Описание принципиальной схемы САУ

Принцип работы САР напряжения генератора

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема статической САР напряжения генератора.

 

Здесь обозначено

Г – генератор, якорь которого вращается от постороннего двигателя с постоянной угловой скоростью ω=const;

ОВГ – обмотка возбуждения генератора;

ЭМУ – электромашинный усилитель, предназначенный для усиления сигнала по току;

ОВ ЭМУ – обмотка возбуждения электромашинного усилителя;

ЭУ – электронный усилитель для усилений сигнала по напряжению;

R_н – сопротивление нагрузки генератора;

I_эму, I_г, I - токи, соответственно, в обмотках возбуждения ЭМУ, Г и в нагрузке;

П – потенциометр задания.

Здесь объектом управления ОУ является генератор со своей ОВГ, все остальные элементы схемы составляют регулирующее устройство РУ.

Цель САР – обеспечить поддержание постоянства напряжения генератора при изменении его нагрузки. Величина напряжения U_г, которую генератор должен поддерживать с некоторой точностью на своих зажимах, несмотря на колебания R_н, задается с помощью напряжения U_зд, снимаемого с потенциометра П.

Непосредственно из рис. 2 можно получить зависимости, которые понадобятся нам в дальнейшем:

U_Г = Е_г– I R_я и (1)

∆U = U_зд – U_г, (2)

где Е_г– ЭДС генератора,

R_я – сопротивление якорной цепи.

Из принципиальной схемы САР напряжения генератора получим функциональную схему. Начинать построение функциональной схемы рекомендуется с сумматора, который в принципиальной схеме представлен частью электрической схемы, предназначенной для сравнения сигналов U_зд и U_г. Полученный в соответствии с формулой (2) сигнал рассогласования ∆U поступает далее по цепочке – ЭУ, ЭМУ, Г. Выходной сигнал генератора по цепи отрицательной обратной связи поступает на сумматор. Отметим также, что на генератор воздействует возмущение R_н.

Рис. 3. Функциональная схема статической САР напряжения генератора.

 

В установившемся режиме напряжение генератора U_г, а, следовательно, и I_г, и I_эму постоянны.

Пусть в некоторый момент времени нагрузка на генератор скачкообразно изменится (допустим, ток нагрузки I скачком возрастёт). Из (1) видно, что в этом случае U_г в первый момент скачком уменьшится, а напряжение рассогласования ∆U согласно (2) скачком возрастёт. Этот сигнал ∆U после усиления будет в процессе регулирования восстанавливать упавшее в первый момент напряжение U_г. До какого значения будет подниматься этот сигнал U_г? Будет ли он равен после окончания переходного процесса напряжению U_зд? В статической САР – никогда. Действительно, в случае равенства U_г и U_зд согласно (2) ∆U будет равно нулю, а это означает, что и I_ЭМУ, и I_г и, самое главное, U_г должны быть равны нулю, что противоречит назначению САР – поддерживать с некоторой точностью постоянным заданное напряжение на зажимах генератора.

Таким образом, наличие в установившемся режиме статической ошибки ∆U≠0 является необходимым для функционирования системы. Именно эта ошибка ∆U после ее усиления электронным и электромашинным усилителями определяет величину U_г. Нетрудно понять, что величина этой статической ошибки обратно пропорциональна коэффициенту усиления прямой цепи (см. рис. 3), ибо, чем больше этот коэффициент усиления, тем меньше должна быть ошибка ∆U, чтобы получить требуемое U_г. Перейдем теперь к математической стороне дела.

Рассмотрим сначала отдельно взятый генератор без регулирующего устройства.

Следовательно, изменение напряжения на генераторе в установившемся режиме при изменения нагрузки от I = 0 до I = I_н без регулирующего устройства ∆U_{г без ру} (т.е. статическая ошибка, соответствующая указанному изменению нагрузки) будет

∆U _{г без ру} = U_гхх – U_гн = Е _г – Е_г + I _нR _н = I _нR _я. (3)

(4)

При номинальной нагрузке появляется статическая ошибка

. (5)

Из сравнения (3) и (5) ясно, что в САР напряжения генератора по сравнению с одиночным генератором (без регулирующего устройства) статическая ошибка уменьшается в (1 + k) раз. Рассмотрим статические характеристики САР генератора при наличии и отсутствии регулирующего устройства (рис. 4).

Рис. 4. Статические характеристики САР при наличии (2) и отсутствии (1) регулирующего устройства

 

Для удобства примем при холостом ходе , тогда статические характеристики САР при наличии и отсутствии регулирующего устройства начнутся при I = I_хх = 0 из одной точки.

Видно, что для различных значений нагрузки появляется различная по величине статическая ошибка (она растет с ростом тока нагрузки I), причем для САР с регулирующим устройством статическая ошибка значительно меньше, чем без регулирующего устройства. Из (5) ясно, что для уменьшения статической ошибки надо увеличивать коэффициент усиления системы k, имея, правда, в виду, что с ростом k уменьшается устойчивость системы.[1]