Синтез системы автоматического регулирования

Применение замкнутых систем существенно улучшает статические и дина­мические характеристики асинхронных ЭП с импульсным регулированием в цепи выпрямленного тока ротора. Появляется возможность регулирования, как скоро­сти, так и момента двигателя по необходимому закону, в различных режимах его работы. Скорость асинхронного ЭП с импульсным регулированием в цепи вы­прямленною тока ротора может контролироваться непосредственно, например, с помощью тахогенератора или косвенным путем через напряжение на выходе ро­торного выпрямителя и выпрямленный ток ротора. В связи с тем, что установка тахогенератора на асинхронном ЭД с контактными кольцами вызывает опреде­ленные затруднения, в ряде случаев предпочтительным является второй вариант.

Для стабилизации скорости рассматриваемого ЭП можно воспользоваться комбинацией обратных связей (ОС) по току I_d и напряжению U_d исходя из урав­нения для первого режима работы выпрямителя:

E_d0 × s = R_э × I_d + k × L_др × I_d + U_d,

где R_э - эквивалентное внутреннее сопротивление роторного выпрямителя в первом режиме коммутации;

R_э = [3x₂×s/p + k(r’₁s + r₂)];

где k – коэффициент, характеризующий изменение внутреннего сопротивления, выпрямителя;

Приняв R_э = const, k = const, получим

S = [R_э(T_эp + 1)I_d + U_d] / E_d0, где T_э = k×L_д / R_э

Следовательно,

w = w_с ×

Таким образом, для получения сигнала обратной связи, характеризующего скорость двигателя, необходимо иметь сигналы по выпрямленному напряжению U_d и выпрямленному току I_d, причем в цепь ОС по току должно быть включено форсирующее звено с постоянной двигателя Т_эф, равной электромагнитной посто­янной двигателя Т_э.

Преобразовав последнее выражение к виду:

и умножив все члены выражения на k_u получим уравнение для сигнала обратной связи в системе управления:

U_ос = U_б × w / w_с = k_u × E_d0 – [k_i (T_э×p+ 1) × I_d + k_u × U_d],

где U_б – базисное напряжение схемы управления, зависящее от применяемых в схеме элементов;

k_u – коэффициент усиления датчика напряжения роторного выпрямителя;

k_i – коэффициент усиления датчика тока роторного выпрямителя;

k_u = U_б / E_d0;

k_i = k_u R_э =

Так как величина R_э и Т_э двигателя в действительности изменяются при из­менении скольжения s и нагрузки,, характеризуемой коэффициентом k, то при не­изменных параметрах цепи ОС k_i и Т_эф точная настройка сигнала ОС по скорости возможна лишь в одной точке механической характеристики, где Т_э = Т_эф. В дру­гих точках Т_э ¹ Т_эф и сигнал U_oc будет характеризовать скорость двигатля с неко­торой ошибкой.

При применении для стабилизации скорости ЭП комбинации обратных свя­зей по току I_d и напряжению U_d удобнее контролировать скольжение двигателя, а не его скорость. Это упрощает как реализацию схемы управления, так и уменьша­ет объем математического описания.

Уравнение для сигнала ОС по скольжению в этом случае имеет следующий вид

U_s = U_б×s = k_i (T_эф × p + 1) × I_d + k_u ×U_d.

Функциональная схема асинхронного ЭП с импульсным регулятором в цепи выпрямленного тока ротора, реализующая в режиме стабилизации скорости ре­лейное управление коммутатором при ОС по скольжению, получаемой суммиро­ванием сигналов U_u и U_i приведена на рис.2.8, где сигнал U_s получаегся сумми­рованием сигнала по выпрямленному напряжению U_u = k_u U_d, снимаемого с по­тенциометра RP, с сигналом по выпрямленному току и его производной

U_i = k_i × (T_эфp + 1) ×I_d,

который формируется из сигнала по выпрямленному току, снимае­мого с шунта RS, посредством форcирующего звена с постоянной времени Т_эф.

Рис. 2.8 Функциональная схема асинхронного ЭП с импульсным регулятором в цепи выпрямленного тока ротора

В роторную цепь асинхронного ЭД включен неуправляемый трехфазный мостовой выпрямитель UZ, к выходу которого последовательно с дросселем L подключено R или RC-цспь, периодически шунтируемая коммутатором UR- В ка­честве UR может быть использован транзисторный коммутатор.

Система автоматического регулирования координат ЭП содержит два кон­тура: внутренний релейный контур регулирования выпрямленного тока ротора и наружный контур регулирования скольжения двигателя. Если сигнал ОС по вы­прямленному току ротора U_i, снимаемый с шунта RS, достигает заданного уровня токоограничения U_iз, то на выходе релейного элемента А2 появится сигнал, кото­рый пройдя через формирователь импульсов A3, подает запрет на транзистор IGBT. Выпрям­ленный ток ротора при этом начнет уменьшаться и при каком-то его уровне, когда U_i станет меньше U_iз, релейный элемент возвратится в исходное состояние, отпи­рая транзистор IGBT. Ток ротора опять будет, увеличивается, и процессы повторя­ются. Регулируя гистерезис релейного элемента, при данных параметрах схемы можно ограничить максимальную величину частоты коммутации транзистора IGBT в режиме релейного токоограничения при формировании вертикальных участков статиче­ских характеристик ЭП. В режиме стабилизации скорости ЭП уставка токоограничения не остается постоянной, а является функцией скольжения. Величина уставки токоограпичеиия определяется сигналом U_iз получаемым при прохождении сигнала управления U_y через усилитель с ограничением Al. Сигнал Uy формиру­ется путем алгебраического суммирования сигналов задания и ОС по скольже­нию. Сигнал по скольжению U_s получается суммированием сигнала по выпрям­ленному напряжению U_u, снимаемого с потенциометра RP, с сигналом по вы­прямленному току и eго производной U_i, который формируется посредством шун­та RS и форсирующего звена с постоянной времени Т_ф.

Влияние задающего напряжения U_sз на вид статических характеристик показано на рис. 2.9.

Рис.2.9 Статические характеристики

Задающим напряжениям U_sз1 > U_sз2 соответствует скорости w_з1 < w_з2 при которых U_y = 0 и коммутатор заперт. При шунтируемой RC-цепи этому состоя­нию соответствуют скорости w_з1 и w_з2, являющимися скоростями идеального хо­лостого хода. В случае шунтирования R-цепи запертому состоянию коммутатора соответствует реостатная характеристика с R_доб = R, на которой находятся w_з1 и w_з2.

При увеличении нагрузки на валу скорость двигателя уменьшается, сигналы U_s, U_y, U_iз и соответственно средние значение выпрямленного тока ротора и мо­мента двигателя увеличиваются, и таким образом формируются жесткие участки статических характеристик; I и II - для шунтируемой RC-цепи и I’ и II’ - для шун­тируемой R-цепи.

Когда напряжение U’_i, пропорциональное выпрямленному току I_d достигнет значения U_iз в действие вступает контур токоограничения, который поддерживает постоянство заданного значения выпрямленного тока ротора I_dз по релейному принципу, формируя вертикальную характеристику III.

2.4 Расчёт и построение статических характеристик замкнутой системы

Для расчета характеристик в замкнутой системе необходимо определить координаты двух точек, через которые должна пройти механическая характери­стика пониженной скорости, исходя из требований предъявляемых к рассматри­ваемому электроприводу и статическом перепаде не более 10%, при изменении нагрузки от 0 до М_ном .

Скорость пониженной характеристики при М = 0:

w_{0_пон} = 14 c^-1

Координаты первой точки:

M₁ = 0; w₁ = w_{0_пон}

Скорость пониженной характеристики при М =М_н, исходя из статического перепада 10%;

w₂ = w_{0_пон} – 0,1w_{0_пон}= 14-1,4 = 12,6 c^-1

Координаты второй точки:

M₂ = M_ном;

Расчет статической механической характеристики ЭП производится сле­дующим образом:

Определяются значения выпрямленного тока ротора I_d1 и I_d2 соответствую­щие координатам двух заданных точек |M₁; s₁] и [М₂; S₂], через которые должна пройти механическая характеристика.

Принимается базисное напряжение схемы управления и рассчитываются коэффициенты k_u и k_i причем k_i рассчитывается для одного значения R_э соответствующего 1^oй или 2^ой точке и принимается в дальнейшем неизменным. Постоянная времени форсирующего звена в цепи ОС по току принимается равной Т_э в этой же точке.

Определяется необходимый коэффициент усиления схемы, исходя из координат заданных точек механической характеристики:

k_у = (I_d2 – I_d1) / (U_у2 – U_у1).

В свою очередь:

U_у = U_s – U­_sз = k_iI_d + k_uU_d – U_sз.

Подставив в выражение с k_у значения U_у1 и U_у2, получим:

k_у = (I_d2 – I_d1) /(k_i (I_d2 – I_d1) + k_u (U_у2 – U_у1)),

или с учетом соотношения:

U_d = E_dks – k (r₁’ s + r₂) I_d – 2 U_в,

где для первого режима работы выпрямителя:

E_dk = E_d0 – 3 x₂I_d / p;

В итоге получим:

Находится величина задающего напряжения по формуле:

.

При известном коэффициенте усиления для j ^ой точки статической характеристики может быть найдено уравнение для скольжения в таком виде:

.

Задаваясь рядом значений I_dj и определяя коэффициент k и момент двигателя, можно найти соответствующие значения скольжения двигателя и по полученным данным построить искомую механическую характеристику ЭП.

Статические характеристики замкнутой и разомкнутой систем представлены на рис.2.10. Построение см. приложение 3.

Рис.2.10 Статические характеристики замкнутой и разомкнутой систем

Выводы: В данной главе была разработана принципиальная схема силовой части электропривода и произведен выбор ее основных элементов. Были расcчитаны статические характеристики разомкнутой системы. Так как они не удовлетворяют требованиям жесткости, была разработана замкнутая система. В замкнутой системе были получены характеристики двигательного режима и режима динамического торможения с самовозбуждением. Полученные характеристики удовлетворяют заданным требованиям.

Дата добавления: 2015-08-18