Системи непрямого регулювання швидкості

Загальні відомості

 

Системи непрямого регулювання швидкості [17, 18] застосовують для управління приводами, що не потребують високих статичних та динаміч­них показників. Відмовлення від датчика швидкості, роль якого у аналогових системах виконує тахогенератор, підвищує надійність роботи електромеханічної системи, знижує експлуатаційні та капітальні витрати, позбавляє від необ­хідності боротьби з завадами, зумовленими низько- та високочастотними пульсаціями напруги тахогенератора. Замість зворотного зв'язку за швидкістю в цих системах слід було б використати зворотний зв'язок за ЕРС двигуна Е_Д, яка при постійному потоку збудження Ф змінюється прямо пропорційно швидкості w:

 

Е_Д=kФw. (2.1)

 

Вимірювання ЕРС здійснюють на основі рівняння:

 

Е_Д (p)=U_Д(p) – R_ЯД I(p) – L _ЯД p I(p)= U_Д(p) – R_ЯД I(p)(T_ЯДp +1), (2.2)

 

де U_Д – напруга якоря двигуна; R_ЯД, L _ЯД – активний опір та індуктивність тієї частини якірного кола збоку двигуна, з якої знімається сигнал зворотного зв'язку за напругою; T_ЯД= L _ЯД / R_ЯД.

Але із-за неможливості здійснення операцій ідеального диференціювання струму якоря в системах використовують різноманітні комбінації від’ємного зворотного зв'язку за напругою двигуна та додатного – за струмом якоря, за­ведених на вхід пропорційного регулятора зовнішнього контуру.

Системи непрямого регулювання швидкості можна поділити на систе­ми з постійно діючим контуром струму якоря (двоконтурні) та на системи, у яких контур струму вмикається до роботи тільки у режимі струмообмеження (одноконтурні).

У системах з постійно діючим внутрішнім контуром струму якоря зовні­шній контур використовують в наступних варіантах:

1) з інерційним датчиком ЕРС (ДЕ);

2) з безінерційним датчиком напруги (ДН);

3) з безінерційним ДН та компенсацією падіння напруги на активному опорі;

4) з моделлю двигуна на виході безінерційного ДН.

Цим варіантам відповідають такі рівняння формування сигналу зворотно­го зв'язку U_33і:

(2.4)

(2.5)

(2.6)

(2.7)

де k_Н – коефіцієнт зворотного зв'язку за напругою; k_C = k_Н× R_ЯД – коефіцієнт зворотного зв'язку за струмом;

Якщо електромагнітна стала часу двигуна Т_ЯД досягає значної величини, то на вході системи з датчиком ЕРС встановлюють аперіодичну ланку, а задатчик інтенсивності доповнюють паралельними коректуючими зв'язками, як це показано у Додатку Б на рис. Б.1, а.

Одноконтурні системи непрямого регулювання швидкості використову­ють для управління електроприводами, які мають невеликі значення електрома­гнітної та електромеханічної сталих часу. Такі параметри характерні для поту­жних тихохідних двигунів постійного струму з незалежним збудженням, які приводять до руху, наприклад, валки обтискних прокатних станів. Зворотний зв'язок за напругою у цих системах намагаються наблизити не до ЕРС двигуна Е_Д, а до ЕРС перетворювача Е_П, що живить якірне коло двигуна:

 

Е_П (p)=U_Д(p) + R_ЯП I(p) + L _ЯП p I(p)= U_Д(p) + R_ЯП I(p)(T_ЯПp +1), (2.9)

 

де R_ЯП, L _ЯП – активний опір та індуктивність тієї частини якірного кола збоку перетворювача, з якої знімається сигнал зворотного зв'язку за напругою;

Один з найпростіших варіантів одноконтурної системи з І-регулятором напруги (РН) та вузлом струмової відсічки (СВ) зображено на рис. 2.1. Для компенсації електромагнітної сталої часу датчик струму (ДС) доповнюють реальною форсуючою ланкою.

 

Рисунок 2.1 - Одноконтурна система непрямого регулювання

 

Ще один варіант обмеження струму за допомогою ланки "зона нечутли­вості", увімкненому між датчиком струму та релейною ланкою ЗІ показано на рис.2.2.

Рисунок 2.2 - Одноконтурна система непрямого регулювання швидкості зі струмовою відсічкою, заведеною на ЗІ

 

Таким способом струм обмежується за рахунок регулювання прискорення електромеханічної системи та пропорційного йому динамічного струму. Зворотний зв'язок за напругою виконано інерційним, тому регулятор напруги має пропорційно-інтегральну структуру, а на вході його установлено фільтр ФЗ з аперіодичною структурою. Швидкодія у пуско-гальмувальних режимах підви­щується за допомогою використання ПІ -задатчика інтенсивності.

На рис.2.3 зображена система зі зворотними зв'язками за напругою та струмом якоря, що перемикаються. Коли струм якоря I досягає максимально-допустимого значення І_тах, розподільний підсилювач (РП) з ланкою струмообмеження СО насичується. В цей час система стає нечутливою до зміни від’ємного зворотного зв'язку за напругою та додатного за струмом і починає пра­цювати у режимі струмообмеження. Якщо струм якоря I не перевищує макси­мально-допустимого значення І_тах, РП працює у лінійній зоні, додатний та від’ємний зворотні зв'язки за струмом взаємно компенсують друг друга, і в системі працює тільки контур регулювання напруги із складеним регулятором РН, що складається з послідовно з'єднаних ПІ -регулятора струму (РС) та розподільного підсилювача.

 

Рисунок 2.3 – Система непрямого регулювання швидкості зі зворотними зв'язками, що перемикаються

Завдання

1. Виконати порівняльний аналіз статичних та динамічних властивостей а) двоконтурних і б) одноконтурних систем непрямого регулювання швидкості у режимах пуску, прикладання статичного моменту та гальмування під дією реа­ктивного навантаження, перевищуючого рівень струмообмеження.

2. Навести сімейства ЛАЧХ розімкненого ланцюга системи та перехідні функції замкненого зовнішнього контуру з різними значеннями коефіцієнта підсилення регулятора напруги.

3. Вивести вирази для статичного падіння швидкості під дією наванта­ження і порівняти їх з результатами математичного моделювання.

4. Виконати ва­ріацію електромеханічної сталої часу привода у бік підвищення та зниження удвічі. Оцінити чутливість систем до зміни якірного опору під впливом темпе­ратури та до можливих помилок при формуванні сигналів зворотних зв'язків.

5. Відносні значення активних опорів та індуктивностей частини якірного кола ТП-Д, з якого знімається сигнал зворотного зв'язку за напругою і яка примикає до двигуна:

наведені у табл.2.1.

 

Таблиця 2.1 – Варіанти завдань