Составление структурной схемы

Требуется вычертить структурную схему тиристорного элек­тропривода постоянного тока в соответствии чертежом упрощенной принципиальной схемы электропривода (рис.2.1) и ее описанием.

На рис.2.2 дана структурная схема системы, функциональная схема которой изображена на рис.2.1. Двигатель представлен аста­тическим W_Я и интегральным W_M звеньями, охваченными отрица­тельной обратной связью по ЭДС двигателя, и безинерционным зве­ном W_Д, на который действует возмущающее воздействие I_С*R_Я, про­порциональное статическому моменту М_с (где I _c=M_c/k - ток статиче­ской нагрузки). Звенья тиристорного преобразователя W_TП, регуля­тора скорости W_pc и суммирующего усилителя W_y включены после­довательно в цепь основного воздействия. На суммирующий узел СУ подаются сигналы задатчика скорости U₃ и сигналы двух отри­цательных обратных связей - по скорости U_oc и по току U_T. В цепи обратной связи по скорости: W_TГ и W_ФТГ звенья датчика скорости (коэффициента передачи тахогенератора и фильтра); b_с - регулируе­мый коэффициент обратной связи по скорости. В цепи обратной свя­зи по току: W_ФДТ- звено, характеризующее коэффициент передачи датчика тока и фильтр датчика тока; b_т - регулируемый коэффици­ент обратной связи по току; УО - узел отсечки.

 

Динамические свойства системы будут рассмотрены в разделе 3 «Расчет динамически электропривода».

Рис.2.2. Структурная схема тиристорного электропривода постоян­ного тока.

2.2. Определение коэффициента обратной связи по скорости.

На основе структурной схемы системы (рис.2.2) для расчета обратной связи по скорости составим упрощенную структурную схему, принимая следующее:

- обратная связь по току не действует;

- рассматриваем установившийся режим работы (т.е. р—>0 и I_С=0);

- т.к. рассматриваем замкнутую систему электропривода, то структурную схему составляем для системы «преобразователь -двигатель».

Рис.2.3. Структурная схема для расчета коэффициента обратной свя­зи по скорости.

 

По упрощенной структурной схеме (рис.2.3) необходимо со­ставить систему уравнений, описывающую статические характери­стики электропривода, замкнутого отрицательной обратной связью по скорости [3,4]:

 

 

(2.1)

 

 

(2.2)

Здесь переменные: U₃ - задающее напряжение, В;

Е_п - выходная ЭДС тиристорного преобразователя, В;

w - угловая скорость вращения двигателя, рад/с;

R_э - эквивалентное активное сопротивление цепи «преобразователь-двигатель», Ом;

b_с - коэффициент рассчитываемой обратной связи по скорости;

k_TГ - коэффициент передачи тахогенератора, В*с/об;

к._дт - коэффициент передачи датчика тока, В/А;

k_y - коэффициент усиления суммирующего усилителя, В/В;

k_TП — коэффициент усиления тиристорного преобразователя, В/В;

k_pc - коэффициент усиления регулятора скорости, В/В;

k_Д - конструктивный коэффициент двигателя;

Уравнение (2.1) - это уравнение связи входа и выхода преоб­разователя, а (2.2) — уравнение связи выхода преобразователя и электрической части электродвигателя (якорной цепи системы «пре­образователь-двигатель»).

Решаем эту систему, подставляя в (2.1) уравнение (2.2)

 

(2.3)

В результате преобразований можно получить выражение для угловой скорости электропривода

(2.4)

 

 

Или, что то же самое

(2.5)

 

Так как в общем случае механическая характеристика элек­тропривода представлена, аналогично (2.5), выражением [1]

(2.6)

 

то из (2.5) можно записать

(2.7)

 

Уравнение стабилизации скорости в замкнутой системе как погрешность Dw определяется через погрешность в разомкнутой системе Dw_р. Погрешность в разомкнутой системе выражается фор­мулой

(2.8)

 

Отсюда, соответственно погрешность в замкнутой системе

(2.9)

 

Погрешность в замкнутой системе электропривода зависит от значений коэффициентов обратных связей и коэффициентов усиле­ния преобразователя и усилителя и тем ниже, чем выше значения указанных коэффициентов. Однако возможности используемых при этом обратных связей различны. Обратная связь по скорости являет­ся связью по выходному параметру и обеспечивает наибольшую точность стабилизации скорости (при k_y*k_TП—>oo, Dw—>0). Обратная связь по напряжению обеспечивает стабилизацию напряжения на якоре двигателя, компенсируя падение напряжения в силовой цепи преобразователя. Предельной жесткостью характеристики является жесткость естественной характеристики двигателя (при k_y*k_TП -->oo,

Dw—>I_Я*R_Э*k_Д). Положительная обратная связь по току, как связь по нагрузке двигателя, обеспечивает высокую точность стабилизации скорости (при k_y*k_TП*b_T/R_Э =1, Dw=0). Однако это возможно только в линейных системах. В реальных системах электропривода положи­тельная связь по току не обеспечивает высокой точности стабилиза­ции скорости из-за наличия нелинейностей в характеристиках уси­лителя и преобразователя, приводящих к криволинейности механи­ческих характеристик. Кроме того, система с положительной обрат­ной связью по току имеет малый запас устойчивости и повышает склонность системы к колебаниям [1].

Введем следующие понятия:

dр=Dwр/w_0mах - статизм разомкнутой системы по отношению к максимальной скорости идеального холостого хода (2.10);

d₃=Dw₃/w_{0 min} - стататизм замкнутой системы (заданный статизм) по отношению к минимальной скорости холостого хода (2.11);

D=w_{0 max} / w_{0 min} - заданный диапазон регулирования скорости

(2.12).

Преобразуя (2.9) получаем выражение

(2.13)

 

Выражаем отсюда коэффициент обратной связи по скорости

(2.14)

 

Обычно, для последующей корректировки, полагают, что k_pc= 1

и k_y=l [10], тогда

(2.15)

 

Для расчета коэффициента усиления обратной связи по скоро­сти необходимо взять d_Р из (1.36) и d₃=d_{т р е б} из табл. 1.6.