. 2.6 б изображены ЛАЧХ системы электропривода с выходом по току якоря до и после введения отрицательной об­ратной связи. Они построены для случая, когда Тд > Тп > Тм.

Как видно из кривой Ц, ЛАЧХ разомкнутой системы электро­привода с выходом по току якоря идет горизонтально сравни­тельно в небольшом диапазоне частот от 1 / Тп до 1 / Тм. При частотах больше 1 / Тм ЛАЧХ понижается из-за влияния инер­ционностей в системе электропривода. При частотах меньше 1 / Тп ЛАЧХ тоже понижается. Это обусловлено снижениемдинамических нагрузок в приводе, когда частота подаваемого на якорь двигателя напряжения сравнительно невелика, так что скорость вращения двигателя при снятии частотной характери­стики электропривода успевает следить за колебаниями напря­жения на якоре.

Кривая переходного процесса тока якоря при разгоне элек­тропривода после скачкообразного увеличения Ubx, соответст­вующая электроприводу с характеристикой Ц. аналогична кривой в разомкнутой системе Г-Д (кривая 1, рис.2.6 в). Максимум тока якоря при этом не превышает максимума кривой Li, равного (Тд / Тп) Ubx- Начало переходного процесса, определяемое высо­кочастотным участком кривой Li, приближается к экспоненте с постоянной времени Тм-

Спадание тока якоря в конце переходного процесса, где су­щественно влияние низкочастотного участка кривой Lb происхо­дит также по кривой, близкой к экспоненте с постоянной времени Тп. Из-за того, что в реальных разомкнутых системах электро­привода не удается существенно расширить горизонтальный участок 1 / Тп... 1 / Тм, кривая переходного процесса тока якоря далека от прямоугольной формы.

При введении отрицательной обратной связи по току якоря ЛАЧХ замкнутой системы электропривода (кривая L.2, рис. 2.6 б) аппроксимируется нижними участками характеристики Ц или пе­ревернутой характеристики - L0t обратной связи. Сопоставле­ние кривых Li и 1_2 позволяет сделать некоторые выводы о влия­нии обратной связи по току на форму токовой диаграммы.

Поскольку частотная характеристика замкнутой системы идет ниже исходной 1_ь то и соответствующая кривая тока якоря дви­гателя при разгоне в схеме с обратной связью по току (кривая 2, рис. 2.6 в) имеет меньший максимум. Уменьшение броска тока якоря в замкнутой системе электропривода происходит потому, что сигнал обратной связи по току якоря Uot, действуя в пере­ходном процессе разгона навстречу сигналу Ubx, уменьшает ре­зультирующий сигнал Uy на входе преобразователя П, а это вы­зывает уменьшение скорости нарастания ЭДС преобразователя по сравнению с исходным случаем. В неколебательной системе регулирования максимум тока якоря при разгоне электропривода после скачкообразного изменения входного сигнала Ugx можно приближенно оценить с помощью выражения

ім = Км Ugx = (1 / Котлах-

Здесь Км - ордината максимума амплитудной частотной ха­рактеристики системы электропривода с выходом по току якоря.

С помощью отрицательной обратной связи по току якоря удается расширить полосу равномерного пропускания частот в системе электропривода. То, что эта полоса расширяется впра­во, свидетельствует об уменьшении їм - времени нарастания то­ка якоря до Ім при разгоне привода. Абсолютная же крутизна пе­реднего фронта кривой тока якоря меньше, чем в исходной сис­теме. Это объясняется тоже влиянием отрицательной обратной связи по току якоря, действующей навстречу Ubx и уменьшаю­щей результирующий сигнал на входе преобразователя. Ориен­тировочно в замкнутой системе электропривода можно считать

tu ~ (3...4) / toy,

где (от - частота среза контура регулирования тока якоря, соот­ветствующая правой границе полосы равномерного пропускания частот замкнутой системы электропривода.

Б момент времени t = 0 наклон кривых 1 и 2 на рис. 2.6 в оди­наков. из-за инерционности звеньев в прямом канале регулиро­вания выходная величина (ток якоря Ія) в начальный момент времени близка к нулю, поэтому действие обратной связи по току настолько неэффективно, что им можно пренебречь. Это под­тверждается и ЛАЧХ системы электропривода: кривые Ц и L2 на рис. 2.6 б при высоких частотах совладают.

Так как обратная связь по току якоря уменьшает при разгоне электропривода сигнал Uy, то переходный процесс нарастания ЭДС преобразователя в замкнутой системе электропривода за­тягивается по сравнению с разомкнутой системой. Это вызывает уменьшение темпа спадания тока после достижения им значения

Сказанное подтверждает и ЛАЧХ замкнутой системы электро­привода, в которой граничная частота сяг перемещается влево.

Увеличением Кот можно значительно расширить полосу рав­номерного пропускания частот в замкнутой системе электропри­вода и получить кривую тока якоря, близкую к прямоугольной. Чтобы при этом сохранить заданное значение максимального броска тока якоря при разгоне электропривода, приходится уве­личивать на время разгона сигнал Ubx. уменьшая его до устано­вившегося значения в конце разгона. Форсировка (избыточное значение) сигнала Ubx при разгоне электропривода тратится не только на преодоление инерционностей звеньев в прямом кана­ле регулирования, но и, главным образом, на получение требуе­мого уровня сигнала Uy на входе преобразователя, ослабленно­го действием отрицательной обратной связи.

Диаграмма тока якоря тем ближе к прямоугольной, чем выше коэффициент усиления Кот- Но увеличение К0т вызывает сме­щение вправо частоты т среза контура регулирования тока, где сказывается влияние неучтенных ранее малых постоянных вре­мени. Это нарушает устойчивость контура регулирования тока. Поэтому максимум величины К0т приходится выбирать с учетом условий устойчивости контура регулирования тока.

Отличительной особенностью описанного способа формиро­вания переходного процесса разгона привода является непо­средственный контроль тока якоря двигателя, что позволяет осуществить разгон привода с максимально допустимым ускоре­нием. Поэтому формирование процесса разгона с помощью от­рицательной обратной связи по току широко применяется, на­пример, в типовых схемах быстродействующих позиционных электроприводов.

В тех случаях, когда необходимо обеспечить при разгоне по­стоянство ускорения, избегают применять обратную связь по току для формирования процесса разгона, так как изменение статиче­ской нагрузки на валу двигателя вызывает изменение ускорения привода при разгоне.

.«6 электроприводе с отрицательной обратной связью по току якоря требуется, чтобы после подачи скачкообразного сигнала Uax ток якоря, достигнув максимума, не спадал постепенно до нуля, а поддерживался строго на постоянном уровне асе время разгона. Какого вида последова­тельное корректирующее звено следует включить на входе преобразова­теля? Как выбрать желаемые величины параметров этого звена?

Пример. В системе электропривода с параметрами звеньев 7V = 1 с; Тм - 0,1 с; Кп = 1; Тп = 0,5 с определить основные пока­затели переходного процесса при разгоне электропривода после изменения скачком входного сигнала на величину Uex - 1 в двух вариантах схем: без обратной связи по току якоря и при введен­ной обратной связи по току с коэффициентом усиления Кот = 4.

На основании ЛАЧХ Li (рис. 2.6 б), построенной для разомк­нутой системы электропривода, имеем следующие приближен­ные показатели процесса разгона электропривода:

ІМ = (Тд/ТП)и3х= (1/0,5)-1=2; k = (3...4) • Тм = (3...4) • 0,1 = 0.3...0,4 с ; tnn = (3...4) • Тл = (3...4) • 0,5 = 1,5...2 с.

На основании кривой L2 для замкнутой по току якоря систе­мы электропривода

їм а Км иэх = (1 /Кот) Ubx = (1 /4)*1 - 0,25; tM * (3...4) / біт = (3...4) / 80 =0,04...0,05 с; tnn * (3...4) / w2 = (3...4) / 0,25 = 12...16 с;

На рис. 2.6 в изображены рассчитанные для тех же парамет­ров электропривода точные кривые переходных процессов, кото­рые дают следующие результаты:

- в разомкнутой системе электропривода

їм = 1.5 * 1н'. tj. j = 0,3 с; tnn = 2 с;

- в замкнутой по току системе электропривода

ІМ = 0,25 • (ні їм = 0,05 с; tnn = 15 с.

•• Постройте электромеханическую характеристику электропривода п = f Оя ) в рассматриваемом примере. Формирование прямоугольной токовой диаграммы с помощью гибких обратных связей по напряжению на якоре двигателя

Б этих случаях ток якоря двигателя в процессе разгона непо­средственно не контролируется. Необходимая форма тока якоря двигателя достигается изменением напряжения на нем по тре­буемому закону. Рассмотрим, как здесь ставится и решается задача синтеза соответствующих корректирующих связей.

Электродвигатель Д с передаточной функцией Л/дв = Тд р / (1 + + Тм р) подключен на выход преобразователя П, имеющего пере­даточную функцию Wn (р) и охваченного отрицательной гибкой обратной связью ГОС (рис. 2.7). Необходимо определить же­лаемые структуру (вид передаточной функции) и величины пара­метров звена ГОС, которые обеспечивали бы при разгоне элек­тропривода кривую тока якоря, максимально приближающуюся к прямоугольной.

Примем следующую процедуру синтеза звена ГОС. Сначала сформулируем выражение для желаемой передаточной функции системы электропривода, исходя из требуемой формы тока якоря при пуске. Затем запишем передаточную функцию реального электропривода (рис. 2.7). Сопоставляя оба выражения, попыта­емся получить соотношения для желаемых структуры и парамет­ров звена ГОС.

Потребуем от электропривода прямоугольной диаграммы то­ка якоря при пуске. Тогда его желаемая передаточная функция №'эпж должна соответствовать безынерционному звену, а выра­жение для тока якоря

!я - Warwc Usx = kr Usx •

Передаточная функция реального электропривода соответ­ствует последовательно соединенным замкнутому контуру регу­лирования напряжения КРН и электродвигателю Д:

Wsn - W«fh * Мдв.

Если предположить частоту среза замкнутого КРН достаточно высокой, то его передаточная функция

Wkph ~ Wn / (1 + Wn Wroc} ~ 1 / Wrcc.

Полученное выражение показывает, что динамические свой­ства замкнутого быстродействующего КРН хорошо аппроксими­руются каналом ГОС, а весь электропривод описывается пере­даточной функцией

Wsn * (1 / Wroc )' W/jb.

Приравнивая W3n = W3rw . получим следующее выражение для желаемой передаточной функции звена ГОС:

Wroc = Мдз / W3rpK = Wfle / кт.

Последнее соотношение указывает, во-первых, на вид же­лаемой передаточной функции звена ГОС (она должна быть та­кой же, как у звена Д) и, во-вторых, является основанием для определения желаемых параметров звена ГОС. Поэтому, запи­сав его в детализированной форме, получим одновременно и сражения для определения этих параметров:

Ті р /(1 +Ї2Р) = (Тдр/кт)/(1 +ТМ р).

Здесь Ті и Т2 - желаемые параметры звена ГОС, которые определяются на основании выражений: Ті = Тд / кт : Тг = Тм.

Заметим ещё раз, что приведенные соотношения выполня - ются тем точнее, чем выше достигнутое быстродействие контура, образованного преобразователем и охватившей его ГОС. В тири­сторных электроприводах постоянного тока достигнутые величи­ны быстродействия КРН оцениваются частотами среза до о) * (250...300) рад / с. Этого достаточно для достижения вполне удовлетворительных показателей процесса пуска в схеме с гиб­кими обратными связями по напряжению на якоре двигателя.

Рассмотрим физику процесса пуска в рассматриваемой схе­ме. Для упрощения модели процесса и выделения влияния главного фактора - звена ГОС - примем быстродействие КРН бесконечно высоким (т. е. положим сон = «), а в двигателе учтем только механическую инерцию и пренебрежем электромагнитной. Тогда передаточная функция замкнутого КРН будет описываться пропорционально-интегральным звеном

Wkph = 1 / Wгсс = (1 + Т2) / Ті р = 1 / Ті р + К.

В этом выражении первое слагаемое обусловлено операцией дифференцирования сигнала по напряжению преобразователя, а второе - появляется тогда, когда эта операция выполняется с инерционностью, измеряемой постоянной времени Тг.

Рассмотрим сначала более простой случай, когда Тг ~ 0 и, следовательно, К = 0. В этом случае звено ГОС выделяет сигнал идеальной (без внесения запаздывания) производной по ЭДС преобразователя. При подаче скачком на вход преобразователя сигнала Ubx напряжение на выходе П возрастает, как в любом интегрирующем звене, по линейному закону (кривая ия, рис. 2.8 а). Скорость же вращения двигателя нарастает строго по линей­ному закону не сразу, а спустя время переходного процесса, раз­ное примерно (3...4) - Тм (кривая п, рис. 2.8 а). Это время требу­ется для того, чтобы в якорной цепи двигателя установилась

разница ЭДС

ДЕ - Еп - Ед - Ідин • Rh *

Здесь Ідин - динамический ток, необходимый для разгона двигателя с заданным ускорением.

Чтобы получить идеальную прямоугольную диаграмму тока якоря, необходимо в первоначальный момент времени t = 0 на­пряжение на выходе преобразователя изменить скачком на ве­личину, соответствующую падению напряжения в якорной цепи Ідин • R. q, а затем - увеличивать по линейному закону с заданным ускорением (см. рис. 2.8 б). Реализация указанных процессов возможна, если в начале переходного процесса на входе преоб­разователя создать форсировку напряжения Uy. Эту форсировку можно получить, введя в канал ГОС инерционность, оценивае­мую величиной ПОСТОЯННОЙ Времени І2. При этом избыток сигна­ла получается не благодаря увеличению Ubx, а благодаря тому, что из-за инерционности в канале обратной связи вычитающее Действие её в начале процесса ослабляется. Тогда ГОС по на­пряжению преобразователя имеет передаточную функцию ре­ального дифференцирующего звена.

При подаче на вход такого преобразователя скачка 11зх. на­пряжение на его выходе будет изменяться, как у пропорциональ­но-интегрального звена: сначала возрастет скачком на величину К Ubx. а потом будет увеличиваться с темпом, определяемым величиной постоянной времени Ті. Ток якоря двигателя в соот­ветствии с приложенным напряжением сначала увеличивается скачком, а затем постепенно подтягивается до значения, опреде­ляемого темпом нарастания напряжения на якоре. Когда Т2 < ТМ( начальный скачок тока якоря меньше его значения на устано­вившемся участке разгона, а когда Т2 > Тм - больше. Когда Т2 = Тм, величина начального скачка ЭДС преобразователя в точности соответствует падению напряжения в якорной цепи электропривода на установившемся участке разгона, поэтому ток якоря имеет идеальную прямоугольную форму.

•* Пользуясь аппроксимированными ЛАЧХ электропривода, поясните характер влияния параметров ГОС на показатели процесса пуска Покажи­те, как влияют величины постоянных времени Тт и Т2 на показатели про­цесса пуска. Проверьте правильность рекомендаций по выбору желаемых величин Т, иТ2.

•• В электроприводе существенно влияние электромагнитной посто­янной времени якорной цепи Тяц Как в этом случае Вы будете выбирать структуру и параметры ГОС по напряжению на якоре двигателя? Назовите причины, препятствующие достижению таких же высоких показателей про­цесса пуска, как и в исходном варианте.