Регулирование координат в замкнутых структурах

Регулирование скорости изменением напряжения на якоре

Схема электропривода, обеспечивающая регулирование напряжения на якоре, показана на рис. 3.19,а. Этот способ регулирования предполагает использование силового управляемого преобразователя, установленная мощность которого превышает мощность двигателя. Из уравнений (3.4) и (3.5) следует, что при изменении U (в данном случае Е_п) пропорционально изменяется лишь , а не зависит от U, т.е. семейство искусственных характеристик при kФ = kФ_н = с - параллельные прямые с наклоном несколько большим чем у естественной характеристики двигателя, поскольку R = R_я + R_п - рис. 3.19,б; предполагается, что УП имеет двустороннюю проводимость.

а) б)

Рис. 3.19. Схема (а) и характеристики (б) при регулировании скорости двигателя постоянного тока изменением напряжения

Уравнения характеристик:

и

, (3.20)

где - коэффициент передачи УП.

Свойства УП оказывают влияние на вид характеристик. Так, при использовании преобразователей с односторонней проводимостью (I>0) характеристики располагаются лишь в I и IV квадрантах.

Проведем оценку рассматриваемого способа регулирования скорости.

1. Регулирование однозонное, вниз от основной скорости.

2. Диапазон регулирования в разомкнутой структуре (8-10):1, стабильность скорости достаточно высокая.

3. Регулирование плавное.

4. М_доп = М_н, так как kФ = kФ_н = с

5. Способ экономичен в эксплуатации, поскольку не используются дополнительные резисторы, рассеивающие энергию. Кроме того, как будет показано ниже, при управлении напряжением удается существенно снизить потери энергии в переходных процессах и обеспечить наиболее благоприятное их протекание.

6. Капитальные затраты определяются типом используемого УП. Следует отметить, что при управлении напряжением отпадает необходимость в пусковых и тормозных резисторах с соответствующей коммутационной аппаратурой. Способ часто используется в сочетании с ослаблением поля и является основным при построении замкнутых структур электропривода.

Наличие в электроприводе управляемого преобразователя, питающего якорную цепь или цепь возбуждения, имеющего один или несколько входов и достаточно высокий коэффициент передачи, открывает широкие возможности формирования требуемых искусственных характеристик за счет замыкания системы, т.е. подачи на вход как задающего сигнала, так и сигнала обратной связи по координате, которая должна регулироваться.

Принцип действия замкнутых систем автоматического регулирования координаты рассмотрим на нескольких простейших примерах.

Система УП-Д, замкнутая по скорости

Если жесткость характеристик в разомкнутой системе УП-Д оказывается недостаточной для какого-либо технологического процесса, она может быть повышена посредством замыкания системы по скорости, т.е. использования отрицательной обратной связи по скорости - рис. 3.20,а.

a) б)

Рис. 3.20. Схема (а) и характеристики (б) электропривода постоянного

тока, замкнутого по скорости

К разомкнутой системе (рис. 3.20,а) добавлен измерительный орган - тахогенератор ТГ, сигнал которого Е_ТГ = gw сравнивается с задающим сигналом U’_з, а разность U’_з - gw подается на вход преобразователя (отрицательная обратная связь по скорости). Благодаря этому ЭДС преобразователя теперь определяется не только заданием, но и фактической скоростью вращения. Пусть привод работал в т. 1 (рис. 3.20,б) а затем момент сопротивления увеличился до значения М_с2. В разомкнутой схеме этому изменению соответствовала бы точка 2’, так как изменение М_с не приводило бы к изменению ЭДС преобразователя. В замкнутой системе уменьшение скорости повлечет за собой рост входного сигнала

U_вх = U’_з - gw, (3.21)

то есть Е_п, следовательно, при М_с2 привод перейдет на характеристику, соответствующую Е_п2>Е_п1 и будет работать в точке 2. В рассматриваемой схеме , так как увеличение U_вх, а значит и Е_п возможно лишь за счет некоторого уменьшения . Такие системы называют статическими, в отличие от астатических, где .

Получим уравнение механической характеристики в замкнутой системе. Для этого в уравнение (3.20) для разомкнутой системы подставим уравнение замыкания системы (3.21) и получим после простых преобразований:

. (3.22)

Приравнивая выражение для в замкнутой и разомкнутой системах, будем иметь:

,

то есть для получения одной и той же задающее напряжение в замкнутой схеме должно быть взято большим.

Сравнив выражение для , получим:

,

то есть перепад скорости при одинаковых нагрузках в замкнутой системе уменьшился в раз.