Настроенной на симметричный оптимум

Задаемся желаемой передаточной функцией разомкнутой САУ вида

.

Тогда в соответствии с (7.2) передаточная функция РТ будет следующей

(7.4)

Это ПИИ²-регулятор. Хотя в регуляторе нет Д-части, наличие И-части 2-го порядка создает проблемы с устранением дрейфа интеграторов. Поэтому можно ограничиться настройкой на технический оптимум.

8. Автоматическое регулирование частоты

вращения в системе УП-Д с П-регулятором

Функциональная и структурные схемы приведена, соответственно, на рис.8.1а. и рис.8.1б.

Пользуясь структурной схемой, составляем систему уравнений АЭП

(8.1)

Система (8.1) из трех уравнений содержит три переменные-функции е_П, i_Я и ω. Поэтому можно из системы (8.1) найти частоту ω как функцию от сигналов-аргументов u_ЗС и I_С

ω=W_У u_ЗС+W_В I_С, (8.2)

где W_У и W_В – передаточные функции, соответственно, по управлению и возмущению.

Рассчитаем статические характеристики АЭП, приняв р=0 в уравнениях системы (8.1):

(8.2)

Исключая из системы е_П, получим электромеханическую и механическую характеристики

(8.3)

В соответствии с последним уравнением системы (8.2) ток якоря i_Я в установившемся режиме будет равным току I_C сопротивления нагрузки.

Механические характеристики АЭП приведены на рис.8.2. Частота холостого хода ω_0i прямо пропорциональна напряжению задания скорости u_ЗС. Механические характеристики АЭП наклонные (мягкие), т.е. частота вращения зависит от нагрузки двигателя. Жесткость механических характеристик АЭП больше

жесткости естественной характеристики в раз. За счет увеличения значения коэффициента передачи k_П П-регулятора можно лишь повысить жесткость механических характеристик и, соответственно, лишь уменьшить ошибку регулирования частоты вращения, не обращая ошибку регулирования в ноль.

Динамические характеристики не соответствуют ни одной настройке модального управления.

9. Автоматическое регулирование частоты

вращения в системе УП-Д, настроенной

на технический оптимум

Функциональная и структурная схемы приведены, соответственно, на рис.9.1. и рис.9.2. В схему введен регулятор скорости РС. Выбором передаточной функции РС можно обеспечить работу АЭП с показателями качества, отвечающими техническому оптимуму. Для синтеза РС необходимо структурную схему АЭП привести к стандартному виду, три особенности структуры уже описаны в начале темы 7.

Сначала нужно оставить только один входной сигнал. Процедура избавления от второго сигнала аналогична описанной в вопросе 7. Сначала заменяем все сигналы в схеме рис.9.2 на отклонения. Тогда на схеме рис.9.2 перед всеми обозначениями сигналов нужно добавить значок Δ, не изменяя самой схемы. Затем принимаем постоянным момент сопротивления нагрузки, что эквивалентно тому, что I_C=const или ΔI_C=0. В результате входной сигнал ΔI_C схемы можно не учитывать, так как его значение постоянно нулевое, и удалить из структурной схемы ЭП элемент вычитания токов i_Я и I_C.

Далее оставшиеся три блока структурной схемы ДПТ, сворачиваем в один блок с передаточной функцией W_y(p) (4.5).

Структурная схема АЭП стандартного вида приведена на рис.9.3.

Задаемся желаемой передаточной функцией вида , в которой малая постоянная времени Т_μ принята равной Т_П. Для синтеза РС используем выражение (2.6):

(9.1)

Это ПИД-регулятор частоты вращения, и в нем содержится Д-часть, которая чувствительна к помехам.

Динамические показатели качества соответствуют (2.2). Ошибка регулирования нулевая. Из этого свойства ошибки регулирования следует абсолютно жесткая механическая характеристика: частота вращения не зависит от момента сопротивления нагрузки.

Регулятор скорости реализован на ОУ2, элемент сравнения – на ОУ1 (рис.9.4). Схема на ОУ2 имеет передаточную функцию

(9.2)

10. Автоматическое регулирование частоты

вращения в двухконтурной системе УП-Д,

настроенной на технический оптимум

Введение подчиненного контура регулирования позволит исключить Д-часть регулятора из схемы на рис.9.4.

Функциональная и структурные схемы приведена, соответственно, на рис.10.1. и рис.10.2. В схему введены регулятор скорости РС и регулятор тока РТ. Выбором передаточных функций РС и РТ можно обеспечить работу АЭП с показателями качества, отвечающими техническому оптимуму. Для синтеза РС и РТ необходимо структурную схему АЭП привести к стандартному виду.

Сначала нужно оставить только один входной сигнал. Для этого от физических сигналов переходим к их отклонениям и из-за того, что скорость изменения тока i_Я намного выше скорости изменения частоты вращения ω, то так же, как и на рис.7.1, пренебрегаем внутренней обратной связью по частоте ω в ДПТ, разорвав линию, проходящую через блок . При условии постоянства момента сопротивления нагрузки, что эквивалентно I_C=const или постоянно нулевому значению ΔI_C=0, входной сигнал ΔI_C схемы можно удалить из структурной схемы ДПТ. Далее можно удалить элемент вычитания токов i_Я и I_C. Также преобразованиями образуем единичные обратные связи. В результате получим схему на рис.10.3.

Сначала синтезируется регулятор тока РТ, а затем – регулятор РС.

Структурная схема контура тока в точности совпадает со структурной схемой с рис.7.5. При настройке внутреннего контура на технический оптимум результатом будет ПИ-регулятор с передаточной функцией типа (7.3)

(10.1)

Заменяем в соответствии с обоснованиями, приведенными в теме 3, весь контур тока одним звеном с передаточной функцией (3.7). Структурная схема с рис.10.3 преобразуется в структурную схему на рис.10.4.

Задаемся желаемой передаточной функцией контура частоты вращения

(10.2)

Передаточная функция регулятора скорости согласно (3.9) имеет вид

(10.3)

Это П-регулятор.

Принципиальная электрическая схема двухконтурной САР частоты вращения с настройкой на технический оптимум приведена на рис.10.5.

Для обеспечения работоспособности схемы необходимо правильно определить полярности электрических сигналов, поступающих на входы ОУ. Принимаем положительную полярность сигнала u_ЗС задания частоты вращения. Тогда с тахогенератора ТГ на другой вход ОУ1 нужно подвести сигнал отрицательной полярности. Сигнал u_ЗТ имеет полярность противоположную полярности сигнала u_ЗС, т.е. u_ЗТ отрицательной полярности. Поэтому с шунта Ш нужно подвести сигнал u_ОСТ положительной полярности.

В темах 9 и 10 решена одна и та же задача проектирования АЭП частотой вращения ДПТ с настройкой на технический оптимум контура частоты вращения но разными методами. На расчете показано, что применение подчиненного регулирования действительно позволяет избавиться от Д-части в регуляторе скорости.

11. Автоматическое регулирование частоты

вращения в двухконтурной системе УП-Д,

настроенной на симметричный оптимум

Если от АЭП требуется нулевые ошибки регулирования как частоты вращения, так и углового ускорения, нужно настроить АЭП на симметричный оптимум.

Применим двухконтурное регулирование. Все вопросы синтеза, изложенный в теме 10 от начала до формулы (10.2) можно без изменений перенести на проектируемый АЭП с настройкой на симметричный оптимум.

Далее задаемся желаемой передаточной функцией контура частоты вращения

(11.1)

Передаточная функция регулятора скорости согласно (3.9) имеет вид

(11.2)

Это ПИ-регулятор.

Принципиальная электрическая схема двухконтурной САР частоты вращения с настройкой на симметричный оптимум приведена на рис.11.1.

12. Автоматическое регулирование положения

в системе УП-Д с подчиненным регулированием

Автоматическое регулирование положения (угла поворота) с использованием только одного регулятора положения приводит к регулятору ПДД²-типа. Такой регулятор из-за второго порядка производной будет неработоспособен. Поэтому сразу рассмотрим трехконтурную САР положения, в которой (рис.12.1):

- основной контур регулирования с регулятором положения РП работает от сигнала, поступающего с сельсина СП;

- первый подчиненный контур частоты вращения с регулятором РС;

- второй подчиненный контур тока (момента) с регулятором РТ.

Так как только внешний контур может иметь настройки либо на технический, либо симметричный оптимум, а все внутренние контуры должны иметь настройки на технический оптимум, то результаты синтеза, изложенные в теме 10, можно сразу перенести на структурную схему САУ положением (рис.12.2).

В схему введены блок с передаточной функцией 1/р, которым формируется угол Δφ из частоты вращения Δω. Коэффициент передачи датчика положения (сельсина) обозначен как k_ОП .

Внутренний контур скорости в соответствии с темой 3 заменяем звеном с передаточной функцией

(12.1)

Передаточная функция неизменяемой части контура положения согласно рис.12.2 равна

(12.2)

Задаемся желаемой передаточной функцией вида , в которой малая постоянная времени Т_μ2 равна 4Т_П. Для синтеза РП используем выражение (2.6):

(12.3)

Это П-регулятор положения.

Синтезированная САР положения имеет следующие показатели качества:

- статическая ошибка регулирования равна нулю;

- перерегулирование σ=4,3 %;

- время регулирования t_p=4,7·T_μ2=4,7·4·T_П=18,8·T_П.

Быстродействие контура положения, внутри которого содержится два подчиненных контура, в 2²=4 раза ниже быстродействия второго подчиненного контура тока (момента) с регулятором РТ.

Если потребовать от САР положения равенства нулю как ошибки положения, так и производной от этой ошибки (частоты вращения), то, как легко проверить, нужно применить ПИ-регулятор положения.

13. Уравнения АД в комплексных переменных.

Электрические схемы замещения АД.

Механические характеристики

В основе скалярного управления АД лежит использование при управлении действующих значений сигналов (токов, напряжений) АД, а не их мгновенных значений. Мгновенные значения, как будет показано в теме 21, определяются как проекции обобщенных вращающихся векторов на выбранные оси, например, на ось фазы А, на ось поля ротора.

В силу идентичности трех фазных обмоток АД принято в расчетах использовать однофазную модель АД, по которой все расчеты токов и напряжений в точности совпадают с расчетами на реальном трехфазном АД, а энергетические характеристики, вычисленные для одной фазы, умножаются на 3. Ротор, если не учитывать эффекты вытеснения тока в его обмотках, также представляется тремя однофазными обмотками.

Основной является Т-образная схема замещения АД (одной фазы), которая приведена на рис.13.1. Схема описывается системой уравнений

(13.1)

Электромеханическая мощность и вращающий момент на валу АД

, (13.2)

где ω₀ – частота вращения магнитного поля статора.

Из-за смешанного соединения элементов в Т-образной схеме формулы расчета токов и напряжений ветвей (обмоток АД) получаются громоздкие. Поэтому в инженерных расчетах используется более простая, но достаточно точная Г-образная схема замещения (рис.13.2), где .

Ток ротора из Г-образной схемы определяется формулой

(13.3)

Подставив (13.3) в формулу (13.2), получим выражение момента АД

(13.4)

Максимальное значение момента М называется критическим моментом М_КР, а скольжение для момента М_КР называется критическим скольжением s_KP.

Критическое скольжение определяется из условия максимума М:

откуда (13.5)

В формуле (13.5) пренебрегли сопротивлением R₁, так как оно мало в сравнении с Х_К. После такого упрощения выражение (13.4) приводится к удобной при расчетах формуле Клосса

, где (13.6)

Если считать, что индуктивные сопротивления рассеяния обмоток, входящие в Х_К, изменить нельзя, то в соответствии с (13.5) и (13.6), вращающим моментом М можно управлять, изменяя величину U₁ и частоту ω₁ напряжения питания и сопротивление R'₂ роторной цепи. Изменение только величины напряжения питания U₁ изменяет только критический момент U_КР пропорционально (13.6), а s_KP (13.5) не изменяется (рис.13.3а). Изменение только частоты ω₁=р_П·ω₀ питающего напряжения U₁ изменяет (рис.13.3б) частоту ω₀ холостого хода АД прямо пропорционально ω₁, критический момент М_КР (13.6) обратно пропорционально и s_KP (13.5) обратно пропорционально ω₁. Пропорциональное изменение и величины U₁, и частоты ω₁ напряжения питания изменяет ω₀ и критическое скольжение s_KP (13.5), а критический момент остается неизменным, что следует из преобразований выражения (13.6)

(13.7)

У АД с фазным ротором в цепь ротора вводят активное сопротивление R_P, в результате чего приведенное активное сопротивление роторной цепи возрастает от до величины . Критическое скольжение s_KP прямо пропорционально активному сопротивлению роторной цепи (13.5) и, поэтому, s_KP увеличивается, а критический момент М_КР не зависит от этого сопротивления и, поэтому, М_KP (13.6) не изменяется (рис.13.4).

14. Автоматическое регулирование частоты

вращения АД с короткозамкнутым ротором

изменением величины напряжения питания

Рассмотрим разомкнутое и замкнутое регулирование.

Разомкнутое регулирование

Схема на рис.14.1 содержит регулятор напряжения, которым поддерживается на статоре АД напряжение, действующее значение которого U₁ равно заданному u_ЗН. Частота напряжения постоянно равна сетевой ω_С. Механические характеристики при изменении U₁ изменяются так, что критическое скольжение s_KP остаётся постоянным, а критический момент изменяется пропорционально (13.6). АД может работать только на устойчивом участке механической характеристики при s<s_KP. Диапазон регулирования частоты, равный разности частот вращения в точках 1 (при номинальном напряжении) и 2 (при минимально допустимом напряжении) зависит от величины момента сопротивления М_С нагрузки – чем больше М_С, тем больше диапазон. В любом случае указанный диапазон не превышает 15…20 % от номинальной частоты вращения, что является недостатком разомкнутого регулирования.

Замкнутое регулирование

В САР замкнутого типа (рис.14.2) введена обратная связь по скорости (сигнал u_OCC) и регулятор скорости РС. Источник напряжения регулируемый (ИНР) изменяет напряжение U₁ статора по действием сигнала u_РC до тех пор, пока наступит равенство сигналов u_OCC и u_ЗC, что соответствует равенству заданной ω_З и фактической ω частот вращения АД.

Особенностью схемы САР частоты вращения замкнутого типа является то, что ею обеспечивается устойчивая работа АЭП как на устойчивом, так и на неустойчивом участках механической характеристики АД. Этим обеспечивается возможность регулирования частоты вращения во всем диапазоне скоростей двигательного режима – от 0 до ω_С. Для доказательства этого произведем вывод механических характеристик АЭП для установившихся режимов работы привода, содержащего двигатель, источник напряжения регулируемый и элементы автоматики.

Считая естественную характеристику М_ЕСТ АД базовой, все искусственные характеристики М определяем согласно пропорции

(14.1)

Выразим естественную механическую характеристику как функцию частоты вращения ω:

(14.2)

Напряжение U₁ согласно функциональной схемы рис.14.2 определится как

(14.3)

где k_ИHP, k_PC и k_OCC – коэффициенты передачи ИНР, РС (регулятор скорости принят П-типа) и цепи обратной связи;

k_Σ – общий коэффициент усиления блоков автоматики.

Подставив в (14.1) выражения (14.2) и (14.3), получим выражение механической характеристики автоматизированного электропривода (рис.14.2):

(14.4)

Семейство механических характеристик АЭП при различных значениях ω_ЗС, приведено на рис.14.3. Характеристики АЭП имеют S-образный вид. При частотах ω_ЗС и ω_С момент М обращается в ноль. Рабочие участки механических характеристик, имеющие отрицательный наклон, выходят из значений частоты холостого хода, равных сигналу задания ω_ЗС.

Как видно из рис.14.3, механические характеристики получаются довольно мягкими, особенно в области малой нагрузки – малого момента сопротивления М_С. Жесткость β рабочего участка механической характеристики АЭП

(14.5)

может быть сделана сколь угодно большой за счет увеличения общего коэффициента усиления k_Σ. Однако, с увеличением k_Σ увеличивается также напряжение U₁ статора АД (14.3). Увеличивать U₁ можно до значения номинального напряжения U_1НОМ., иначе возникнет перегрузка по току обмотки статора АД. Более того, при частотах вращения меньших ω_КР, необходимо даже снижать напряжение U₁ с тем, чтобы уменьшить ток статора I₁, который при ω< ω_КР и при U₁= U_1НОМ практически равен пусковому значению I_1ПУСК (рис.14.2).

Следовательно, реально не удастся получить жесткие механические характеристики АЭП, что является недостатком способа регулирования частоты вращения АД изменением только величины напряжения U₁ статора.

15. Автоматическое регулирование момента

АД с короткозамкнутым ротором

при питании его от ПЧ с АИН

Необходимость автоматического регулирования момента обоснована в теме 6. Кроме того контур регулирования момента входит как подчиненный контур в САР частоты вращения. Введение подчиненного регулирования позволяет обойтись без Д-части в регуляторе скорости.

При частотном управлении моментом АД ставят целью поддержать постоянным либо потокосцепление Ψ₁ статора (в АЭП с АИН), либо потокосцепление Ψ₂ ротора (в АЭП с АИТ). Реализация таких управлений позволяет получить механические характеристики АЭП с ПЧ вида

М=С_М(ω₁ -р_Пω) = С_М р_П (ω₀ –ω), (15.1)

где С_М – постоянный коэффициент; ω₁ – частота питающего напряжения;

ω₀ – синхронная частота вращения поля статора; ω – частота вращения ротора; р_П – число пар полюсов статора АД.

Эти характеристики подобны механическим характеристикам ДПТ

(15.2)

На рабочем участке механическая характеристика АД описывается приближенным выражением

(15.3)

При питании АД от ПЧ с АИН можно независимо изменять величину U₁ и частоту ω₁ напряжения статора. Найдем законы изменения U₁ и ω₁, при которых будет Ψ₁=const. Из уравнения статора для установившегося режима получаем

(15.4)

Если пренебречь малым значением падения напряжения R₁I₁ на активном сопротивлении R₁ обмотки статора, то условие постоянства Ψ₁ достигается при пропорциональном изменении U₁ и ω₁

(15.5)

Соотношение (15.5) показывает, что сигналы задания для контуров регулирования величины U₁ и частоты ω₁ напряжения в схеме АЭП должны быть прямо пропорциональными друг другу. При законе регулирования (15.5) критический момент М_КР у всех характеристик АД один и тот же (13.6). Поэтому при питании АД с условием Ψ₁=const его механическая характеристика (15.3) подобна (15.1).

Функциональная схема САР момента при питании АД от ПЧ с АИН приведена на рис.15.1. Применить в схеме классическую отрицательную обратную связь по моменту (рис.15.2) невозможно из-за отсутствия надежных и дешевых датчиков момента промышленного применения. Вместо обратной связи по моменту в схеме применена положительная обратная связь по скорости с сигналом u_ОСС. Датчиком частоты вращения является тахогенератор ТГ. С такой нестандартной обратной связью при определенных соотношениях между параметрами звеньев автоматики оказывается возможным управление моментом так, чтобы механическая характеристика АЭП имела вид (15.1).

Для доказательства этого примем:

- регулятор момента РМ П-типа с коэффициентом передачи k_РМ ;

- коэффициент обратной связи по скорости k_ОСС ( );

- коэффициент передачи АИН для канала частоты k_АИН ( );

- коэффициент передачи управляемого выпрямителя (УВ) для канала напряжения k_УВ ( ).

Пропорциональность значений U₁ и ω₁ обеспечивается блоком канала задания напряжения с коэффициентом передачи k_ЗН, который найдем из системы

откуда (15.6)

На основании рис.15.1 можно записать

(15.7)

Выберем коэффициенты k_РМ, k_ОСС и k_АИН такими, чтобы было справедливо равенство . Подставляя его в выражение (15.7), получим

(15.8)

Последнее уравнение из (15.8) имеет вид подобный (15.3) и, поэтому, сигнал u_ЗМ действительно является сигналом задания момента АД. Коэффициент пропорциональности k_ЗМ между М и u_ЗМ находим делением (15.5) на (15.8)

(15.9)

После подстановки в последнюю формулу (15.9) значения u_ЗМ из последней формулы (15.8) получим механическую характеристику АЭП

(15.10)

Регулирование момента получилось астатическим с нулевой ошибкой регулирования, так как момент М пропорционален сигналу задания u_ЗМ независимо от частоты вращения ω АД (15.9). Механические характеристики получились идеальными (рис.15.3), у которых M=const. Частота вращения ω АД при заданном моменте М определяется частотой ω₀ вращения поля статора или частотой ω₁ напряжения питания АД (15.10).

Недостатком рассмотренной САР момента является то, что на малых частотах вращения поддержание постоянства потокосцепления Ψ₁ статора обеспечением простой пропорции (15.4) нельзя, так как нельзя пренебрегать членом R₁I₁ в (15.3). Поэтому на малых частотах вращения механические характеристики АЭП будут отличаться от приведенных на рис.15.3.

16. Автоматическое регулирование момента АД с короткозамкнутым ротором при питании его от ПЧ с АИТ

Вводная часть та же, что и в теме 15 - от начала по формулу (15.2).

При питании АД от ПЧ с АИТ можно независимо изменять величину I₁ и частоту ω₁ тока статора.

Из курса электрических машин известна формула вращающего момента АД вида

(16.1)

Если поддерживать постоянство потокосцепления ротора Ψ₂=const, то механическая характеристика (16.1) будет иметь вид (15.1).

Функциональная схема САР момента при питании АД от ПЧ с АИТ приведена на рис.16.1.

В контуре регулирования частоты с регулятором РЧ при сигнале задания момента u_ЗМ обратная связь не является сигналом момента, а является сигналом положительной обратной связи u_ОСС по скорости. Контур регулирования тока разомкнутого типа использует только сигнал u_ЗМ. Примем:

- регулятор частоты РЧ П-типа с коэффициентом передачи k_РЧ;

- регулятор тока РТ, как будет показано ниже, является нелинейным звеном с u_ЗТ=f(u_ЗМ);

- коэффициент обратной связи по скорости k_ОСС ( );

- коэффициент передачи АИТ для канала частоты k_АИТ ( );

- коэффициент передачи УВ для канала тока k_УВ ( ).

На основании рис.16.1 можно записать

(16.2)

Выберем коэффициенты k_РЧ, k_ОСС и k_АИТ такими, чтобы было справедливо равенство . Подставляя его в выражение (16.2), получим

(16.3)

Последнее уравнение из (16.3) имеет вид подобный (16.1) и, поэтому, сигнал u_ЗМ действительно является сигналом задания момента АД. Коэффициент пропорциональности k_ЗМ между М и u_ЗМ находим делением (16.1) на (16.3)

(16.4)

После подстановки в последнюю формулу (16.4) значения u_ЗМ из последней формулы (16.3) получим механическую характеристику АЭП

(16.5)

Регулирование момента получилось астатическим с нулевой ошибкой регулирования, так как момент М пропорционален сигналу задания u_ЗМ независимо от частоты вращения ω АД (16.4). Механические характеристики получились идеальными (рис.16.2), у которых M=const. Частота вращения ω АД при заданном моменте М определяется частотой ω₀ вращения поля статора или частотой ω₁, с которой изменяется ток питания АД (16.5).

Найдем законы изменения I₁ и ω₁, при которых будет Ψ₂=const. Из двух выражений для установившегося режима, состоящих из уравнения цепи ротора и формулы , которой определяется потокосцепление ротора, исключаем недоступный для

измерения ток I₂:

(16.6)

От комплексного выражения (16.6) переходим к действующим значениям

(16.7)

Выполним замену комплекса (ω₀ -ω) в (16.7) на значение определенное из последнего выражения (16.3)

(16.8)

Выражение (16.8) показывает, что для поддержания постоянства потокосцепления Ψ₂ необходимо ввести в схема АЭП регулятор тока РТ нелинейного типа такой, чтобы при изменении сигнала задания момента u_ЗМ сигнал задания тока u_ЗТ изменялся прямо пропорционально величине

. (16.9)

Схемная реализация нелинейной зависимости (16.9) вполне доступна, причем этого будет достаточно для поддержания постоянства момента при любой частоте вращения АД. В этом преимущество САР момента АД с ПЧ на базе АИТ по сравнению с ПЧ на базе АИН.

17. Автоматическое регулирование частоты вращения АД с короткозамкнутым ротором при питании его от ПЧ

Схемы автоматического регулирования частоты вращения АД с короткозамкнутым ротором при питании его от ПЧ целесообразно выполнять по типу подчиненного регулирования. Внутренний контур момента может быть выполнен либо по схеме с АИН (рис.15.1), либо по схеме с АИТ (рис.16.1). Внешний контур скорости должен содержать отрицательную обратную связь по частоте вращения и регулятор скорости. Выбором регулятора скорости работе САР частоты вращения можно придать желаемые статические и динамические показатели качества. Функциональные схемы САР частоты вращения приведены на рис.17.1.

Рассмотрим на качественном уровне процессы в САР частоты вращения при отработке скачка сигнала u_зс задания скорости ω_зс от некоторого начального значения скорости ω_зн до конечного ω_зк (учитываем пропорциональность ω_зс~u_зс). В САР используем П- или И-регулятор скорости РС. Вид инвертора, примененного в ПЧ, может быть любым, так как механические характеристики АД, созданные работой внутренних контуров, подобны друг другу (рис.15.2 и рис.16.2).

Работа САР с П-регулятором скорости (рис.17.2)

До момента времени t=0 (точка 1 на всех графиках) АД работал с начальной установившейся частотой вращения ω_ун. Так как регулирование статическое, то существует ошибка регулирования, и заданное значение частоты ω_зн отличается от установившейся ω_ун.

В момент времени t=0 скачком изменяется сигнал задания ω_зс от ω_зн до ω_зк. Момент АД также изменяется скачком до М_тах (линия 1-2 на всех графиках), так как скачком изменяется сигнал u_ЗМ.

За счет избыточного момента начинается разгон двигателя. Значение (u_ЗС – u_ОСС) уменьшается, далее уменьшаются u_ЗМ и момент АД (линия 2-3). В точке 3 АЭП приходит к новой установившейся частоте вращения ω_ук. Переходный процесс экспоненциальный и постоянная времени экспоненты определяется моментом инерции привода.

Работа САР с И-регулятором скорости (рис.17.3)

До момента времени t=0 (точка 1 на всех графиках) АД работал с установившейся частотой вращения ω_ун. Так как регулирование астатическое, то не существует ошибки регулирования, и установившееся значение частоты ω_ун равно заданному ω_зн.

В момент времени t=0 скачком изменяется сигнал задания ω_зс. Далее изменяются сигнал u_ЗМ и прямо пропорциональный ему момент М АД. За счет инерционности И-регулятора сигнал ω_ЗМ нарастает плавно, а механическая характеристика М изменяется по спирали 1-2. В точке 2 заданная ω_зк и фактическая ω частоты вращения становятся одинаковыми и сигнал на входе И-регулятора обращается в ноль. Сигнал u_ЗМ перестаёт изменяться, а момент М АД достигает максимального значения. На участке 2-3-4 устанавливается неравенство ω>ω_зк, входной сигнал интегратора (u_ЗС –u_ОСС) становится отрицательным и выходное напряжение u_ЗМ интегратора уменьшается а вслед за ним уменьшается момент М АД. На участке 2-3 избыточный момент положительный и частота вращения продолжает расти. На участке 3-4 избыточный момент становится отрицательным и частота вращения уменьшается. На участке 4-5 устанавливается неравенство ω<ω_зк, входной сигнал интегратора (u_ЗС –u_ОСС) становится положительным и выходное напряжение u_ЗМ интегратора увеличивается а вслед за ним увеличивается момент М АД. После точки 5 процесс аналогичен процессу на участке 1-2. Затухающий переходный процесс заканчивается выходом на новое значение установившейся частоты вращения ω_ук, которая точно равна заданной ω_зк.

18. Импульсное регулирование частоты

вращения АД с фазным ротором

Изначально АД с фазным ротором предназначались для их использования в изображенной на рис.18.1 схеме регулирования частоты вращения.

При включении АД в сеть двигатель работает на 1-й искусственной характеристике М_И1. Последовательным замыканием контактов К1, К2 и К3 двигатель последовательно проходит искусственные механические характеристики М_И2 и М_И3 и выходит на естественную характеристику М_Е.

Недостатки схемы:

- частота вращения АД регулируется ступенчато;

- искусственные механические характеристики АД слишком мягкие;

- имеются большие потери мощности в регулировочных реостатах.

Обеспечить плавность регулирования можно, применив импульсное регулирование величины сопротивления в роторной цепи АД (рис.18