ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Электропривод постоянного тока с подчиненным регулированием

Системы электропривода с подчиненным контуром тока получили первоначальное применение в электроприводах постоянного тока (см. рис. 6.20). Токовый контур состоит из регулятора тока РТ, обычно пропорционально-интегрального типа. На его вход через резистор R7 подается сигнал задания тока якоря U3T, а через резистор RS - сигнал отрицательной обратной связи U0T по току якоря двигателя М. Первич­ным датчиком тока якоря двигателя служат два трансформатора тока ТА и ТА2. Датчик тока включает также в себя диодный выпрямитель VD1..VD4, сглаживающий фильтр на конденсаторе С1 и делитель на­пряжения R3. Назначениеу датчика тока является преобразование тока якоря в пропорциональное ему напряжение обратной связи по току U0T, соответствующее стандартному напряжению системы управления, а также обеспечение гальванической развязки силовой цепи и схемы управления.

Преобразователь выполнен на тиристорах VSI...VS6. Управление тиристорами осуществляет система импульсно-фазового управления.

Внешний контур осуществляет регулирование скорости двигателя. Регулятор скорости РС в данном случае пропорционально­интегрального типа. На его вход через резистор R4 подается сигнал за­дания скорости U3C, а через резистор R5 - сигнал отрицательной об­ратной связи Uoc по скорости двигателя. Первичным датчиком скоро­сти является тахогенератор BR. Конденсатор С4 выполняет роль фильтра низких частот, сглаживающий коммутационные и коллектор­ные колебания напряжения тахогенератора. Резисторы R^ и /^0 обра­зуют делитель, обеспечивающий напряжение обратной связи по скоро­сти I/ос, соответствующее стандартному напряжению системы управ­ления.

Особенностью системы подчиненного регулирования является ра­венство количества регуляторов и замкнутых контуров числу регули­руемых координат.

Структурная схема линеаризованной двухконтурной системы элек­тропривода, соответствующая функциональной схеме рис. 6.20, приве­дена на рис. 6.21.

Структура двигателя на рис. 6.21 приведена в соответствии с опи­сывающими его уравнениями (3.12). Тиристорный преобразователь представлен апериодическим звеном с коэффициентом передачи кп и постоянной времени Тп. Датчики тока и скорости также представлены апериодическими звеньями с коэффициентами передачи кт и кс и по­стоянными времени Тт и Тс соответственно.

Отличие схемы рис. 6.21 от классической двухконтурной подчи­ненного регулирования состоит в наличии сигнала отрицательной об­ратной связи по ЭДС двигателя, показанной на рисунке пунктиром.

С! б

Рис. 6.22. Графики (а) переходных процессов тока и скорости и (б) динамическая электромеханическая характеристика пуска двигателя при максимальном задающем напряжении

Нарис. 6.21 приняты следующие обозначения:

кп - коэффициент передачи тиристорного преобразователя;

кт = ^зт-тах _ коэффициент обратной связи по току;

U3т max - максимальное напряжение задания на ток двигателя;

Iдв тах - максимально допустимый ток якоря двигателя;

7|_lt = 7П + 7Т - суммарная малая постоянная времени;

Тп = постоянная---- времени тиристорного преобразователя;

2 • m • /1

m - число управляемых полупериодов напряжения за период на­пряжения питающей сети,

fx - частота питающей сети.

С пропорционально-интегральным регулятором тока статическая погрешность регулирования тока стремиться к нулю, так как такой ре­гулятор теоретически имеет бесконечно большой коэффициент усиле­ния.

Контур скорости настраивается на модульный (МО) или симмет­ричный (СО) оптимум.

При настройке контура скорости на модульный оптимум регулятор скорости получается пропорционального типа с передаточной функцией

При настройке на симметричный оптимум регулятор скорости по­лучается пропорционально-интегрального типа с передаточной функци­ей

Коэффициент усиления регулятора скорости ПИ-типа также опре­деляется по уравнению (6.33).

Электропривод с ПИ-регулятором скорости имеет меньшее быст­родействие при отработке управляющего воздействия, но в нем теоре­тически отсутствует погрешность поддержания скорости при изменении момента на валу двигателя. Динамические провалы скорости при скач­кообразном изменении нагрузки на валу двигателя присущи обоим ти­пам регуляторов.

Графики переходных процессов скорости ю = /(ґ) и тока I = f(t) при отработке скачка задающего напряжения приведены на рис. 6.22, а. На рис. 6.22, б показана динамическая электромеханическая характери­стика электропривода, построенная по результатам расчета переходных процессов. Как следует из результатов расчета динамическая погреш­ность электропривода с ПИ-регуляторами скорости и тока не равна ну­лю на всех этапах разгона двигателя. Ток якоря двигателя превышает значение I тах в первые моменты времени протекания переходных

процессов в электроприводе за счет инерционностей в контуре тока. Для сравнения на рис. 6.22, б изображена статическая электромеханиче­ская характеристика электропривода, кривая 2.

Для вывода уравнения статической электромеханической характе­ристики электропривода, работающего в режиме стабилизации скоро­сти, составим систему уравнений, описывающих элементы и связи в электроприводе. При этом будем считать, что ток якоря непрерывный, а активные сопротивления преобразователя, включенные последователь­но с обмоткой якоря двигателя, отнесем к якорю двигателя.

В случае применения в электроприводе ПИ-регуляторов скорости и тока, имеющих в статике коэффициенты усиления, равные собственным коэффициентам усиления операционных усилителей, на базе которых они выполнены, электромеханическая характеристика электропривода в режиме стабилизации скорости стремиться к горизонтальной прямой, параллельной оси абсцисс:

(6.37)

Так как собственные коэффициенты усиления операционных уси­лителей имеют хотя и большую, но все же конечную величину (коу =20000 + 40000), скорость двигателя со будет падать с увеличени­ем нагрузки на его валу. Это будет приводить к росту напряжения на выходе регулятора скорости. При некотором значении тока якоря дви­гателя I тах регулятор скорости входит в режим насыщения и на его

выходе устанавливается максимально возможное напряжение насыще­ния U3T тах. Дальнейший рост нагрузки на валу двигателя не приводит к изменению напряжения на выходе регулятора скорости. Отрицатель-

ная обратная связь по скорости отключается. В электроприводе остается действовать только одна отрицательная обратная связь по току. Элек­тропривод переходит в режим стабилизации тока якоря.

Электромеханические характеристики электропривода, построен­ные по уравнениям (6.36) и (6.41) для различных задающих напряжений приведены на рис. 6.23.

В реверсивном электроприводе с двумя комплектами управляемых выпрямителей статические и динамические характеристики электро­привода располагаются в четырех квадрантах.