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, image001_0_1ab71e47c2cdbaec5f35921e40ebacee Двухзонное регулирование скорости.

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 image003_1_94611646a204856f4d6f106a9ac09851 Двухзонное регулирование скорости.

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:

image007_1_fcda495bb3a10e278e61adaa8e311c35 Двухзонное регулирование скорости,

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:

image008_1_7a0e5b1d668ee24468dd85d15e7d1c3d Двухзонное регулирование скорости (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 image010_1_0a245faa5c7201326e24c45e1a6997fe Двухзонное регулирование скорости; image011_0_b84b3ff7654a906fa609764b211467f1 Двухзонное регулирование скорости А.

Примем Iшн = 2500 А.

image012_1_b3cfb1d41b6da7309ab8496c21503803 Двухзонное регулирование скорости.

Отметим, что image013_1_6381ea692e7991e759537c1aaa7f8b4c Двухзонное регулирование скорости,

где image014_1_a1e883e066a3e2717bfff2f2e8343207 Двухзонное регулирование скорости; image015_1_f878a043bb6b484317157e5b2bb65648 Двухзонное регулирование скорости.

Из принципиальной схемы

image016_0_56a3bca14011ef5654b17a4d3d9185bb Двухзонное регулирование скорости

Умножим обе части равенства на image017_1_82c15ff9b59e5428c67e2feac35e9740 Двухзонное регулирование скорости:

image018_1_93a38417945f97b54e1be0b426d590c1 Двухзонное регулирование скорости (2)

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

image019_1_ff0e5b5703bc592dc235b5002084c143 Двухзонное регулирование скорости; image020_1_d11b0f4bb11edf0fa933807af3508a68 Двухзонное регулирование скорости; image021_1_33a2c443cafe08f5ec05701df5e8dc19 Двухзонное регулирование скорости.

Таким образом image022_1_0a83cc7b8eb997def2094b629a725b6f Двухзонное регулирование скорости; image023_1_3610c42ae7f836254a82fb42ab6cdf6b Двухзонное регулирование скорости (как правило, R0Н=RH);

image024_1_fbd0f185d43160f7be5ae6d9b309132e Двухзонное регулирование скорости.

Передаточная функция датчика э. д.с. image025_1_14ff2f06133705d68ba0437af0b1e290 Двухзонное регулирование скорости.

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.

image026_0_66b37b3d9dd649d44f8fc2dcc36e2b5f Двухзонное регулирование скорости.

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: image027_0_dd6c3a2843e250af153c4832a02c5b74 Двухзонное регулирование скорости,

где image028_0_f961ef96bc6b004c5394f633816e5751 Двухзонное регулирование скорости.

image029_0_114f1d8cfe4f47e74aca63cc2ea8d88d Двухзонное регулирование скорости,

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 (image030_0_865875d0404c638c0c263c3dde8f16d6 Двухзонное регулирование скорости для нешихтованной стали, image031_0_7f75de9b92d2369190fdf0c3b7eff998 Двухзонное регулирование скорости 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.

image032_0_fb7662662831c21f4ddab9b8c3762e5c Двухзонное регулирование скорости, image033_0_165f49a3aa83a07add8661d493baf93d Двухзонное регулирование скорости,

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

d » 1,18 – учет потоков рассеивания;

image034_0_e3680d9ca2bb39d6b70e76c85ed41117 Двухзонное регулирование скорости ; image035_0_c6b719caa24bc9c7f930b67ab24b3792 Двухзонное регулирование скорости.

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

image036_0_9ae8507b9234880184221bc9b05d779b Двухзонное регулирование скорости.

Если принять image037_0_b411e4b30a06b27e3f305ff086443f63 Двухзонное регулирование скорости; image038_0_36eae2b27b342f22fc907b5d1e7c4a40 Двухзонное регулирование скорости,

то image039_0_10c80eb73a2df97eb3e490f2a9550152 Двухзонное регулирование скорости

Передаточная функция замкнутой системы

image040_0_980ca901c20865c6e41354ce6a9ef328 Двухзонное регулирование скорости.

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 image041_0_acaeb314274fb3cf59715ead1aea59fc Двухзонное регулирование скорости

Тогда image042_0_28f92b3dca611ad2acda59367e846b88 Двухзонное регулирование скорости (аВ=2 при настройке на МО);

image043_0_c9ab57879c5d87404558f9927d8e9035 Двухзонное регулирование скорости.

Данная настройка рекомендуется для практического применения.

Если aВ=2, то image044_0_ccd34c174bee048283e7e7ab35e4a42f Двухзонное регулирование скорости.

image045_0_f2843e35c00fd70d2b920b03d9df8183 Двухзонное регулирование скоростис для тиристорных возбудителей; image046_0_5afc3932817ff75a7c782dd4bd8c2e10 Двухзонное регулирование скорости;

image047_0_f51798a7fd0fa56583345750101c9169 Двухзонное регулирование скорости; image048_0_598fbec8ce1b26eb5d9cb689dd2e87ca Двухзонное регулирование скорости;

image049_0_50cbd595c08734610b9c6fa9008cbf57 Двухзонное регулирование скорости (обычно принимают).

Регулятор Э. Д.С.

Передаточная функция разомкнутого контура Э. Д.С.

image050_0_73caa1f87913eafdf6f1081b4a3a1715 Двухзонное регулирование скорости.

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. image053_0_c3912a5cc27949bc2b753d42f265c059 Двухзонное регулирование скорости

где image054_0_8ea34e4ab4782861ceff98df18dba3f4 Двухзонное регулирование скорости

При настройке на МО image055_cf5a4660bd6a231dd5a823993cdc0a96 Двухзонное регулирование скоростиimage056_80746bbc5d4ce8e1fabf96fbd5dc9c18 Двухзонное регулирование скорости,

тогда image057_0_62bdf4dcf2a2cf8332eaa28318b4a999 Двухзонное регулирование скорости; image058_0_a2a85ce76adfcd1ca18a10b974e4f8f6 Двухзонное регулирование скорости; image059_0_1cf26df9e051cab2f88e63b86523db66 Двухзонное регулирование скорости.

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:

image060_0_0abbcf26eee584ca8d73caad23a8a5e0 Двухзонное регулирование скорости; w=wМАХ.

Передаточная функция замкнутого контура э. д.с.

image061_0_0743262dbe8ec5192096ad33a342373c Двухзонное регулирование скорости

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. image063_0_56616c10472bf5215aa02dfce38befbd Двухзонное регулирование скорости (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