Замкнутые системы автоматизированного электропривода. АЭП с отрицательной обратной связью по скорости.

Анализ показывает, что жесткость механических характеристик электропривода с вентильным преобразователем относительно мала. В связи с этим, с целью расширения диапазона регулирования скорости в системах вентильного электропривода постоянного тока, могут использоваться обратные связи, а именно положительная по току якоря, либо отрицательные по скорости и по напряжению. Система АЭП с отрицательной обратной связью по скорости представлена на рисунке 11.1. На рисунке РС – регулятор скорости с коэффициентом усиления К_РС, ДС - датчик скорости с передаточным коэффициентом к_дс. На сумматоре алгебраически складываются напряжения задания по скорости U_зс и напряжения от датчика скорости U_дс. Напряжение управления равно

U_y = (U_зс – U_дс)× к_рс. (11.1)

ЭДС преобразователя уравновешивается ЭДС двигателя и падением напряжения на эквивалентном сопротивлении

Е_п = U_у × к_п = Е + I× R_Э, (11.2)

где Е = k× Ф_н× ω - ЭДС якоря ДПТ;

К_П – коэффициент усиления преобразователя.

Напряжение датчика скорости пропорционально частоте вращения якоря двигателя

U_дс = к_дс× ω. (11.3)

Совместное решение уравнений (11.1), (11.2) и (11.3) дает выражение (11.4) для электромеханической характеристики привода с отрицательной обратной связью по скорости

(U_зс – к_дс× ω)× к_рс× к_п = k× Ф_н× ω + I× R_Э,

U_зс× к_рс× к_п + к_дс× ω × к_рс× к_п = k× Ф_н× ω + I× R_Э,

(11.4)

где К_д = 1/kФ_Н – коэффициент передачи двигателя.

40. Замкнутые системы автоматизированного электропривода. АЭП с обратной связью по току.

Анализ показывает, что жесткость механических характеристик электропривода с вентильным преобразователем относительно мала. В связи с этим, с целью расширения диапазона регулирования скорости в системах вентильного электропривода постоянного тока, могут использоваться обратные связи, а именно положительная по току якоря, либо отрицательные по скорости и по напряжению. Система АЭП с отрицательной обратной связью по скорости представлена на рисунке 11.1.

На рисунке РС – регулятор скорости с коэффициентом усиления К_РС, ДС - датчик скорости с передаточным коэффициентом к_дс. На сумматоре алгебраически складываются напряжения задания по скорости U_зс и напряжения от датчика скорости U_дс. Напряжение управления равно

U_y = (U_зс – U_дс)× к_рс. (11.1)

ЭДС преобразователя уравновешивается ЭДС двигателя и падением напряжения на эквивалентном сопротивлении

Е_п = U_у × к_п = Е + I× R_Э, (11.2)

где Е = k× Ф_н× ω - ЭДС якоря ДПТ;

К_П – коэффициент усиления преобразователя.иНапряжение датчика скорости пропорционально частоте вращения якоря двигателя

U_дс = к_дс× ω. (11.3)

Совместное решение уравнений (11.1), (11.2) и (11.3) дает выражение (11.4) для электромеханической характеристики привода с отрицательной обратной связью по скорости

(U_зс – к_дс× ω)× к_рс× к_п = k× Ф_н× ω + I× R_Э,

U_зс× к_рс× к_п + к_дс× ω × к_рс× к_п = k× Ф_н× ω + I× R_Э, (11.4)

где К_д = 1/kФ_Н – коэффициент передачи двигателя.

На рисунке 11.2 представлены естественная и искусственные статические характеристики ЭП с ООС по скорости. В замкнутой системе снижение скорости

и при к_дс× к_рс× к_п = 0 соответствуют разомкнутой системе. При к_дс× к_рс× к_п → ¥ (т.е. при очень большом коэффициенте усиления) можно получить абсолютно жесткие характеристики (∆ ω = 0). Такие же характеристики можно получить при интегральном регуляторе скорости.

На рисунке 11.3 представлена схема ЭП с обратной связью по току.

Напряжение управления и ЭДС преобразователя определяются, как

U_y = (U_зТ ± U_дТ)× к_рТ, (11.5)

Е_п = U_у × к_п = Е + I× R_Э. (11.6)

Напряжение датчика тока пропорционально току якоря двигателя

U_дТ = к_дТ× I = β × I× R_Э.. (11.7)

Совместное решение уравнений (9.5), (9.6) и (9.7) дает выражение (9.8) для электромеханической характеристики привода с положительной или отрицательной обратной связью по току

, (11.8)

где (+) – для положительной ОС, (-) – для отрицательной ОС.

При положительной обратной связи по току снижение скорости

,

и при к_дТ× к_рТ× β = 0 соответствует разомкнутой схеме, при к_дТ× к_рТ× β = 0 характеристика будет абсолютно жесткой, а при к_дТ× к_рТ× β → ∞ - ∆ ω → -∞ (отрицательная жесткость).

Положительная обратная связь по току делает характеристики более жесткими, чем те же характеристики в разомкнутой системе (см. рисунок 11.4).Отрицательная обратная связь по току обеспечивает перепад скорости

и применяется для реализации мягких характеристик ЭП. При к_дТ× к_рТ× β = 1 характеристика будет соответствовать разомкнутой системе, а при к_дТ× к_рТ× β → ∞ - ∆ ω → ∞ (абсолютно мягкая). В одноконтурных системах АЭП отрицательная обратная связь, как правило, применяется задержанная, т.е. вступает в работу при определенной токовой нагрузке. Для задержания ОС применяется стабилитрон.

41.Двухконтурная система электропривода с отрицательной обратной связью по скорости и отсечкой (задержанной обратной связью) по току.

С целью огра­ничения тока в вентильном преобразователе и якоре дви­гателя может использоваться задержанная отрицательная обратная связь по току (токовая отсечка). В этом случае электропривод имеет экскаваторную характеристику. На рисунке 11.5 представлена функциональная схема двухконтурной системы электропривода с отрицательной обратной связью по скорости и отсечкой (задержанной обратной связью) по току.

В зависимости от величины тока якоря, возможны два режима работы привода:

а) I < I_отс, ½ U_дт½ < U_{ст VD}.

В рабочем диапазоне тока работает только одна отрицательная обратная связь по скорости (сигнал ОС по току не поступает на усилитель).Тогда параметры и характеристики (при R_зс = R_дс) описываются уравнениями (11.1 – 11.4);

б) I > I_отс, ½ U_дт½ > U_{ст VD}.

В этом диапазоне тока одновременно на входе регулятора скорости действуют два сигнала ОС:

- сигнал по скорости, который стремится сделать скоростную

характеристику более жесткой;

- сигнал по току, который стремится сделать скоростную характеристику более мягкой.

Для получения требуемой характеристики должна преобладать ОС по току. Сигнал управления становится равен

U_y = (U_зс – U_дс – U_дт + U_ст)× к_рс (11.9)

где U_ДТ = b× I× R_Э - сигнал датчика тока;

U_СТ – напряжение пробоя стабилитрона.

Решая совместно уравнения (11.2), (11.3) и (11.5), получим выражение (11.10) для второго участка электромеханической характеристики привода при наличии обратных связей по скорости и по току

[U_зс – ω × к_дс – b× I× (R_a + R_п) + U_ст]× к_рс× к_п = с_е× Ф_н× ω + I× (R_a + R_п),

. (11.10)

Статические характеристики двухконтурной системы АЭП с отрицательной ОС по скорости и отсечкой по току представлены на рисунке 11.6.

Для того, чтобы сформировать такую характеристику, необходимо рассчитать параметры

преобразователя, датчиков скорости и тока, регуляторов, что составляет содержание РГР.

42. Переходные процессы в электроприводе при L=0 и изменениях воздействующих факторов скачком. M_С=const, M ≡ ω.

в) M_С=const, M ≡ ω (рисунок 12.3)

Уравнение линейной механической характеристики двигателя с отрицательной жесткостью (например, ДПТ НВ) может быть записано, как

, (12.4)

или

, (12.5)

где β =dM/dω – жесткость механической характеристики, для линейной характеристики β =∆ M/∆ ω.

Из (12.5) и (12.1) получаем

,

или

Подставив в (12.1) значение dω /dt, полученное из (12.4), получим

,

43. Переходные процессы в электроприводе при L=0 и изменениях воздействующих факторов скачком. M_С, M нелинейны.

В этом случае можно воспользоваться одним из итерационных методов. Для примера приводим графо – аналитическую интерпретацию пуска АД.

Статическая механическая характеристика АД М(s) строится по формуле Клосса (5.9) в диапазоне скольжений от 1 до 0 (двигательный режим). Далее рассчитывается и строится кривая динамического момента (рисунок 12.4)

,

которая разбивается на n участков. На каждом участке динамический момент равен М_динi. Переходя от бесконечно малых приращений к конечным приращениям, уравнение движения (3) записываем для i – го участка, как

,

время пуска на каждом участке

.

Рисунок 12.4