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

ДВУХЗОННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ

В двигателе постоянного тока скорость можно регулировать двумя способами – изменяя напряжение UД или изменяя поток Ф. До номинальной скорости wН регулирование происходит за счет UДВ, выше основной – за счет Ф.

В первой зоне Ф = const, IМАХ = const; ММАХ = const, UДВ ≅ ЕДВ ≡ w ≡ Р.

Во второй зоне UДВ ≈ ЕДВ ≈ const, IМАХ = const, РМАХ = М·w = const, .

Параметры ЭП при двухзонной работе

Рис. 13.1. Параметры ЭП при двухзонной работе.

Вторая зона – работа с постоянной мощностью, то есть при увеличении скорости уменьшается МС. Этот режим реализуется для главного электропривода в токарных станках, где требуется примерно постоянная мощность резания (рис.13.1.).

Наибольшее распространение в двухзонных САР скорости нашел способ зависимого управления потоком двигателя. В 1-ой и 2-ой зоне задается и поддерживается главная величина – скорость. Поток в 1-ой зоне постоянен, во 2-ой зоне регулируется из условия постоянства ЭДС двигателя .

В этом случае переходные процессы при пуске имеют вид, представленный на рис. 13.2 (регуляторы тока и скорости работают с максимально выходным сигналом – в ограничении).

Переходные процессы в САР скорости с задатчиком интенсивности представлены на рис. 13.3.

Переходные процессы при ступенчатом пуске САР скорости с ДПТ и двухзонным регулированием скорости

Рис. 13.2. Переходные процессы при ступенчатом пуске САР скорости с ДПТ и двухзонным регулированием скорости

Переходные процессы при пуске САР скорости с задатчиком интенсивности и двухзонным регулированием скорости.

Рис. 13.3. Переходные процессы при пуске САР скорости с задатчиком интенсивности и двухзонным регулированием скорости.

Структурная схема системы двухзонного регулирования скорости.

Рис. 13.4. Структурная схема системы двухзонного регулирования скорости.

Структурная схема системы двухзонного регулирования скорости представлена на рис.13.4. При работе в первой зоне САР скорости превращается в обычную двухконтурную с регуляторами тока и скорости при Ф = const.

Во второй зоне при ЕД = ЕД. МАХ выставляется ограничение регулятора э. д.с. (Б02). Kонтур э. д.с. будет стремиться сохранить ЕД = const, то есть с ростом w уменьшается iВ, Ф.

Каким образом реализовать датчик э. д.с. двигателя – внутренней координаты двигателя?

ЭДС можно определить косвенно:

,

где RЯ, ТЯ – параметры самого двигателя (но не якорной цепи). Для получения информации об э. д.с. нужно брать производную по току двигателя. Это физически не реализуемо. Реально получить сигнал:

(1)

Реализация контуров тока возбуждения и э. д.с. представлена на рис.13.5.

Принципиальная схема реализации контуров тока возбуждения и ЭДС

Рис. 13.5. Принципиальная схема реализации контуров тока возбуждения и ЭДС.

Датчики стремятся выполнить так, чтобы номинальным сигналом на входе датчика соответствовал нормализованный выходной сигнал датчика ± 10 В.

Все датчики тока и напряжения силовых цепей должны быть с гальванической развязкой.

Пусть UД = 220 В, RД = 0,015 Ом, IЯН = 1000 А.

Тогда ; А.

Примем Iшн = 2500 А.

.

Отметим, что ,

где ; .

Из принципиальной схемы

Умножим обе части равенства на :

(2)

Чтобы равенства (1) и (2) соответствовали друг другу, необходимо

; ; .

Таким образом ; (как правило, R0Н=RH);

.

Передаточная функция датчика э. д.с. .

На выходе датчика э. д.с. установлен блок выделения модуля. Скорость и э. д.с. двигателя могут менять свой знак, но знак потока (тока возбуждения) неизменен.

Пока w < wН, ЕД < ЕДН, UДЭ > UЭ, регулятор э. д.с. имеет UРЭ ВЫХ. МАХ., определяемое уставкой блока ограничения Б02.

.

При w ³ wН регулятор э. д.с. выходит из насыщения, обеспечивая поддержания ЕД = const.

Выбор параметров регуляторов

Регулятор тока возбуждения

Из структуры рис. 13.4 находим передаточные функции: ,

где .

,

где: ТВ – постоянная времени обмотки возбуждения, отражающая э. д.с. самоиндукции (ТВ = 0,5 ¸ 4 с);

ТВТ – постоянная времени, отражающая взаимовлияние вихревых токов, наводимых в станине ( для нешихтованной стали, для шихтованной стали).

Параметры КВ, ТВ, ТВТ – существенно нелинейные величины, зависящие от насыщения стали. Обмотка возбуждения обычно рассматривается при пренебрежении гистерезисом и влиянием реакции якоря.

, ,

где КН » 1,1¸1,3 – коэффициент насыщения;

d » 1,18 – учет потоков рассеивания;

; .

Универсальная кривая намагничивания в относительных единицах для двигателей независимого возбуждения задана в табл. 13.1.

Универсальная кривая намагничивания ДПТ. Таблица 13.1

Ф

0,05

0,2

0,375

0,65

0,82

0,87

0,92

1

1,05

iB

0

0,1

0,2

0,4

0,6

0,7

0,8

1

1,2

Значения IBH, ФН (одного полюса) даются в каталогах.

Передаточная функция разомкнутого контура тока возбуждения при обычно используемом ПИ – регуляторе

.

Если принять ; ,

то

Передаточная функция замкнутой системы

.

По характеристическому полиному, задавшись качеством переходных процессов, можно определить параметр aВ. Однако можно ослабить форсирующее действие вихревых токов, если в цепи обратной связи по току возбуждения включить фильтр с постоянной времени

Тогда (аВ=2 при настройке на МО);

.

Данная настройка рекомендуется для практического применения.

Если aВ=2, то .

с для тиристорных возбудителей; ;

; ;

(обычно принимают).

Регулятор Э. Д.С.

Передаточная функция разомкнутого контура Э. Д.С.

.

Обычно к быстродействию контура э. д.с. не предъявляются высоких требований по быстродействию.

Быстродействие контура э. д.с. должно быть значительно меньше, чем в контуре скорости в данной взаимосвязанной САР с мультипликативными связями (рис. 13.6).

Взаимосвязанная САР двухзонного регулирования скорости

Рис. 13.6. Взаимосвязанная САР двухзонного регулирования скорости.

Контур скорости - основной в системе регулирования. Он должен быть максимально быстродействующим. Контур э. д.с. не может быть реализован быстродействующим физически из-за больших индуктивностей обмотки возбуждения. Быстродействие взаимосвязанных контуров различается существенно, что позволяет пренебрегать взаимовлиянием контуров друг на друга и рассматривать их в первом приближении независимыми друг от друга при синтезе параметров регуляторов.

Поскольку быстродействие контура э. д.с. не требуется, то чаще всего применяют И-РЭ. Тогда передаточная функция разомкнутого контура э. д.с.

где

При настройке на МО ,

тогда ; ; .

При расчетах параметров регуляторов следует принимать максимальные значения коэффициентов передачи и постоянных времени объекта регулирования, которые возможны при изменении режимов работы. Если при данных значениях параметров САР будет рассчитана на устойчивый режим работы, при других значениях параметров (меньших по величине) САР будет заведомо устойчива.

Исходя из этого при расчетах постоянной времени ТРЭ следует принять:

; w=wМАХ.

Передаточная функция замкнутого контура э. д.с.

Настройка контура скорости с учетом ослабления магнитного потока

Если магнитный поток уменьшается в 2-3 раза, то уменьшается и общий коэффициент усиления в контуре скорости в 2-3 раза, т. к. КМ=СЕФ. Если применяется П-РС, уменьшение коэффициентов усиление приводит к понижению ЛАЧХ разомкнутой САР, снижению частоты среза (и полосы пропускания), уменьшению колебательности системы.

При применении ПИ-РС САР может стать неустойчивой (рис. 13.6).

ЛАЧХ контура скорости с настройкой на СО при Ф=Фном и Ф=Фмин.

Рис. 13.6. ЛАЧХ контура скорости с настройкой на СО при Ф=Фном и Ф=Фмин.

Чтобы этого не произошло, необходимо постоянную времени изодромного звена регулятора скорости увеличить обратно пропорционально ослабления потока, т. е. (ЛАЧХ по прямой 3 рис.13.6). Но происходит соответствующее снижение частоты среза контура скорости.

В ряде случаев снижение быстродействия контура скорости нежелательно. В этом случае нужно компенсировать уменьшение коэффициента усиления контура при ослаблении Ф. На выходе регулятора скорости тогда включается блок деления (см. рис. 13.7), на который подается сигнал, пропорциональный току возбуждения, подаваемый через фильтр с нелинейностью, чтобы смоделировать магнитный поток.

Снижение быстродействия контура скорости в этом случае не происходит. Перенастраивать параметры регулятора скорости также не требуется.

Схема компенсации уменьшения коэффициента усиления контура скорости при ослаблении Ф


Рис.13.7. Схема компенсации уменьшения коэффициента усиления контура скорости при ослаблении Ф