Тиристорные электроприводы постоянного тока

Возмущения по моменту нагрузки

Проанализируем процессы в системе при возмущениях по мо­менту нагрузки, имеющих место в различных механизмах.

П-регулятор. Полная структурная схема электропривода с П-регулятором в контуре регулирования скорости приведена на рис. 6.9, а. Если принять постоянным сигнал задания скорости £/3>с, выражение для тока может быть записано в приращениях скорости co(s).

Рис. 6.8. Реакция системы с ПИ-регу - лятором на ступенчатое изменение сиг­нала задания скорости:

А — осциллограмма скорости; б — осцилло­грамма тока якоря

В соответствии с рис. 6.9, а имеем

Л. (s) = ~ (- (s) + KKV Г- *д.Л (S) + К ( KтгС0 (s)

I а 4 ' ' н 1 +stt

(6.31)

Решая (6.31) относительно /H(s), получаем

/ (s) = — I к»Ф + МпрМтг/(1 + sxTr) - j m У (6 32)

L "я т ятяпрЯд т |

Принимая во внимание, что kTkupkckTr^>, a kTkupkK}T^>Ra, выражение (6.32) можно упростить:

Ajffi^) "(*)• С6"33)

Структурная схема, соответствующая упрощенной передаточ­ной функции, приведена на рис. 6.9, б. В соответствии с этой схе­мой

<" (s) =____________ - l/(fl + sJ)___________ =____________ -(l+srTr)/fl_____

Mh(s) K„ mckTr I ,, г. . 'Ш + ij , , Vi ^

1+ йд>т(1 + «тг) k + — }

(6.34)

Где jfe' = 1 - f

Рис. 6.10. Реакция системы с П-ре - гулятором на ступенчатое изменение нагрузки:

А — осциллограмма скорости; б — осцил­лограмма тока якоря

Поскольку KK0/B = K„2 м2- Прини­

Мая во внимание, что k^kckTT/1, уравнение (6.34) можно записать следующим образом:

Со (s) __ 1 _________ 1 -f STTr________

MH(s) кяФkj^/k Тм + ттг „ Тмттг • (6.35)

1 + 5—Т~+s

Выражение (6.35) идентично выражению (6.27), однако систе­ма на рис. 6.9 имеет другой коэффициент усиления. Полюсы пере­даточных функций (6.27) и (6.35) одинаковы, обе системы име­ют второй порядок, а процессы изменения скорости и тока при возмущениях по управляющему сигналу и моменту нагрузки при­ведены на рис. 6.6 и 6.10.

Передаточная функция системы, представленной на рис. 6.9,6, может быть получена из (6.33) и (6.35):

/,(S) 1,(8) (D(S) 1

MH(s) co(s) MH(s) / TM + ттг тмттг ' (6.36)

ПИ-регулятор. При пропорционально-интегральном регулиро­вании П-регулятор скорости с коэффициентом усиления заменя­ется ПИ-регулятором с передаточной функцией /Jc[(1+Tcs)/T0S]. Поскольку ПИ-регулятор обладает фильтрующими свойствами, отпадает необходимость в фильтре тахогенератора. Поэтому, пре­небрегая ттг и заменяя Kc на Kc[ (1 +Tc/S)Tcs] В выражении (6.34), можно получить передаточную функцию системы с ПИ-регулято­ром:

Co(s) =______________ — 1/(5 + Js)_____________ ^ -Тсйд,-

Мн (s) ^ Ka<bkCKTr 1 + tcs 1 feaCDfeckt

^Д,Т TCS В + Js

S

1+ Bka, ТсТм^д,т c2 (6-37)

Рис. 6.11. Реакция системы с ПИ - регулятором на ступенчатое измене­ние нагрузки:

А — осциллограмма скорости; б — осцил­лограмма тока якоря

Так как /гяФ/гс/гтг/Л/гД1Т^> 1, выражение (6.37) можно упростить:

(6.38)

Где Т2=тм^д, тб//гяФ/гс/гтг.

Подставив /гд т «Ilk,. пр и В)кяФ» JkM2, получим

Т2 = Tjj/^T^p/jj^/jg/jjj,). (6.39)

Для структурной схемы на рис. 6.9, б с ПИ-регулятором и без фильтра тахогенератора можно записать

^Я (s) _ KckТг (1 - f- tcs) ^

СО (s)

Умножив (6.38) на (6.39)/получим передаточную функцию для тока якоря

1Я (s) _ /я (s) co(s)___________ 1_______ 1 + TCS

(6.41)

Мн (s) со (s) Л1Н (s) йя Ф 1 + T0s + Tct2s2

Передаточные функции (6.38) и (6.41) при ступенчатом возму­щении по моменту нагрузки имеют те же полюсы, что и функции (6.29) и (6.30) для ступенчатого изменения задающего сигнала по скорости. Равенство полюсов свидетельствует об одинаковой реакции системы на различные возмущения, что естественно, так как полюсы характеризуют структуру системы, а не характер и место приложения возмущающего воздействия. Процессы изме­нения скорости и тока в системе с ПИ-регулятором при ступен­чатом изменении момента иллюстрируются осциллограммами на рис. 6.11. По виду передаточной функции (6.38), имеющей нуле­вой корень, можно сделать вывод о том, что при воздействии по моменту в системе отсутствует рассогласование по скорости в установившемся режиме, как это видно на рис. 6.11, а.

Ограничение тока. Важной особенностью рассматриваемой системы является ограничение тока. До сих пор это свойство не проявилось при анализе, поскольку было принято допущение о линейности характеристик элементов системы. Ограничение тока осуществляется, как было показано выше, с помощью регулятора

Рис. 6.12. Ограничение тока при пуске:

CL — осциллограмма скорости; б — осцил­лограмма тока

Тока, а проявление этого эффекта показано на осциллограммах пуска привода (рис. 6.12). После начального броска тока, связан­ного с небольшой инерционностью регулятора, ток устанавлива­ется на неизменном уровне. Когда скорость достигает заданного значения, сигнал рассогласования по скорости уменьшается до значения, при котором регулятор выходит из зоны насыщения. Система теперь работает в линейной зоне, и ее поведение описано выше.

В зоне неизменного тока изменение скорости описывается выра­жением (6.26), поэтому при пуске скорость привода может быть выражена следующим образом:

(0(s) = '»тахк™ ; (6.42)

S (1 + T<MS)

<о(П = 1я'тахкшг(1-е-''^). (6.43)

Этот же результат можно получить из исходных уравнений для мо­ментов (6.3) и (6.4). Рассматривая пуск без нагрузки, имеем

КФ1ятах = J Da/Dt + ЈCd; (6.44)

М {t) = кяФ1я тах (j _ = /а ~t/Tu) _ (6_45)

При малом коэффициенте трения В

&аФ/я = J Da/Dt-, (6.46)

®(f) = ka<J>IJ/J. (6.47)

В соответствии с (6.47) скорость во времени изменяется ли­нейно, что подтверждается осциллограммой (рис. 6.12). Режим ограничения тока обеспечивает естественную защиту тиристоров. Данная замкнутая система управления с ограничением тока поз­воляет уменьшить пусковые и переходные токи, которые в обыч­ных условиях могут вывести из строя преобразователь и двига­тель.