В какой из систем с двумя контурами регулирования скорости или двухкратноинтегрирующей с ПИ регулятором выше быстродействие и меньше перерегулирование.

Система управления электропривода со держит два контура регулирования : внутренний контур тока якоря и внешний контур скорости . Внутренняя связь по ЭДС двигателя присохранении стандартных настроек регуляторов несколько повышает демпфирование и снижает перерегулирование в режимах обработки сброса– наброса момента нагрузки. ЭДС

оказывает влияние и на работу контуров тока и скорости при отработке входных воздействий, снижая динамический ток при скачке задания и повышая ошибку отработки скорости при ее линейном задании. Однако существенное влияние ЭДС проявляется только при неблагоприятном соотношении параметров (пониженные значения Т_М и Т_Э, повышенное значение Тμ). Простота П– и ПИ–регуляторов и их оптимальных настроек обусловила преимущественное применение данных регуляторов в системах управления с подчиненным регулированием координат электропривода.

Чем больше контуров в системе подчиненного регулирования, тем меньше быстродействие внешнего контура.

Двухконтурную систему с ПИ-регулятором скорости называют двукратноинтегрирующей системой и применяют в тех случаях, когда важно иметь высокую точность отработки изменений сигналов задания.

3.5 Регулирование скорости АД изменением числа пар полюсов и в системе ТРН-АД.

Общие свойства регулируемого по скорости электропривода рассмотренные ранее на основе обобщенной структуры электро­привода с линеаризованной механической характеристикой, не* обходимо дополнить рассмотрением ряда частных возможностей регулирования скорости асинхронного электропривода, связан­ных с его особенностями. Возможные способы регулирования скорости асинхронного электропривода можно разделить на три группы: 1) способы регулирования, при которых скольжение из­меняется в широких пределах и потери, выделяющиеся в виде те­плоты в элементах роторной цепи, пропорциональны скольже­нию; 2) способы, при которых абсолютное скольжение двигате­ля при регулировании остается небольшим и не достигает крити­ческого скольжения на естественной характеристике ; 3) способы, при которых абсолютное скольжение при регулиро­вании изменяется в широких пределах, но потери энергии сколь­жения в роторной цепи двигателя ограничены.

К первой группе способов регулирования скорости асинхрон­ного электропривода относятся рассмотренное ранее реостатное регулирование, регулирование изменением напряжения на стато­ре двигателя, наложение механических характеристик в двухдви­гательном электроприводе, регулирование с помощью асинхрон­ной муфты скольжения и др.

Изменение напряжения, как средство ре­гулирования момента в разомкнутой системе может быть исполь­зовано для регулирования скорости в системе автоматического регулирования по отклонению. Для этого схемы с магнитным усилителем или тиристорным регулятором напряжения необхо­димо дополнить отрицательной связью по скорости. Рассмотрим основные показатели такого способа регулирования.

Схема регулирования скорости асинхронного электропривода путем изменения напряжения на статоре приведена на рис. 8.31. Здесь магнитный или тиристорный регулятор напряжения обоз­начен PH, введен регулятор скорости PC, выходное напряжение которого и_у воздействует на обмотку управления магнитного уси­лителя или на вход тиристорного регулятора напряжения. На вход PC поданы сигнал задания и сигнал обратной связи по скорости получаемый с якоря тахогенератора ТГ. В цепь уп­равления PH введен сигнал смещения, с помощью которого при устанавливается минимальное напряжение на выходе PH. Практически в схемах с магнитными усилителями для этой цели предусматривается отдельная обмотка смещения, а в тиристор­ных регуляторах напряжения для установки начального угла ре­гулирования а₀ обычно имеются соответствующие подстроечные элементы.

При оценке условий регулирования скорости в системе тири­сторный регулятор — асинхронный двигатель (ТРН—АД) необ­ходимо учитывать, что напряжение на выходе тиристорного ре­гулятора несинусоидально, зависит от угла регулирования а и от угла активно-индуктивной нагрузки которой является асин­хронный двигатель для ТРН при определенном скольжении s. Электромагнитный момент двигателя определяется первой гар­моникой напряжения, а влияние высших гармоник невелико, и им можно пренебречь. Поэтому для расчета механических хара­ктеристик двигателя необходимо знать зависимость первой гар­моники напряжения от напряжения управления при разли­чных скольжениях s и соответственно различных

Примерные зависимости для ряда значе­ний приведены на рис. 8.32, причем в качестве приня­то напряжение, которое обеспечивает изменение угла а от 0 до 150° при линейной характеристике а кривые построе­ны при напряжении смещения U_cu, которое обеспечивает на­чальный угол а₀ = 135°. Эти характеристики существенно нели­нейны и неоднозначны в связи со значительной зависимостью напряжения от угла нагрузки

Зависимость угла нагрузки от скольжения можно получить, воспользовавшись упрощенной схемой замещения двигателя, приведенной на рис. 3.27,б:

^— эквивалентные активное и индуктивное сопроти­вления двигателя, определяемые относительно по схеме заме­щения; — суммарное активное сопротивление цепи статора, включая сопротивление фазы ТРН.

Анализ (8.88) показывает, что угол изменяется в функции скольжения быстро лишь при его измене­ния лежат в пределах 40—60°. Для этой области кривую можно линеаризовать, как показано на рис. 8.32 (прямая l) и приближенно записать

Так как момент асинхронного двигателя пропорционален ква­драту напряжения, можно записать

где — момент при данном скольжении, определяемый по естественной механической характеристике двигателя; — относительное значение первой гармоники напря­жения питания двигателя.

При работе скорость двигателя в рабочей зоне ме­ханической характеристики поддерживается системой регулиро­вания примерно постоянной, поэтому для режимов малых отклонений от точки статического равновесия (8.90) можно линеари­зовать:

Подставив (8.91) в (8.89), получим уравнение механической ха­рактеристики для рассматриваемого режима:

Таким образом, при принятых допущениях в замкнутой систе­ме формируется линейная механическая характеристика со скоростью идеального холостого хода и модулем жесткости которые определяются заданием и коэффициентом обратной связи по скорости При больших жесткость искусствен­ных характеристик получается значительной, и уравнение (8.92) удовлетворительно описывает реальную механическую характе­ристику. Как показано на рис. 8.33, отличия проявляются лишь в режиме, близком к холостому ходу, и при значениях напряже­ния, близких к Иными словами, (8.92) удовлетворительно описывает механическую характеристику замкнутой системы электропривода в возможных пределах регулирования момента

При данном способе регулирования потери в роторной цепи пропорциональны скольжению. Поэтому допустимый момент при регулировании скорости при не­зависимой вентиляции двигателя мо­жно определить из соотношения

Откуда

Следовательно, для того чтобы при продолжительной работе с малой скоростью двигатель не нагревался сверх допустимой температуры, не­обходимо снижать его нагрузку в об­ратно пропорциональной зависимо­сти от скольжения. Для двигателей с самовентиляцией это сни­жение должно быть больше с учетом ухудшения условий охлаж­дения по мере роста скольжения. Зависимость пока­зана на рис. 8.33.

Этот недостаток ограничивает область применения замкнутых систем асинхронного электропривода, основанных на регулирова­нии напряжения, механизмами, у которых момент нагрузки при регулировании скорости быстро уменьшается, например механиз­мами с вентиляторной нагрузкой (см. § 1.3). Кроме того, этот спо­соб успешно применяется в тех случаях, когда в рабочем цикле тре­буется кратковременное снижение скорости, а основное время электропривод работает на естественной характеристике.

Дополнительные возможности регулирования скорости дает применение многодвигательного электропривода. Рассмотрим эти возможности на примере двухдвигательного асинхронного элект­ропривода, схема которого приведена на рис. 8.34,а.

Благодаря наличию механической связи между роторами дви­гателей статических режимах работы угловые скорости двигателей одинаковы, а результирующий момент электроприво­да равен сумме моментов двигателей. При линеаризации механи­ческих характеристик результирующая механическая характери­стика может быть получена в виде (4.127):

Рассматривая (8.94), можно убедиться, что путем целенаправ­ленного изменения жесткостей механических характеристик дви­гателей, а также соотношения скоростей идеального холостого хода в двухдвигательном электроприводе можно получить резуль­тирующие искусственные характеристики, обеспечивающие ре­гулирование скорости.

В качестве примера на рис. 8.34,a представлена схема двухдви­гательного электропривода, в котором двигатель 1Д при включе­нии контактора К1 питается от сети, а при включении контактов контактора К2 в его обмотку статора подается постоянный ток для реализации режима динамического торможения. Второй дви­гатель 2Д постоянно питается от сети переменного тока.

Наличие фазного ротора у каждого двигателя позволяет вво­дить в цепи ротора добавочные резисторы и таким образом из­менять значения , а переключение двигателя 1Д в режим динамического торможения дает При этом подбором же­сткостей можно получить глубокое регулирование скорости, как показано на рис. 8.34,6. Здесь добавочное сопротивление в цепи двигателя 1Д, работающего в режиме динамического торможе­ния, равно нулю и жесткость характеристики , максимальна. Для ограничения тока и увеличения жесткости результирующей характеристики в цепь ротора двигателя 2Д введен добавочный резистор со значительным сопротивлением (характеристика 2, ) Жесткость рабочего участка результирующей характе­ристики , т. е. выше, чем жесткость а скорость идеального холостого хода достаточно мала. При моменте нагрузки результирующая механическая характери­стика 3 обеспечивает устойчивую пониженную скорость

Недостатком данного способа регулирования скорости явля­ются значительные потери. Результирующий момент

т. е. двигатель 1Д для получения малой скорости, работая в ре­жиме динамического торможения, подгружает двигатель 2Д мо­ментом соответственно

где — тормозной момент 1Д при работе на пониженной ско­рости

Как следствие, потери энергии в роторной части двигателя 2Д существенно больше, чем при реостатном регулировании

Для того чтобы оценить допустимую нагрузку двухдвигатель­ного электропривода при пониженной скорости, необходимо для сравнения рассмотреть режим работы с полной скоростью, при котором оба двигателя подключены к сети переменного тока и работают на общий вал. Как показывает рис. 8.34,в, в этом слу­чае оба двигателя работают в двигательном режиме:

Сравнивая рис. 8.34,6 и в, можно заключить, что допустимый на низкой скорости момент существенно меньше половины номинального момента агрегата .

Таким образом, если необходимо регулировать скорость при М_с= const, то при работе на полной скорости агрегат должен не­доиспользоваться в 2,5—3 раза по мощности. Если на понижен­ной скорости электропривод должен работать малую долю вре­мени цикла, то недоиспользование мощности агрегата из-за кратковременной перегрузки двигателя 2Д на малой скорости может быть сокращено до 1,25-1,5 раза Поэтому наиболее целе­сообразно применение этого способа в случаях, когда работа с пониженной скоростью в цикле весьма кратковременна. При этом перегрузки на пониженной скорости не сказываются суще­ственно на нагреве двигателей, а низкий КПД системы не может заметно ухудшить энергетические показатели электропривода.

При полной идентичности механических характеристик обоих двигателей каждый из них несет половину общей нагрузки, и при этих условиях номинальный момент агрегата равен:

Однако практически, как показано на рис. 8.34,в, естествен­ные характеристики двигателей вследствие разброса параметров могут несколько различаться При этом моменты, раз­виваемые двигателями при £ оказываются не равными:

На рис. 8.34,в , соответственно Так как по ус­ловиям нагрева двигателя должно быть первый дви­гатель недогружается тем в большей степени, чем меньше жест­кость его характеристики. Очевидно, что если при проектирова­нии не учесть возможного несовпадения характеристик двигате­лей и выбрать двигатели из условия , то двигатель с большей жесткостью примет на себя нагрузку, большую номинальной, и выйдет из строя.

Ко второй группе способов регулирования скорости асинхрон­ного электропривода относятся частотное регулирование, осо­бенности которого будут ниже рассмотрены, и регулирование пу­тем изменения числа пар полюсов.

Регулирование скорости путем изменения числа пар полюсов осуществляется при питании двигателя от сети при путем переключения одной статорной обмотки с треугольника на двойную звезду (рис. 8.35,a) или со звезды на двойную звезду (рис. 8.35,6). Число пар полюсов р_п при этом изменяется вдвое, что вызывает соответствующие изменения скорости поля

При наличии на статоре двигателя двух обмоток, обеспечиваю­щих возможность указанного переключения числа пар

полюсов, можно обеспечить четыре регулировочных ступени с большими возможностями изменения р_п. Следовательно, данный способ регулирования скорости требует применения специальных двига­телей. Габариты и стоимость таких двигателей выше, чем у двига­телей односкоростных, однако простота способа и высокая жест­кость регулировочных характеристик определяют целесообраз­ность его использования во многих практических случаях. В каче­стве примера на рис. 8.35,в показаны механические характеристи­ки двухскоростного двигателя типа МТКМ 512-6/20, на статоре которого предусмотрены две независимые обмотки с числом пар полюсов

У двигателя с фазным ротором роторная обмотка выведена на контактные кольца, что создает возможность подвода напряже­ния не только к цепи статора, но и к цепи ротора. Активная цепь роторной обмотки, содержащая регулируемые источники напря­жения, позволяет полезно использовать энергию скольжения и вследствие этого осуществлять экономичное регулирование ско­рости при широких пределах изменения скольжения двигателя. Этот характерный для асинхронного электропривода способ ре­гулирования скорости подробно рассматривается ниже.