Радиоэлектроника
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)

СИНТЕЗ КОНТУРА ТОКА

Структурная схема контура тока с двигателем постоянного тока дана на рис. 10.1:

Структурная схема контура тока ДПТ.

Рис. 10.1. Структурная схема контура тока ДПТ.

Передаточная функция разомкнутой САР

.

Передаточная функция звена, отражающего влияние противоЭДС двигателя .

Если корни ТД1, ТД2 (см. § 5.1) вещественные или равны (ТЭМ³4ТЯЦ), то ЛАХЧ звена, отражающего влияние противоЭДС, изображена на рис. 10.2.а. Чем больше соотношение ТЭМ /ТЯЦ,, тем ближе Тд1 к Тэм, а Тд2 стремится к Тяц.

Для комплексных корней ;

; .

ЛАЧХ звена, отражающего влияние противоЭДС, в этом случае представлена на рис. 10.2.б.

ЛАЧХ звена, отражающего влияние противоЭДС а)

 

 

 

 

 

ЛАЧХ звена, отражающего влияние противо ЭДС б)

Рис. 10.2. ЛАЧХ звена, отражающего влияние противо ЭДС: а – при ТЭМ≥ЯЦ ; б - ТЭМ < 4ТЯЦ.

ЛАЧХ контура тока без учета противоЭДС представлена на рис.10.3, а, с учетом - на рис. 10.3, б, где :

ЛАЧХ контура тока: а)

 

 

 

 

ЛАЧХ контура тока: б)

б)

Рис. 10.3. ЛАЧХ контура тока: а) - без учета, б) - с учетом противо ЭДС.

Из рисунка 10.3. следует, что влияние ЭДС начинает сказываться на частоте . Как правило, частота среза контура тока лежит значительно правее сопрягающей частоты , т. е. влияние э. д.с. сказывается на низкочастотной части ЛАХЧ (в переходных процессах, близких к установившимся). Поэтому обычно пренебрегают влиянием противоЭДС при расчете параметров регулятора тока.

Регулятор тока может быть П, И, ПИ – регулятором. Синтез параметров регуляторов можно провести по стандартной методике, предложенной ранее.

Результирующие выражения для токового контура приведены в табл. 10.1, где:

- Тп – постоянная времени силового преобразователя (для тиристорных преобразователей с);

- Тm - эквивалентная малая постоянная токового контура

- Тф - малая постоянная времени фильтров датчика тока, регулятора и др.;

- аТ, вТ – параметры настройки контура тока на требуемое качество переходных процессов.

Из приведенных выражений табл. 10.1 следует:

– П-регулятор обеспечивает наибольшее быстродействие;

– И-регулятор позволяет иметь высокую помехозащищенность и плавность изменения тока якоря, что бывает полезно в экскаваторных электроприводах и им подобным.

– ПИ-регулятор обеспечивает астатизм в статике и достаточно высокое быстродействие, имеет наибольшее распространение.

В табл. 10.1 приведены две настройки ПИ–РТ. Первая настройка на МО, наиболее часто встречающаяся, обеспечивает простые выражения для расчета параметров регуляторов, хорошие статические и динамические показатели. Вторая настройка, близкая к СО, обеспечивающая подъем низкочастотной части ЛАЧХ, имеет ряд недостатков. Это прежде всего сложные выражения для расчета параметров, появление резонансного пика в ЛАХЧ замкнутой САР, перерегулирование по управлению.

При расчете R-C элементов регуляторов вначале задаются величиной С, поскольку ряд номиналов керамических емкостей ограничен. Обычно величина (оптимально 0,5 ÷ 1 мкф).

В таблице дается рекомендация принимать . В этом случае коэффициенты усиления по заданию и по обратной связи равны ().

Это упрощает выражения при расчете следующих контуров. Данная рекомендация отражает факт, что в системах управления номинальные сигналы с датчиков, с задающих органов, с выхода регуляторов принимаются нормированными ± 10 В.

Настройки контура тока. Таблица 10.1. Скачать Таблицу 10.1 в Word

После расчета R-C элементов регулятора тока эти элементы устанавливаются на плате регуляторов, производится опытная наладка динамических процессов в контуре тока. Обычно производится подбор элементов, изменяя их номиналы плавно или ступенчато. Лучше настраивать регуляторы, в которых интегральная и пропорциональная составляющие разнесены (рис.10.4 ).

Раздельная настройка параметров регулятора тока: а)

 

 

 

 

 

 

; ;

Раздельная настройка параметров регулятора тока: б)

; ;

Рис. 10.4. Раздельная настройка параметров регулятора тока: а) - параллельное включение ОУ; б) - последовательное включение ОУ

Рекомендуется запомнить несколько правил настройки ПИ– регулятора:

а) сначала настраивается пропорциональная составляющая регулятора (емкость шунтуется). Этим подбирается требуемая частота среза и быстродействия САР. Затем настраивается интегральная составляющая, начиная с больших емкостей.

б) При уменьшении RТ уменьшается постоянная изодрома и коэффициент регулятора;

При уменьшении RОТ увеличивается коэффициент усиления контура;

При уменьшении СТ уменьшается постоянная изодрома;

При уменьшении RЗТ увеличивается масштаб по заданию и коэффициент усиления в следующим контуре.

в) Изменение только коэффициента усиления регулятора удобно потенциометром по схемам рис. 10.5.

Схемы настройки коэффициента усиления регулятора. а) Схемы настройки коэффициента усиления регулятора б)

а). уменьшение КУ.                           б). увеличение КУ

Рис.10.5. Схемы настройки коэффициента усиления регулятора.

Более подробно влияние изменения параметров регулятора тока на переходные процессы представлены в таблице 10.2. В исходной схеме принят регулятор тока с передаточной функцией

при Трт = 0,05с, Тμ= 0,01с.

Ограничение тока якоря

Как рассмотрено в предыдущих параграфах, ограничение величины тока в контуре тока можно обеспечить:

- ограничением величины управляющего сигнала на входе контура тока, т. е. ограничением выходного сигнала предыдущего регулятора;

- применением задатчиков интенсивности при М С = const.

В одноконтурных системах (без контура тока якоря) можно использовать и другие способы, которые используются на практике:

1. Токовая отсечка (задержанная отрицательная обратная связь по току) (рис. 10.6)

Структурная схема одноконтурной САР по скорости и токовой отсечкой для ограничения тока.

Рис. 10.6. Структурная схема одноконтурной САР по скорости и токовой отсечкой для ограничения тока.

Влияние изменения параметров регулятора тока на ЛАЧХ и переходную характеристику контура тока. Таблица 10.2. Скачать Таблицу 10.2 в Word (3 листа)

Обратная связь по току включается при IЯЦ ³ Iотс, ограничивая выходное управляющее Uу регулятора. Однако для систем ТП-Д подобная связь неэффективна. За период дискретности может возникнуть ток, значительно больше допустимого, а ограничение его произойдет только в следующем периоде управляемости. В системах Г-Д такая структура ранее широко применялась.

2. Упреждающее токоограничение (рис. 10.7)

В статике в якорной цепи выполняется условия

, .

Необходимо ввести ограничение на разность напряжения задания Еd и противоЭДС ЕЕ, чтобы ограничить величину Еd – EE ≡ IЯ RЯЦ. Требуется выполнить условие . Это выполняется в схеме рис. 10.7

Если напряжение на стабилитронах превысит , выход Wрег шунтируется, не позволяя подавать на СИФУ управление, недопустимое по возможному току якоря в этом случае. В установившихся режимах данный метод обеспечивает хорошие результаты. Но в динамике ток якоря нарастает медленно (нет форсировки по управлению). Кроме того, при нелинейности характеристики Ed=f(UУ) не во всем диапазоне регулирования величина IЯ ДОП одинакова.

Структурная схема одноконтурной САР скорости с упреждающим токоограничением.

Рис. 10.7. Структурная схема одноконтурной САР скорости с упреждающим токоограничением.

Рассмотрим ограничение по производной тока якоря в контуре тока. Для двигателей постоянного тока со сплошным ярмом магнитопровода максимально допустимый по условиям коммутации темп изменения тока якоря составляет 15-25 IН / с (номинальных значений тока якорной цепи за секунду). Для двигателей с шихтованным магнитопроводом допускается 50 Iн / с и более.

Переходная характеристика в контуре тока с ПИ-РТ

.

Производная тока якоря

.

Вторая производная тока якоря в момент максимума первой производной равна нулю

.

Максимальная величина производной достигается при t = и равна

При IЯ max = 2IН и Tμ = 0,01 с

Таким образом, при пуске, как правило, требуется обязательная проверка по максимальной допустимой производной тока якоря, особенно для машин, не предназначенных для работы с полупроводниковыми преобразователями.

Если проверка показывает, что максимум возможной производной тока превышает допустимый уровень, для ограничения производной тока используются способы:

- увеличение Тμ (но уменьшается быстродействие контуров тока и скорости);

- применение фильтра на входе контура тока (но уменьшается быстродействие контура скорости);

- применение задатчиков интенсивности 1-го и 2-го рода или фильтра на входе регулятора скорости.

Последний способ самый употребляемый.