Автоматизированное управление ЭП. Понятие замкнутых и разомкнутых систем управления. Обратные связи в ЭП.

Возможны два способа регулирования скорости электропри­вода: параметрический и с помощью обратных связей в разомкнутых системах. Первый способ предусматривает получение искусственных механических характеристик с помощью изменения параметров электродвигателя или его цепей, второй обеспечивает формирование требуемых механических характеристик с помощью различных обратных связей (по току, скорости, моменту).

Регулирование скорости электропривода характеризуется рядом показателей.

Диапазон регулирования указывает возможные при данном способе пределы изменения скорости.

Точность регулирования определяется возможными отклонениями скорости от ее заданного значения под воздействием возмущающих факторов.

Плавность регулирования характеризуется числом значений регулируемой скорости, реализуемых в данном диапазоне.

Стабильность частоты вращения определяется диапазоном ее изменения при заданном отклонении момента статической нагрузки. Показатель стабильности зависит от жесткости механической характеристики (чем выше жесткость, тем выше стабильность).

Экономичность регулирования оценивается затратами на сооружение привода и его эксплуатацию. Экономичность является комплексным показателем, отражающим производительность привода, его надежность, затраты энергии при регулировании.

Допустимая нагрузка — это наибольшее значение момента статической нагрузки, который двигатель способен продолжительно развивать на любой искусственной характеристике, не перегреваясь.

В простых системах управления электроприводом применя­ются разомкнутые структуры, не содержащие обратных связей между исполнительными и управляющими органами. Такие си­стемы применяются при невысоких требованиях к показателям регулирования параметров движения исполнительных органов рабочих машин.

На рис. 1 приведена схема разомкнутой системы регули­рования скорости электропривода с ДПТ НВ. Якорь двигателя подключен к выходу управляемого выпрямителя УВ, получаю­щего питание от трехфазной сети переменного тока. Выходное напряжение выпрямителя Uув устанавливается с помощью задатчика Rз Контроль частоты вращения вала электродвигателя осуществляется по измерительному прибору (ИП), получающе­му питание от тахогенератора (ТГ), механически связанного с валом электродвигателя. Отклонение скорости электроприво­да от заданной при изменении нагрузки на валу двигателя уста­навливается оператором вручную с помощью задатчика.

Разомкнутые приводы, осуществляющие параметрическое регулирование, просты по исполнению, но не обеспечивают ста­бильность частоты вращения вала двигателя при изменении на­грузки и имеют малый диапазон регулирования скорости.

Если необходим широкий диапазон регулирования, схему электропривода усложняют введением одной или нескольких обратных связей, переходя таким образом к замкнутой системе регулирования.

Замкнутые структуры электроприводов строятся по принципу компенсации возмущения и отклонения (по принципу обратной связи). Схема замкнутой структуры электропривода с компенсацией возмущения представлена на рис. 2, где приняты следующие обозначения: U_з.с — задающий сигнал скорости; U_м=k_мМ_c — сигнал, пропорциональный моменту нагрузки Мс; U_∆ — суммарный сигнал

управления, который автоматически изменяется в нужную сторону при колебаниях момента нагруз­ки, обеспечивая с помощью системы управления поддержание скорости электропривода на заданном уровне.

Электропривод, построенный по схеме, приведенной на рис. 2, эффективен, но требует применения надежных дат­чиков вращающего момента.

Большинство замкнутых структур управления строится по прин­ципу отклонения. Пример автоматического регулирования ско­рости по отклонению с ОС по скорости показан на рис. 3, где приняты следующие обозначения: U_oc=k_ocω — сигнал обратной связи, который вычитается из U_з.с; U_∆ — суммарный сигнал управления, который автоматически изменяется в зависимости от рассогласования сигнала задания скорости и сигнала ОС и с помощью системы управления электроприводом устраняет отклонение скорости.

Обратные связи, применяемые в электроприводе, делятся на положительные и отрицательные, жесткие и гибкие, линейные и нелинейные.

Положительной называется такая ОС, сигнал которой на­правлен согласно (складывается) с заданием, в то время как сигнал отрицательной ОС направлен встречно ему.

Жесткая ОС действует в установившемся и переходном ре­жимах работы электропривода. Сигнал гибкой ОС вырабатыва­ется только в переходных режимах и служит для обеспечения требуемого их качества, например устойчивости движения, до­пустимого перерегулирования и т.д.

Линейная ОС характеризуется пропорциональной зависимо­стью между регулируемой координатой и сигналом обратной связи; при реализации нелинейной зависимости эта связь нели­нейна.

В зависимости от вида регулирования координаты в электро­приводе применяются ОС по скорости, положению, току, на­пряжению, моменту и т.д.

В замкнутой системе регулирования скорости ДПТ НВ (рис. 4) тахогенератор включен в цепь управления УВ после­довательно с управляющим напряжением U_упр, в результате чего образуется отрицательная обратная связь по скорости. Ток, созда­ваемый тахогенератором, направлен встречно току управления, и в цепи управления действует разность напряжений, U_ТГ — напряжение тахогенератора, пропорциональное частоте враще­ния вала ДПТ.

Потенциометром (задатчиком) R₃ устанавливается такое значение ∆ U, при котором обеспечивается необходимая частота вращения. В дальнейшем система автоматически поддерживает с определенной погрешностью заданную частоту вращения. Так, при возра-

стании момента сопротивления на валу ДПТ его скорость уменьшается, что приводит к уменьшению ЭДС тахогенератора; при этом ∆ U возрастает и увеличивает выходное напряжение U _УВ управляемого выпрямителя. Соответственно возрастают напряжение на якоре ДПТ и частота его вращения. Процесс возрастания скорости будет продолжаться тех пор, пока ∆ U и скорость вала двигателя не достигнут заданных значений. Аналогичные процессы происходят при уменьшении нагрузки на валу.