ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Структурная схема асинхронного электропривода с регулированием напряжения статора

Линеаризованная структурная схема системы тиристорный регуля­тор напряжения - асинхронный двигатель (ТРН-АД) с отрицательной обратной связью по скорости, соответствующая функциональной схеме рис. 6.24, приведена на рис. 6.30.

Нарис. 6.30. приняты следующие обозначения:

WpC(Р) ~ передаточная функция регулятора скорости;

кс = кДС ■ кос - коэффициент обратной связи по скорости, В • с/рад;

кдс - коэффициент передачи датчика скорости, В • с/рад;

кос - коэффициент согласования, о. е.;

&трН = кП ■ к ; 7трн - коэффициент передачи и постоянная времени

тиристорного регулятора напряжения;

- момент инерции электропривода.

В качестве расчетного значения коэффициента чувствительности по моменту км принимаем его максимальное значение км= 2 • Мкн, при котором условия устойчивости контура регулирования скорости наи­худшие.

Примем кр = 0, то есть механическая характеристика асинхронного

двигателя в зоне регулирования скорости принимается абсолютно мяг­кой. Это допущение может быть приемлемым для синтеза параметров регулятора скорости, так как основной диапазон регулирования скоро­сти расположен в зоне неустойчивых участков механических характе­ристик двигателя. Однако исследование переходных процессов необхо­димо производить с учетом максимального положительного значения (3, при котором условия устойчивости системы также наихудшие.

Разомкнутый контур скорости, настроенный на модульный опти­мум, должен иметь следующую передаточную функцию:

Ко (Р) = Ї^ гг. (6.55)

■ р(Т^ - р +1)

где а^с = 1-6 - коэффициент настройки на модульный оптимум контура скорости; а^с = 2 - стандартный коэффициент настройки.

Передаточная функция разомкнутого контура скорости рассматри­ваемой системы (см. рис. 6.30) определяется следующим образом:

КЛр) = №рс(р)---1^——-г—К - (6.56)

1 + Т^-р + Тэ-р J^-p

С целью упрощения решения задачи синтеза параметров регулято­ра скорости понизим порядок передаточной функции контура скорости. Для чего найдем суммарную малую постоянную времени Тт = 7трн + 7Э,

тогда выражение (6.56) преобразуется к виду

KAP) = W^(P)-p^-Ti--k0. (6.57)

+ Тт-р Jz-p

Приравнивая правые части выражений (6.56) и (6.57) и решая по­лученное уравнение относительно передаточной функции регулятора скорости, получаем

(l + Tm - P)-Jz - Р а^-Т^-р-(Т^-Р + ^-К-КРп-ки

Если принять равными Tm = Т, то регулятор скорости будет иметь передаточную функцию

у-^) = а, г Jkk, к = V (6.59)

jic m с трн м

Таким образом, при настройке контура скорости на модульный оп­

тимум, регулятор скорости будет пропорционального типа с коэффици­ентом передачи крс.

В тех случаях, когда электропривод с П-регулятором скорости не обеспечивает заданных показателей статической погрешности механи­ческих характеристик в принятом диапазоне регулирования скорости, контур скорости следует настраивать на симметричный оптимум.

Передаточная функция разомкнутого контура скорости (см. рис. 6.30) с учетом суммарной малой постоянной времени определяется следующим уравнением:

KAp) = wpc(p)- Kf“TK' -^—К. (6.63)

+ Тт -р Jz - р

Приравнивая правые части выражений (6.62) и (6.63) и решая по­лученное уравнение относительно передаточной функции регулятора скорости, получим

Графики переходных процессов момента и скорости электроприво­дов, настроенных на модульный и симметричный оптимум, определены для различных ас[15]. Однако для асинхронного электропривода, имеющего участок механической характеристики с положительной же­сткостью кр, проверка переходного процесса на устойчивость пред­ставляет практический и теоретический интерес.

Для исследования системы ТРН-АД с отрицательной обратной свя­зью по скорости «в большом» необходимо исследовать переходные ре­жимы с учетом полной модели асинхронного двигателя.

Графики переходных процессов скорости со и момента М при пуске электропривода ТРН-АД и последующем набросе нагрузки до 0,6Мн приведены на рис. 6.31. На рис. 6.32 построены динамические механические характеристики. При больших скачкообразных задающих напряжениях (U3C >0,6 о. е.) сигнал управления регулятором скорости иурс =U3- Uoc велик и к двигателю прикладывается полное напряже­ние питающей сети, переходные процессы скорости и момента близки к процессам в разомкнутом электроприводе при его пуске прямым вклю­чением в сеть. Возникают колебательные процессы момента и скорости, которые рекомендуется уменьшить увеличением инерционности тири­сторного регулятора напряжения, путем введения в цепь управления ти­ристорами дополнительной инерционности [16] и включением задатчи­ка интенсивности на входе электропривода.

Увеличение инерционности тиристорного регулятора напряжения достигается введением на его вход дополнительного фильтра с постоян­ной времени 7ф = (3 - т - 5) • 7трн. Эти меры позволяют улучшить качество

переходных процессов, снизить влияние свободных составляющих мо­мента и обеспечить отработку управляющих сигналов с минимальными перерегулированиями момента и скорости, однако точность поддержа­ния скорости уменьшится, так как уменьшится коэффициент усиления регулятора скорости.

В тех случаях, когда указанная погрешность не удовлетворяет тре­бованиям технологического процесса, необходимо параметры регулято­ра скорости выбирать по симметричному оптимуму, то есть регулятор скорости должен быть пропорционально-интегральным.

Нарис. 6.35. построены динамические механические характеристи­ки электропривода.

Использование ТРН для пуска АД позволяет снизить пусковые по­тери на 10-15 % при условии выбора оптимального времени нарастания напряжения. Установлено [17], что рациональное время нарастания на­пряжения составляет 0,02-Ю,04 с. (соответствует т = 6,2 + 12,4 о. е.). Увеличение времени нарастания напряжения приводит к росту пуско­вых потерь энергии, которые могут превысить потери прямого пуска. Однако при однократных пусках АД этими потерями можно пренеб­речь, а основным критерием выбора времени нарастания напряжения следует считать отсутствие значительных колебаний электромагнитного момента двигателя на начальных участках переходных процессов. В этом случае время нарастания напряжения может быть увеличено до 0,1-Ю,2 с.

Динамические механические характеристики, рассчитанные по ре­зультатам переходных процессов пуска электропривода с задатчиком интенсивности и моментом сопротивления Мс1 = 0,1 о. е. и последую­щим набросом нагрузки до момента сопротивления Мс0 = 0,6 о. е., при­ведены на рис. 6.37. В отличие от электропривода с П-регулятором скорости переход­ные режимы электропривода ТРН-АД с ПИ-регулятором скорости ха­рактеризуются большим временем отработки возмущающего воздейст­вия (тв =100 о. е.). У становившиеся значения скорости для двух различ­ных моментов сопротивления Мсі = ОД О. е. И Мс2 = 0,6 о. е. отмечены на рис. 6.37 треугольниками и они практически равны

Механические характеристики электропривода ТРН-АД с ПИ - регулятором скорости для задающих напряжений (1.,с = 8 В и U3C2 = 3 В приведены на рис. 6.38.

Статические механические характеристики электропривода ТРН - АД с ПИ-регулятором скорости построены через установившиеся зна­чения скорости и момента, полученные по результатам расчета пере­ходных процессов.

Анализ механических характеристик показывает, что погрешность поддержания скорости электропривода на нижней механической харак­теристике с из2 = 3 В составляет 5 « 0,033 %, то есть механические ха­рактеристики замкнутой системы электропривода с ПИ-регулятором скорости близки к астатическим.

Выбор типа регулятора скорости в электроприводе ТРН-АД опре­деляется в конечном итоге требованиями технологического процесса.