ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

МЕТОДИКА НАСТРОЙКИ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

Производим и продаем электроприводы ЭТУ, ЭПУ для двигателей постоянного тока, тел./email +38 050 4571330 / rashid@msd.com.ua

Привод ЭПУ 25А с дросселем - 5500грн

Характеристика тиристорного преобразователя

Как элемента системы автоматического регулирования

Из специфических свойств тиристорного преобразователя, которые влияют иа динамические характеристики электропривода (или качество переходных про­цессов), можно выделить следующие:

1. Дискретность и полууправляемость.,

В [17] показано, что если полосу пропускания линейной части электроприво­да (регуляторы, двигатель, датчики обратных связей) ограничить областью, где влияние этих свойств на динамику незначительно, то тиристорный преобразова­тель можно считать безынерционным звеном. Во всех электроприводах настрой­ка регуляторов производится таким образом, что это условие является выпол­ненным. Примерные величины предельных значений полосы пропускания [17] для систем подчиненного регулирования в области непрерывного тока состав­ляют:

— для трехпульсиой схемы выпрямления (т=3):

<втах=0,515 шо=160 рад/с (,=26Гц);

— для шестипульсной схемы выпрямления (т=6):

Штах=0,77 ©0=240 рад/с (/=38 Гц).

Здесь шо — круговая частота сети, равная 314 рад/с при fc = 50 Гц.

Настройка регуляторов, при которой величина полосы пропускания линей­ной части электропривода превышает предельное значение, приводит к возник­новению автоколебаний в системе автоматического регулирования.

2. Возможность возникновения в якорной цепи режима прерывистого тока.

Режим прерывистого тока имеет следующие особенности: электромагнитная

Постоянная времени якорной цепи Гэ нё оказывает влияния на длительность про­текания переходных процессов тока; значительно уменьшается коэффициент пе­редачи тиристорного преобразователя по сравнению с коэффициентом передачи в зоне непрерывного- тока. Указанные факторы являются определяющими с точ­ки зрения выполнения структур электроприводов.

Тиристориые преобразователи в электроприводах «Мезоматик», и TNP в диа­пазоне токов нагрузки до номинального тока двигателя работают в зоне пре­рывистого тока. Поскольку в этом режиме действие Та на переходные процессы тока не проявляется, в указанных электроприводах отсутствуют регуляторы то­ка, а система регулирования выполнена по одноконтурной структуре, ii В электроприводе БТУ3601 раздельное управление комплектами тиристоров приводит к тому, что в диапазоне токов до (0,3—0,8) /аом двигателя (в зависи­мости от сглаживающего дросселя в якорной цепи) имеется режим прерывистого гока. При увеличении тока нагрузки до номинального ток становится непрерыв­ным. Поэтому для компенсации Та в зоне непрерывного тока используется регу­лятор тока, а уменьшение коэффициента передачи тиристорного преобразователя в зоне прерывистого. тока компенсируется использованием нелинейного звена, которое обеспечивает одинаковый совместный коэффициент передачи нелиней­ного звена и тиристорного преобразователя в зонах прерывистого и непрерыв­ного токов.

В электроприводе ЭТ6 с совместным управлением за счет согласования групп тиристоров при угле регулирования ааач=90 эл. град зона прерывистого тока отсутствует полиостью. Поэтому тиристорный преобразователь имеет линейную регулировочную характеристику, а для компенсации Т3 используется регулятор тока, то есть система, регулирования выполнена по обычной двухконтуриой структуре.

В электроприводе «Кемрои» силовая часть реализована аналогично элект­роприводу ЭТ6 с той лишь разницей, что согласование групп тиристоров произ­водится при угле регулирования ан&ч=100 эл. град. Это приводит к тому, что якорная цепь в диапазоне токов до (0,1—0,3) /а0м двигателя работает в режиме прерывистого тока. Уменьшение коэффициента передачи тиристорного преобра­зователя в зоне прерывистого тока компенсируется использованием адаптивного регулятора скорости. Таким образом, в электроприводе «Кемрои» система регу­лирования выполнена по двухкоитурной структуре с использованием адаптивно­го регулятора скорости. Необходимо отметитв, что выполнение системы регу­лирования с адаптацией только в функции скорости (не контролируя режим тока) является не совсем правильным и приводит в ряде случаев в условиях работы электропривода на станке к возникновению автоколебаний. Это проис­ходит при скорости вращения электродвигателя, близкой или равной нулю, когда коэффициент пропорционального усиления регулятора скорости имеет макси­мальную величину, при увеличении тока нагрузки двигателя до значения, при котором тиристорный преобразователь переходит в режим непрерывного тока и его коэффициент передачи возрастает. Если при этом контурный коэффициент передачи превысит предельное значение, возникает автоколебательный режим.

Электропривод «Мезоматик»

Принимая во внимание равенство нулю электромагнитной постоянной вре­мени якорной цепи Гэ = 0, представим структурную схему двигателя в следую­щем виде (рис. 9.1), где /н — ток двигателя, вызванный нагрузкой на валу, С в —

Рис. 9.1. Структурная схема электродвигателя

RtO ^

Гс=н—ЧН

Ггок 0,75мм т

Jrai

Постоянная ЭДС двигателя, Ты =

— электромеханическая постоянная вре-

СЕ.

Мени. Из структурной схемы получаем передаточную функцию двигателя по уп-

Tw , Юдв(Р) 1/СЕ •

Равленню Wm(P)= = ------------------

Ия(р) 1 +рТы

Регулятор скорости электропривода настраивается таким образом, что обеспечивает предельное значение полосы пропускания линейной части привода (частоту среза разомкнутой системы) <вс=100 рад/с. В этой полосе частот ти - ристорный преобразователь можно считать безынерционным звеном с коэффи­циентом передачи Km-

Датчик обратной связи по скорости (тахогенератор) также является безынер­ционным звеном с коэффициентом передачи /Стг.

Принципиальная схема регулятора скорости, делителя и фильтра сигнала тахогенератора приведена на рис. 9.2. Совместная передаточная функция дели­

Теля и фильтра сигнала тахогенератора имеет вид Я7ф(р) =

Тф = 0,7 мс.

Передаточная функция регулятора скорости =

=Сз/?[о — постоянная времени цепи обратной связи регулятора скорости, Ги=Сз(Я7Н-Яз) —постоянная времени интегрирования регулятора скорости.

В соответствии с передаточными функциями звеньев структурная, схем а ра­зомкнутой по скорости системы будет иметь вид (рис. 9.3). Логарифмическая амплитудная характеристика, соответствующая структурной схеме разомкнутой

Системы, приведена на рис. 9.4, где 1 1

Системы, а Л0=Л'дел, Л'тп--—'Л'тг-контурный коэффициент передачи. Постоянной с Е

Времени Гс=— определяется быстродействие (или время переходного процесса)

Юс

Замкнутой по скорости системы. Для систем с логарифмической характеристи­кой подобного вида время переходного процесса ^пц=(7—-9) Гс [18].

I RcJr0J{c3,R)0)

T. MC

20 40 60 SO 100 20 W SO SO 100 20 'fO 60

Рис. 9.5. Переходные процессы скорости при различных соотношениях Г00 и Ги

Минимальное значение Тй ограничивается возможностью возникновения ав­токолебаний в замкнутой системе регулирования, которые связаны с дискретно­стью и полууправляемостью • тиристорного преобразователя. Для трехпульсиой схемы выпрямления предельное значение частоты среза находится в диапазоне (160—200) рад/с.

Вид или качество переходного процесса скорости зависит от соотношения Гос и Гс. Приближение Г00 к Гс вызывает в переходном процессе скорости по­вышенное перерегулирование. Правильная иастройка предполагает следующее соотношение между постоянными: Г0с Гс. Практическая иастройка переход­ного процесса скорости заключается в нахождении оптимальных значений Гос и Г0 путец варьирования величии Сз и Rio в цепи обратной связи регулятора скорости. Связь элементов Сз и Ria с постоянными Гос и Т0 определяется из

Ти - Тя Тм R7 + Ri

Соотношений Гос =йюС3; Тс— — = —— ■—-—откуда следует, что ве-

"о'^ос Ка /Сцз Личина Сз влияет только на постоянную Г0с и, таким образом, изменение Сз

Сказывается лишь на качественном виде переходного процесса скорости (больше перерегулирование или меньше), не изменяя быстродействия системы регулиро­вания. Уменьшение или увеличение быстродействия системы регулирования (по­стоянной Гс) достигается изменением величины Rio. Однако при этом необходимо в соответствующее число раз изменить величину Сз для сохранения выбранного значения Г0 с - Из приведенного соотношения для Та следует также, что чем больше момент инерции механизма (соответственно Гм), тем большей должна быть величина Rю, чтобы обеспечить системе регулирования максимальное бы­стродействие.

Численные значения постоянных Гф и Гм составляют соответственно 0,7' мс и 50 мс. Стационарная настройка регулятора скорости привода P3HR-444 А характеризуется величинами С3=0,15 мкф, /?ю==220 к, что обеспечивает Гос=33 мс, Тс^Ю мс.

На рис. 9.5 приведены кривые переходных процессов скорости при различ­ных соотношениях Г0с и Гс. За основу принят переходный процесс скорости, соответствующий настройке регулятора скорости, произведенной заводом-изго­товителем.

Электропривод TNP

Структурная схема и логарифмическая амплитудная характеристика систе­мы автоматического регулирования электропривода аналогичны соответствующим электропривода «Мезоматик». Примерные величины постоянных времени состав­ляют Тф = 1 мс; Тс —10 мс; Го с = 17 мс.

Отличие заключается в схемной реализации регулятора скорости (рис. 9.6), который выполнен на двух операционных усилителях, на первом из них постро­ен пропорциональный регулятор, а на втором пропорционально-интегральный. Это облегчает настройку переходного процесса скорости, поскольку элементами 7С и 3R достигается независимое друг от друга изменение постоянных времени — соответственно Г0с и Тс.

Кривая переходного процесса скорости, соответствующая настройке регу­лятора скорости, произведенной на заводе-изготовителе, приведена на рис. 9.7. Большое перерегулирование в кривой вызвано приближением частоты сопряже­ния ">ос=—к частоте среза шс=—(соответственно Тос и Го) на логариф - мической амплитудной характеристике (рис. 9.4). ,

Электропривод ЭТ6

Система регулирования в электроприводе ЭТ6 наиболее близка к линейной по сравнению с другими приводами. Это обеспечивается при совместном спосо­бе управления реверсивным тиристориым преобразователем согласованием групп тиристоров при угле регулирования ан&ч=90 эл. град, что, исключает зону пре­рывистых токов в якорной цепи.

Кроме того, применение в СИФУ опорного напряжения синусоидальной фор­мы приводит к тому, что регулировочная характеристика тиристорного преобра­зователя становится линейной во всем диапазоне изменения управляющего на­пряжения СИФУ.

Структурная схема системы регулирования электропривода приведена на

Рис. 9.8, где

Рнс. 9,6. Принципиальная схема PC

PC — регулятор скорости; £/рс — выходное напряжение регулятора скорости; Тое — постоянная времени цепи обратной связи PC, Ги — посто­янная интегрирования PC;

РТ — регулятор тока; UpT —вы­ходное напряжение регулятора тока, Тоо — постоянная времени цепи об­ратной связи РТ; Ти — постоянная интегрирования РТ; Тф — фильтрую­щая постоянная времени РТ;

ТП — тиристорный преобразо­ватель, включающий в себя СИФУ и силовую часть; Km — коэффициент передачи ТП; Напряжение датчика тока; /Сдт — ко-

ТГ — тахогенёратор; i/Tг — выходное напряжение тахогенератора; Ктг — ко­эффициент передачи 7Т;

Ия — напряжение на якоре двигателя; £дв—ЭДС двигателя; Св — посто­янная ЭДС двигателя; RnЦ— эквивалентное сопротивление якорной цепи, вклю­чая силовой трансформатор, тиристорный'преобразователь, дроссели, двигатель; 7j_—электромагнитная постоянная времени якорной цепи; Гм — электромехани­ческая постоянная времени; /дв — ток якоря двигателя, /нагр — составляющая тока якоря двигателя, вызванная иагрукой на его валу; /двн — динамическая до­ставляющая тока якоря двигателя, обеспечивающая изменение скорости вра­щения; Шдв — угловая скорость вращения двигателя; £/зад—задающее напря­жение.

Регуляторы скорости и тока в электроприводе являются пропорционально - интегральными звеньями, поэтому в установившемся режиме - сигнал на входе регуляторов, представляющий сумму сигналов задания и обратной связи, прак­тически равен нулю. Это обстоятельство учитывается на структурной схеме вве­дением условных дополнительных звеньев, включенных перед узлами сравнения тока и скорости. Таким образом, для установившегося режима будут справед-

Upc £^зад UTr

Ливы соотношения —£—=-—- и ~— = п, где Я3.Т и R3.О — резисторы в цепи

Задания регуляторов тока и скорости (R3.i=R 602, R3.c=R 301+/? 306), RТ и Rc — резисторы в цепи сигналов обратной связи по току и скорости (RT—R 601, Rc—R 307+R 302+/? 303). Приведенные соотношения отражают условие ра­венства нулю алгебраической суммы токов на инвертирующем или неинвертиру - ющем входах операционных усилителей регуляторов тока и скорости.

Настройка регулятора тока

Принципиальная схема регулятора тока, отражающая его основные особен­ности, как элемента системы автоматического регулирования, приведена иа рис. 9.9. Передаточная функция регулятора тока имеет вид

UpT(p) 1 +рТ0С

РТ И(1 + />Гф) С604 • /?603

Ro02 [| £303 Ш1+/?302 || ЯЗОЗ

Где Г0С=С 604-Я 604; Гф = С601-Я 604; Ги= ..' " ;

При R 601=Л 602= 2 к и R 603 = 1,5 к /С=0,3.

Постоянная времени Гф образуется за счет включения в обратную связь операционного усилителя А601 конденсатора С601. Таким образом, производит­ся фильтрация сигналов регулятора скорости и датчика тока.

Структурная схема контура тока без учета влияния обратной связи по ЭДС в двигателе приведена иа рис. 9.10. При использовании в комплекте электропри­вода ЭТ6 электродвигателя ПБВ 112 L коэффициенты передачи звеньев имеют

Ил

Следующие величины: Ятп= —— = 20; 0,35 Ом.

U,

U,

Коэффициент передачи датчика тока = —— зависит от номинала рези-

/дв

Стора R501 в цепи обратной связи операционного усилителя А501 датчика тока. На заводе-изготовителе устанавливается R501 — 51 кОм, при этом /Сдт = 0,0235 В/А.

Номиналы резисторов R601 и R602 равны 2 кОм,^ поэтому #т/Лз. т = 1 и в установившемся режиме Upc = UaT.

Настройка регулятора тока производится в два этапа. На первом опреде­ляется электромагнитная постоянная времени якорной цепи.

Для этого затормаживается вал электродвигателя. В плате регуляторов пре­образователя распаивается перемычка 19^-19 и иа тот из штифтов, который соединен со входом СИФУ, подается задающее напряжение, величина которого

Вызывает ток в якорной це-

Пи двигателя не более но­минального значения. Пере-, ходиый процесс тока якоря при скачкообразной подаче на вход СИФУ напряжения задания наблюдается осцил­лографом по выходному на­пряжению датчика тока (контрольная точка 120). При этом осциллограф пе­реводится в режим ждущей развертки, а напряжение за­дания одновременно подает-

1+P Tqc

PT„(t+pT*>

«4Т

Рис. 9.10. Структурная. схема контура тока без учета влияния обратной связи по ЭДС в двигателе

Ся иа вход внешней синхронизации. Осциллограмма тока якоря электродвигателя ПБВ 112L приведена на рис. 9.11. Электромагнитная постоянная времени опреде­ляется из соотношения Т3 = где Tun —время, за которое кривая тока до,-

О

Стигает уровня 0,95 от установившегося значения. В соответствии с приведенной осциллограммой имеем Гаэй8 мс.

■ После определения численного значения Т„ в цепь обратной связи регуля­тора тока запаиваются элементы С604, R604, образующие постоянную времени TOc=C604-R604, равную Т3- Таким образом, осуществляется компенсация ре­гулятором тока электромагнитной постоянной времени якорной цепи. Структур­ная схема контура тока при условии полной компенсации (Т0в=Та) приведена на рис. 9.1,2. Пренебрегая величиной постоянной времени Тф (численное значе­ние ее получим в дальнейшем) и учитывая, что в данном случае Upc = UKT, пре­образуем структурную схему контура тока к виду (рис. 9.13), где

^тп' D '^ит "яц

9 Заказ 4546
— постоянная интегрирования контура тока. В этом приближении передаточная функция контура тока соответствует апериодическому звену первого порядка Ш ^дтСР) 1

TOC o "1-3" h z wKT(p) = ——— == ————, а переходная функция контура тока носит экспо - UpdP) 1 + Pll f

Ненцнальный характер с постоянной времени Tt: [

1Я = /уст1—в I г

Время переходного процесса тока в контуре тока зависит теперь только от величины Ti, минимальное значение которой из условия отсутствия автоколеба­ний в контуре тока составляет 2—3 мс. При этом переходный процесс тока бу­дет заканчиваться за 3—5 импульсов тока (длительность импульса тока в шес - типульсной схеме выпрямления Ts3,3 мс). На рис. 9.14 приведены осциллограм­мы переходных процессов тока якоря и выходного напряжения регулятора тока при скачкообразной подаче на вход РТ' задающего напряжения и величине Tt=3 мс.

_ С604-ЩЗ

Из соотношения // =--------------------------- следует, что практически наиболее

К-Ктп-~~ - Кцт

АЯЦ

Удобно изменять Tt путем изменения величины С604, корректируя одновременно значение R604, чтобы оставалась неизменной Постоянная времени цепи обратной связи

Taa = C604-R604=Та.

Таким образом, второй этап настройки РТ заключается в определении рас­четным или экспериментальным путем такой величины конденсатора С604, прн которой переходный процесс тока в контуре тока завершался бы за 3—5 им­пульсов тока прн апериодическом характере. Настройка производится в замк­нутой по току системе регулирования. Для этого перемычка 19—19 должна быть установлена, а перемычка, коммутирующая выходное напряжение регулятора ско­рости иа вход регулятора тока, снята. На штифт, соединяющийся со входом РТ, подается напряжение задания такой величины, при которой ток якоря двига­теля ие превышает номинального значения. Переходный процесс тока при скач­кообразной подаче задающего напряжения наблюдается осциллографом в ре­жиме ждущей развертки по выходному сигналу датчика тока.

При настройке необходимо убедиться, что выходное на­пряжение РТ не достигает уровня насыщения (система ре­гулирования тока должна быть без ограничений).

Имея числеиные значения коэффициентов (которые не­трудно определить эксперимен­тально), входящих в выраже­ние, определяющее Т{, можно, задавшись значением Т{—'3 мс, определить соответствующую этому значению величину кон­денсатора С604. В данном слу­чае при К= 0,3; Кта=20; Яяц= =0,35 Ом; /Сдт = 0,0235 В/А, R603= 1,5 кОм, имеем С604= 0,8 мкф.

Выбирая ближайшие стан­дартные значения емкости, на­пример 0,47 мкф илн 1 мкф (нз Т э

Выражения Я604 = ^ име­ем соответствующие им зна­чения сопротивления R604 39 кОм и 18 кОм), проверяем переходный процесс тока, соот­ветствующий этим параметрам настройки регулятора тока. На рис. 9,15 приведены осцилло­граммы переходных процессов тока якоря и выходного напря­жения РТ, соответствующие параметрам настройки С604= = 0,47 мкф, R604 =39 кОм (рас­четное значение 1,8 мс).

Необходимо отметить, что дальнейшее уменьшение 7 (меньше 1,5 мс) может приве­сти к режиму автоколебаний в контуре тока. На рнс. 9.1:6 при­ведены осциллограммы тока якоря н выходного напряжения регулятора тока в режиме ав-

9*

T(MC)

______________________________________ t(MC)

О 4 8 Г2 16 Рис. 9.15. Осциллограммы переходных про - цессон в контуре тока при Tt=L,8 мс

243

Токолебаний, который был по­лучен при Г<= 1 мс (расчетное значение С604=0,27 мкф).

Из осциллограмм, приве­денных на рнс. 9.14 и 9.15, видно, что удовлетворительный переходный процесс тока наб­людается при обоих вариантах настройки РТ (7 = 3 мс, Г4 = 1,8 мс), однако, поскольку во втором случае обеспечивается большее быстродействие в кон­туре тока, последующую наст­ройку контура скорости реко­мендуется производить при па­раметрах РТ С604 = 0,47 мкф, R604—39 оОм. Если при этих параметрах РТ в системе регу­лирования, замкнутой по ско­рости, даже при малых значе­ниях коэффициента пропорцио­нального усиления PC наблю­дается возникновение автоко­лебательного режима, необхо - t(M() днмо перейти к параметрам РТ ' С604= 1 мкф, R604= 18 кОм и дальнейшую настройку PC про­изводить при этих параметрах РТ.

Из осциллограмм (рнс. 9.11, 9.14, 9.15) видно также, что применение регулятора тока позволило сократить время пе-

Т

Реходного процесса тока в —2- _ (6-И0) раз.

Ti

Если величина конденсатора С604 подбиралась экспериментально, то по ос­циллограммам переходного процесса тока следует определить постоянную ин­тегрирования контура тока 7, исходя из соотношения 7='/з <пп, где tnn — вре­мя достижения кривой тока уровня 0,95 от установившегося значения.

Величина 7 будет использована в дальнейшем при настройке PC. Практи­чески, если переходный процесс в контуре тока завершается в течение 3—5 им­пульсов тока, можно принять Г<=3 мс.

Определим величину фильтрующей постоянной времени РТ из соотношения Тф=С601 -R604 при параметрах РТ С604= 0,47 мкф, R604=39 кОм.

При 6800 пф, #604=39 кОм получим 7"ф^0,27 мс. Такая величина

Гф прн 7 = 1,8 мс н тем более при 7 = 3 дс практически ие оказывает влияния на переходные процессы в контуре тока, поэтому пренебрежение ею вполне до­пустимо.

Настройка регулятора скорости

Упрощенная схема PC, отражающая его основные особенности, как элемента системы автоматического регулирования, приведена на, рис. 9.17. Передаточная

£/рс(Р) 1 +рТ0С

Функция регулятора скорости имеет вид Wрс (р) = ------ ------- •

Итт(р) Pi и

Где Тос — С315(R319+R320) и ТЯ = С315(R303+R302+R307). В дальнейшем бу­дем считать величину резистора R319 равной нулю, тогда свободно варьируемы­ми параметрами при настройке PC будут С315 и R320.

С учетом передаточной функции PC на рис. 9.18 приведена структурная схема разомкнутого контура скорости в режиме холостого хода двигателя (/нагР = 0), где контур тока представлен инерционным звеном первого порядка с постоянной времени 7. На основании структурной схемы построена логариф­мическая амплитудная характеристика (JIAX) разомкнутой по скорости системы регулирования (рис. 9.19) при настройке PC на симметричный оптимум, кото­рый определяется соотношениями: 1) 7'ое=4 7Y, 2) 7"с=—— = 27"/. Величина Tt На характеристике принята равной 7=3 мс, что соответствует частоте сопря­жения ~= ~~~~ ~ 333 рад/с. В соответствии с этим имеем шс = Т~ =* Т[ 3 Г с

1°°° , 1 = •— = 170 рад/с; ю0с = 0 I ос

Частота ср£за разомкнутой системы, которой определяется время переходного процесса, при расположении в промежут­ке между свое и a>i находится TqcKQ

Нз соотношения 1

Где Л"0=

Кж

— коэффициент пропорциональ­ного усиления контура скорости

Рис. 9.18. Структурная схема разомкнутой по скорости системы регулиро­вания

(величина безразмерная). Раскрывая выражения для Г00 и Ги, имеем

= _________________________________________ £320____________ _ А'рА'п

' "С Ги ' £303 + £302 + £307 Г„ •

Где Кп — коэффициент пропорционального усиления PC.

Кривая переходного процесса скорости формируется двумя постоянными времени, указанными на ЛАХ, это Гос н Г-0, а постоянная времени Г< определяет предельное быстродействие системы регулирования. Связь параметров PC С315 И R320 с постоянными Гос и^о определяется из приведенных ранее соотношений - для Гос и Гс, из которых вытекает практически важное следствие: изменение величины С315 приводит только к изменению постоянной. Гос; постоянная Г0 подбирается изменением величины R320, причем для сохранения выбранного зна­чения Гое должна быть скорректирована в соответствующее число раз величина С315.

Таким образом, настройка PC, так же как и РТ, состоит из двух этапов^ На первом в цепь обратной связи PC устанавливаются элементы С315, R320, имею­щие постоянную времени Г0с=(4—10) Ti, причем меньшие значения Г00 будут соответствовать большему перерегулированию в кривой переходного процесса скорости, н наоборот. В случае необходимости получить в кривой переходного процесса скорости минимальное значение перерегулирования, следует задаться величиной Гос около 10 Г4. Практически для получения хорошей динамики элек­тропривода по управлению н по возмущению рекомендуется выдерживать ве­личину Гос в диапазоне 3 Ti<TQC<5 Ti, что соответствует при правильной на-, стройке РТ и шестнпульсной схеме выпрямления, то есть при Г< = 3 мс, диапа­зону-значений Гос, лежащему между 9 и 15 мс.

На втором этапе настройки PC, подбирая величину R320 с одновременным изменением С315, чтобы постоянная Г00 оставалась равной заданному значению, необходимо получить возможно меньшую величину Ге. Увеличение R320 прнво-

® I

7

20 40 SO 80

Рнс. 9.20. Переходные процессы скорости при различных настройках PC

Днт к-пропорциональному уменьшению Г0 (логарифмическая амплитудная ха­рактеристика перемещается вверх) и соответственно уменьшению времени пере­ходного процесса. И наоборот, с уменьшением R320 время переходного процес­са пропорционально увеличивается.

Практическая оценка'того, в каком месте участка между фиксированными Гос и Ti находится значение Т0, производится по кривой переходного процесса скорости следующим образом. При увеличении Кп регулятора скорости (соот­ветственно R320) до значения, прн котором Г0 приближается к Ti, переходный процесс скорости начинает сопровождаться повышенной колебательностью, а при дальнейшем увеличении /Сп(Г0<Г<) может наступить режим автоколебаний (вы­сокочастотные колебания скорости). При уменьшении Кп до значения, при кото­ром Т'с приближается к Гос, переходный процесс скорости сопровождается уве­личением перерегулирования, а при ТС>Т0С повышенной колебательностью (чис­ло колебаний более двух).

Кривые переходных процессов скорости при различных настройках PC (Тс=Т0е, Tc = Tf, Г0 =2 Ti, Г,<Г0<2 Т{) приведены на рис. 9.20. При этом в PC принята величина постоянной времени Г0е=4 Г< = 12 мс. За точку отсчетами регулятора скорости принято значение К. по, соответствующее настройке системы регулирования на симметричный оптимум (Тс= 2 Ti). Удовлетворительной яв­ляется настройка PC, соответствующая кривой 2, а кривые 3 и 4 дают представ­ление о качестве переходных процессов соответственно прн Го = Г00 и Tc — Ti.

Технологически настройка PC производится следующим образом. Перемыч­ка, соединяющая выход PC со входом РТ, должна быть установлена, вал элект­родвигателя расторможен (двигатель в режиме холостого хода). Задающее на­пряжение на входе электропривода устанавливается такой величины, скачкооб­разная подача которой не вводит PC в режим насыщения (система регулиро­вания без ограничений). Переходный процесс скорости наблюдается осцилло­графом в режиме ждущей развертки по сигналу тахогенератора. Одновременно задающее напряжение подается на вход внешней синхронизации осциллографа. В процессе изменения величины R320 необходимо контролировать, чтобы PC не входил в режим насыщения, в противном случае уменьшить величину напряже­ния задания.

Имея в распоряжении значения коэффициентов передачи звеньев системы регулирования, можно определить расчетные величины параметров PC, оттал­киваясь от которых производится настройка PC на желаемый переходный про­цесс. Произведем расчет величин элементов С315, R320 прн настройке системы регулирования на симметричный оптимум, принимая Т{ =3 мс. При использова­нии в комплекте с преобразователем электродвигателя ПБВ 112 L имеем СЕ =1,2 В/рад/с, /?яц=0,35 Ом, Гм=16 мс; кроме этого /Сдт = 0,0235 В/А, Ктг=0,38 В/рад/с (40 В/1000 об/мин). Настройка на симметричный оптимум, как уже отмечалось, предполагает соблюдение двух условий: 1) Г00=4 7У,

Тк

2) Те=2 Г(. Из второго условия и соотношения для Те = определяется

KQK п

Тм

Величина коэффициента пропорционального усиления PC /<п = При

Указанных значениях коэффициентов передачи звеньев контурный коэффициент

Пропорционального усиления равен Ка— * • Яяа - —• АГтг~ 4,7, а искомый ко-

Адт С е

Эффнциент пропорционального усиления PC Кп=0,57.

Потенциометром R302 устанавливается скорость вращения двигателя 1000 об/мин при напряжении задании Uзад=Ю В, прн этом напряжение тахо­генератора, соответствующее его коэффициенту передачи, составляет С/тг=40 В. Из условия равенства входных токов операционного усилителя PC имеем-

—---- = - г—, где R3 c=R306+R301 — суммарное сопротивление в цепн задания

/3.с *с

Скорости, a Rc = R303-+-R302+R307 — суммарное сопротивление в цепи сигнала обратной связи по скорости.

Из приведенного соотношения при R3 с = 4,8 кОм определяется Rc —19,2 кОм, /?320

А из соотношения Кп = ——определяется R320~9,1 кОм.

Из первого условия настройки TOc=1C315-R320_=>l2 мс определяется вели­чина С3/5й£1,3 мкф.

Принимая. стандартные значения элементов PC С315= 1 мкф, R320—12 кОм, получим переходный процесс скорости, соответствующий кривой 2 на рис. 9.20.

Электропривод «Кемрон»

Структурная схема системы регулирования электропривода «Кемрон» ана­логична структурной схеме электропривода ЭТ6 (рис. 9.8).

Настройка регулятора тока производится иа заводе-изготовителе, и в силу комплектности электропривода дополнительной подстройки не требуется. Запре­щение перенастройки РТ оговаривается также в сопроводительной документации на электропривод. В случае необходимости настройка РТ должна производиться с учетом рекомендаций, изложенных применительно к настройке РТ в электро­приводе ЭТ6.

Регулятор скорости допускает подстройку вследствие различных моментов ннерцни механизмов подач станков. Упрощенная схема PC, отражающая его ос­новные особенности, как элемента системы автоматического регулирования, при­ведена на рис. 9.21. В отличне от регуляторов скорости других приводов PC в электроприводе «Кемрон» выполнен адаптивным, т. е. его параметры автомати­чески изменяются в функции скорости. В связи с этим настройка переходных процессов осуществляется раздельно в диапазоне малых (напряжение задания £/зад<0,1 В) н больших (С3ад>0,3 В) скоростей соответственно потенциомет­рами П19, П21 н П18, П20. Другой особенностью PC является то, что схемная реализация его выполнена на трех операционных усилителях: на усилителе ИС62 Выполнено пропорциональное звено, на усилителе ИС63 интегрирующее, а на уси­лителе ИС64 суммирующее. Структурная схема PC без учета цепочки С247, R353 приведена на рнс. 9.22, где Kit — коэффициент передачи тахогенератора; К л. ел — коэффициент передачи делителя, состоящего из резисторов R349, R3'5I ' и потенциометра П14; КП — коэффициент пропорционального усиления пропор­ционального звена; Ги — постоянная интегрирования интегрирующего звена; £/дел — напряжение на движке потенциометра П14. В соответствии с приведен­ной структурной схемой передаточная функция PC (без учета корректирующей цепочки С247, R353) запишется в виде

Vpc

L.

Рис. 9.22. Структурная схема PC

Я364

—Кяеп-и — коэффициент передачи делителя, состоя-

Д350-НД357 Ктп. п щего из резисторов R371, R372 и потенциометра П18.

~ Ти=С229• R373 • Кяеп и, где Кдел и — коэффициент передачи двигателя, со­стоящего иэ резисторов R377, R378 и потенциометра П20. В соответствии-с но­миналами резисторов коэффициенты передачи делителей пропорционального и интегрального звеньев могут регулироваться в диапазоне значений от 0,65 (движ­ки потенциометров в верхнем положении) до 0,018 (движки потенциометров в нижнем положении).

Логарифмическая амплитудная характеристика разомкнутого контура ско­рости (аналогичная JIAX электропривода ЭТ6) приведена на рнс. 9.23, где

ТМТЯ Ти

Т{ — постоянная времени контура тока, Г, = Г„; Тс= . .Из соот-

JT 1 яКпКо л П^о

Ношений для Ti и Т0 наглядно видно, какое преимущество имеет схемная реа­лизация PC на трех операционных усилителях, а именно: допускается независи­мо друг от друга изменение постоянных Т и Т0 соответственно потенциометра­ми П20 н П18, что существенно облегчает настройку переходного процесса ско­рости.

Качественный вид пере­ходных процессов скорости при изменении параметра логарифмической амплитуд­ной характеристики Т при­веден на рис. 9.24. Настрой­ка переходных процессов скорости производилась при напряжении задания U3Ад= 0,4 В потенциометрами П18 И П20 без корректирующей цепочки С247, R353. Кривая 1 соответствует прн величи­не коэффициента передачи делителя ел. и=0,65 (дви - Рис. 9.23. JIAX разомкнутого контура скорости жок потенциометра П20 в

Верхнем положении) постоянной Г,=Ги = С229 • R373 • Кяе я. и = 1.0 • 220к • 0,65 =» = 140 мс.

Кривая 2 соответствует 7*i=7"и=12 мс, которая устанавливалась по величи­не коэффициента передачи делителя Кдел и= 12 мс/220 Mcs0,055.. Коэффициент пропорционального усиления Кп подбирался при Г„ = 12 мс таким образом, что­бы кривая 2 наиболее близко совпадала с кривой, соответствующей настройке на симметричный оптимум. Кривая 3 отражает изменение кривой 2 переходного процесса скорости при подключении корректирующей цепочки С247, R353, кото­рая предназначена для уменьшения перерегулирования в кривой переходного ■процесса скорости.

Необходимо отметить, что отсутствие нли уменьшение перерегулирования в кривой переходного процесса скорости приводит к ухудшению динамики привода по нагрузке. С другой стороны, при работе регулируемого электропривода в сле­дящем режиме при тех величинах добротностей следящих приводов, которые практически устанавливаются в станках, перерегулирование в кривой переходного процесса скорости регулируемого привода не оказывает влияния на качество пе­реходного процесса в следящем режиме. Поэтому установка корректирующей цепочки для устранения перерегулирования в приводах, предназначенных для работы в следящем режиме, не является необходимой, более того, является не­желательной с точки зрения ухудшения динамики привода по возмущению.

Зона адаптации в электроприводе начинается в диапазоне скоростей, соот­ветствующем напряжению задания U3ад<0,3 В, при этом происходит уменьше­ние постоянных времени Т и Т0 соответственно за счет уменьшения постоянной' интегрирования регулятора скорости Тл и увеличения коэффициента пропорцио­нального усиления Кп. Настройка переходного ^процесса скорости в зоне адап­тации производится прн Сзад<0,1 В потенциометрами П19 и П21 таким обра­зом, чтобы сохранить качественный вид кривой переходного процесса скорости тем же, что н в диапазоне скоростей, соответствующем Сзад>0,3 В.

Электропривод БТУ3601

Структурная схема и логарифмическая амплитудная характеристика линеа­ризованной системы автоматического регулирования электропривода БТУ3601 аналогичны приведенным на рнс. 9.8 н рис. 9.19 структурной схеме и JIAX элект-

Рис. 9.25. Рекомендуемые. кривые переходных процессов скорости электропривода БТУ3601

Ропривода ЭТ6. Практическая линеаризация системы осуществляется включени­ем на входе СИФУ нелинейного звена, в результате чего совместный коэффициент передачи нелинейного звена н тиристорного преобразователя остается приблизи­тельно постоянным в зонах прерывистого н непрерывного токов.

Настройка переходного процесса тока в контуре тока производится соглас­но рекомендациям, приведенным в разделе «Методика настройкн электроприво­да БТУ3601» четвертой главы. Отметим еще раз, что время переходного про­цесса тока определяется постоянной интегрирования контура тока, которая под­бирается при настройке путем изменения величины конденсатора С7 в цепи об­ратной связи операционного усилителя регулятора тока (с уменьшением С7 про­порционально уменьшается время переходного процесса то^са, и наоборот). Ве­личина резистора R22 в цепи обратной связи ОУ РТ зависит от величины кон­денсатора С7 и определяется при настройке из условия сохранения постоянной времени цепн обратной связи ОУ РТ T0E = C7-R22, равной Гв. С другой стороны при заданной С7 увеличение R22 приводит к увеличению форснровочной способ­ности РТ и соответственно к увеличению перерегулирования в кривой переход­ного процесса тока. При этом время переходного процесса тока остается прак­тически неизменным. Регулятор тока можно считать настроенным правильно, если кривая переходного процесса тока достигает установившегося значения за 3—4 импульса тока, тогда для дальнейшей настройкн PC можно принять посто­янную времени контура тока 7 = 3 мс. .

Настройка PC, связь параметров PC с постоянными логарифмической ампли­тудной характеристики Т и Те, а также влияние Ti и Тс на кривую переходного процесса скорости соответствуют аналогичным вопросам, изложенным применн - - тельно к электроприводам ЭТ6 и «Кемрон». Постоянную времени цепи обратной связи ОУ PC рекомендуется выдерживать 7"ос = Г1= (3-f-5) Ti, т. е. при 7=3 мс в диапазоне (94-15) мс. В отличие от РТ влияние элементов цепн обратной связи ОУ PC (RIO, С4), на кривую переходного процесса скорости является противо­положным, т. е. время переходного процесса скорости определяется величиной R10 '(с увеличением R10 время переходного процесса скорости уменьшается), а величина С4 зависит От R10 и находится при настройке нз условия сохранения постоянной времени Г0с в заданном диапазоне. В то же время увеличение С4
(TI) при заданном RIO приводит к уменьшению перерегулирования в кривой пе­реходного процесса скорости, и наоборот, с уменьшением С4 (Ti) перерегулирова­ние возрастает. При этом время переходного процесса остается практически по­стоянным.

В соответствии с изложенными рекомендациями была произведена настрой­ка РТ н PC преобразователя БТУ3601 с высокомоментным двигателем электро­привода «Кемрон» (при правильной настройке кривая переходного процесса ско­рости не зависит от типа двигателя). Кривые переходных процессов скорости приведены на рис. 9.25. Постоянная времени цепи обратной связи PC принята равной 8 мс. Коэффициент пропорционального усиления PC, соответствующий кривой 1, подбирался таким образом, чтобы качественный вид кривой переход­ного процесса наиболее близко соответствовал настройке системы регулирования на симметричный оптимум. Кривая 2 получена увеличением коэффициента про­порционального усиления PC в два раза. Кривые переходных процессов скоро­сти, попадающие в диапазон между приведенными кривыми, могут быть реко­мендованы прн настройке.