Замкнутые системы электропривода

Принцип построения:

1) принцип компенсации возмущения (рисунок 6.8)

Uз.с – сигнал задания скорости;

UΔ – сигнал рассогласования.

- суммирующее устройство

Системы не нашли практического применения из-за отсутствия простых и надежных датчиков.

2) с обратной связью (рисунок 6.9)

Обратные связи бывают:

а) положительные;

б) отрицательные;

в) жесткие (всегда действуют);

г) гибкие (в переходных режимах);

д) линейные;

е) нелинейные.

Иногда требуется регулировать несколько координат (например ω и I)

3) схема с общим усилителем (рисунок 6.10)

Uз.с – U задания ω;

Uосс – U обратной связи по ω;

Uост – U обратной связи по I;

UΔ – сигнал рассогласования;

ЭЧД – электрическая часть ЭД;

МЧД – механическая часть ЭД;

ПУ – преобразовательное устройство;

УУ – управляющее устройство.

Схема проста, но не позволяет регулировать координаты независимо друг от друга.

4) схема с подчиненным регулированием (рисунок 6.11)

РС – регулятор ω;

РТ – регулятор I;

МПУ – механическое передающее устройство.

Два контура: I – внутренний (подчинен внешнему контуру, т.к. выход с РС является входом для РТ); ω – внешний.

Достоинства: можно регулировать координаты независимо друг от друга, и настраивать оптимальные статические характеристики и переходных процессов.

Схема 1 (рисунок 6.12). У – усилитель;

П – преобразователь тиристорный;

ТГ – тахогенератор (используется для снятия обратной связи по скорости);

ОВ – обмотка возбуждения;

Rв – регулирует коэффициент обратной связи по ω.

Напряжение тахогенератора определяется по формуле:

Ку – коэффициент усиления усилителя;

Кп – коэффициент преобразователя.

– ЭДС преобразователя

Как замкнутая система реагирует на увеличение нагрузки?

При увеличении нагрузки (возрастании статического момента) система ЭП выходит из установившегося состояния и, согласно уравнению движения при М>M_c, скорость вращения вала уменьшается. Вследствие этого напряжение, создаваемое тахогенератором, уменьшается. Сигнал, поступающий по цепи отрицательной обратной связи, увеличивает входное напряжение усилителя. Соответственно увеличиваются и напряжения на выходах усилителя, а затем и преобразователя, что приводит к увеличению напряжения на якоре ДПТ, благодаря чему увеличивается скорость ЭП.

Вывод: жесткость характеристики выше, чем в разомкнутой схеме. ООС по скорости служит для стабилизации скорости.

U_з.с – сигнал задания скорости. Если нужно работать на меньшей скорости (характеристики 4;5), то напряжение U_з.с уменьшают.

Схема 2 (рисунок 6.14). ω – выходная регулируемая координата. Схема содержит 2 контура:

1) регулятор I(M); датчик I – контур I;

2) регулятор ω; датчик ω.

Контур I – внутренний, подчинен внешнему, т.к. сигнал входа для него является выходным сигналом контура ω.

Регуляторы построены на операционных усилителях (ОУ). На входе ОУ и в ОС ОУ могут стоять различные R и C → тип регулятора.

РС – регулятор скорости, П-регулятор (пропорциональный) с ограничением выходного сигнала. Ограничение осуществляется двумя стабилитронами в ОС (V1 и V2). Таким образом осуществляется ограничение I(M) в схеме (отсечка).

РТ – регулятор I , выполнен на ПН-регулятор (пропорционально-интегральный), т.е. в ОС стоит Rос1(2) и Сос.

РС и РТ рассчитываются и настраиваются определенным образом в зависимости от того, какие статические и динамические характеристики нам нужны. Жесткость рабочего участка характеристики (на рис 6.12) определяется соотношением:

Тм – электромеханическая постоянная времени преобразователя;

Тп – электромагнитная.

Существует несколько методов настройки регулятора:

· по техническому оптимуму – делают выбор:

а) относительно жесткие механические характеристики;

б) перерегулирование (≈4,3%)

· по симметричному оптимуму:

а) абсолютно жесткая механическая характеристика;

б) перерегулирование ≈55%

Выполнен на базе УБСР – универсальная блочная система регулирования

3. ТРН – тиристорный регулятор напряжения;

ЗП – задающий потенциометр скорости (с него снимаем напряжение U_зад.с)

ТГ – выдает сигнал скорости ≡ скорости;

ω – выходная основная координата ЭП.

В каждой фазе включены встречно-параллельно тиристоры VS1..VS6. Управляющие электроды VS1..VS6 подключены к выходам СИФУ, которое распределяет импульсы на все тиристоры и осуществляет их сдвиг в зависимости от сигнала управления U_у:

В цепь ротора АД включены R2д для расширения диапазона регулирования скорости ω. Пусть ЭП работает в точке 1 с М_с1. Увеличим нагрузку до М_с2. При этом скорость вращения ω уменьшится, что приведет к уменьшению напряжения отрицательной обратной связи U_осс. При уменьшении напряжения U_осс, напряжение управления соответственно увеличится: U_у=U_з.с-U_осс, а угол сдвига α уменьшится. В итоге мы уменьшим напряжение на АД и увеличим его момент. ЭП переходит работать в точку 2 с М_с2, при этом механическая характеристика остается жесткой (т.е. скорость стабильна).

Для получения другой скорости меняем напряжение U_з.с

Следящий электропривод

ЭП, который обеспечивает, воспроизводит с заданной точностью движение ИО РМ в соответствии с произвольно изменяющимся входным сигналом управления.

По своей структуре следящий ЭП представляет собой замкнутую систему, действующую по принципу отклонения. Система управления состоит из усилителя и силового преобразователя (рисунок 6.16).

1;5 – датчики входного и выходного сигнала;

2 – измеритель рассогласования;

3 – система управления;

4 – электродвигатель;

6 – исполнительный орган рабочей машины.

Классификации следящего ЭП.

По назначению:

1) скоростной (воспроизводит заданной точностью скорость движения);

2) позиционный (воспроизводит положение);

По способу управления:

1) непрерывного действия (U рассогласования подается на ЭД постоянно);

2) релейного действия (сигнал подается при достижении U определенного уровня);

3) импульсно следящий ЭП (управляющий сигнал в виде импульсов. Амплитуда, f и заполнение их изменяется в зависимости от U∆). В этом случае говорят об амплитудно-частотной и широтно-импульсной модуляции.

По виду ЭД:

1) ДПТ;

2) ЭД переменного тока.

Библиография

1. Москаленко, В.В. Электрический привод [текст]: Учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования – М.: Мастерство: Высшая школа, 2000 368 с.

2. Хализев, В.П. Электрический привод [текст]: учебник для техникумов. М.: «Высшая школа», 1977 – 256с., с ил.

3. Копылов, И.П. Справочник по электрическим машинам [текст]: В 2 т./С74 Под общ. ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. Т.1. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 456 с.: ил.

Приложение А

(справочное)

Основные формулы, используемые для расчетов в дисциплине «Электропривод»

1. По разделу 1 «Механика электропривода»:

· Динамический момент: ;

· Момент инерции: = m∙r² [кг∙м²]

· Маховый момент: M_м=G·D²

· Уравнение движения электропривода в общем виде:

;

· жесткость характеристик: ;

· общая формула приведения статического момента:

;

· общая формула приведения момента инерции:

2. По разделу 2 «Электропривод с двигателем постоянного тока»:

· Основные формулы для вывода:

U=E+IR (1),

E=kФω (2),

M=kФI (3),

· Уравнение электромеханической характеристики:

· Уравнение механической характеристики:

· Расчет номинальных величин:

; ; ; ; ;

· Ток переключения при форсированном пуске:

· Пиковый ток при нормальном пуске:

· Сопротивление якоря:

· Добавочное сопротивление в переходных процессах:

3. По разделу 3 «Электропривод с двигателем переменного тока»:

· Синхронная скорость двигателя: ;

· Уравнение механической характеристики АД:

· Критический момент АД:

· Критическое скольжение АД:

· Упрощенная формула Клосса:

· Уравнение механической характеристики СД:

4. По разделу 4 «Энергетика электропривода»:

· Переменные потери:

ДПТ –

АД –

СД –

· Переменные потери в ДПТ и роторе АД:

· Полные переменные потери в АД:

· Потери энергии в якоре ДПТ и роторе АД при переходных процессах:

· КПД для циклически изменяющейся нагрузки (средневзвешенный):

· Время переходного процесса при постоянном динамическом моменте:

· Время переходного процесса при линейных характеристиках ЭД и механизма:

· Электромеханическая постоянная времени:

· Время переходного процесса при изменяющемся динамическом моменте:

· Средний динамический момент:

· Уравнения нагрева и охлаждения:

;

· Эквивалентный момент:

· Коэффициент повторного включения:

Приложение Б

(справочное)

Выписка из государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования по дисциплине «Электрический привод»

Специальность	индекс	наименование циклов, дисциплин, основные дидактические единицы	всего обязательных учебных занятий
Электрические машины и аппараты	СД.05	электрический привод: классификация электрического привода, его назначение; типы и характеристики приводных механизмов и электродвигателей; механика электрического привода, уравнение движения; электромеханические свойства двигателей постоянного и переменного тока; регулирование частоты вращения; установившиеся и переходные режимы работы электрического привода; элементы схем управления; расчет мощности, выбор электродвигателей и элементов схем управления; теоретические основы автоматизированного электропривода; принципы автоматического управления электрического привода; типовые схемы и узлы разомкнутых и замкнутых систем автоматического управления электрического привода; преобразовательные устройства