Онищенко Г.Б. Электрический привод

Подождите немного. Документ загружается.

ходного процесса t

пп

= 8,47Т

μС

, перерегулирование σ=4,3%, число колебаний

=1.

Коэффициент обратной связи по скорости рассчитывается из соотноше-

ния

максзс

максосс

ии

ωω

где и

зс.макс

=8 В - для серийных операционных усилителей с учетом воз-

можных перерегулирований.

Передаточная функция контура скорости, по возмущению от момента

сопротивления при настройке на МО имеет следующее выражение

)1(

)(

−=

Δ→

рТарТа

рТ

Та

рМ

СмССмС

СмС

Мс

μμ

(10.13)

Из передаточной функции (10.13) следует, что контур скорости при

настройке но МО имеет статизм при воздействии по нагрузке М

, и ус-

тановившееся отклонение скорости от ступенчатого воздействия момента со-

противления при р→0 равно

СмС

сМсмуст

Та

МpWрМ

−==Δ

Δ→

)()( (10.14)

Соответственно модуль жесткости механической характеристики при

настройке контура скорости на МО определяется соотношением

СмС

мс

мо

Та

ТМ

= .

Уравнение механической характери-

стики системы регулирования скорости при

настройке контура скорости на МО

СмС

зс

мо

зс

мо

Та

иМ

ββ

ωωω

−=−=Δ−=

(10.15)

Статизм по моменту сопротивления

при настройке системы регулирования скоро-

сти на МО вычисляется из соотношения

[]

%100⋅

зс

СмС

зад

мс

Мк

Та

βω

где ω

зад

= и

зс

/к

заданная скорость электропривода.

Самый большой статизм система имеет на нижней характеристике диа-

пазона регулирования. Поэтому с точки зрения возможного диапазона регу-

лирования скорости система с настройкой на МО имеет сравнительно низ-

кие показатели и соответственно ограниченное применение.

На рис. 10.16 приведены графики переходных процессов компенсации

возмущения от М

Реализация схемы подчиненного регулирования показана на рис.10.17.

В этой схеме электропривод по системе ТП-Д имеет двухконтурную

схему подчиненного регулирования с внутренним контуром тока, настроенным

на модульный оптимум, и внешним контуром скорости, настроенным также на

модульный оптимум. Двигатель постоянного тока независимого возбуждения

питается от тиристорного преобразователя УП. Напряжение преобразователя

регулируется

посредством системы импульсно-фазового управления СИФУ.

Управляющий сигнал и

на СИФУ поступает с выхода регулятора тока. Обрат-

ная связь по току якоря реализуется с помощью датчика тока ДТ. Измеритель-

ным элементом для этого датчика является шунт R

, включенный в цепь якоря.

Контур тока подчинен контуру скорости. Задание на ток и

ЗТ

поступает с

выхода регулятора скорости PC. Ограничение этого задания (отсечка по току)

реализуется с помощью стабилитронов VI и V2, включенных параллельно ре-

гулятору скорости.

Задание на контур скорости и

зс

подается на вход регулятора скорости.

Обратная связь по скорости выполняется с помощью тахогенератора ТГ.

Задача 10.1. Электропривод по системе ТП-Д с двухконтурной систе-

мой подчиненного регулирования выполнен по структурной схеме 10.17. Кон-

туры тока и скорости настроены на модульный оптимум. Требуется рассчитать

величины настроечных резисторов R

, R

вх

, R

occ

, R

вхс

и емкости С

ос

Исходные данные. Двигатель постоянного тока с независимым возбуж-

дением имеет мощность Р

=18 кВт. U

ян

=440 В, I

ян

=41,4 А, ω

=104,5 1/с, С=4,16

в.c., R

яц

=0,45 Ома, L

яц

=0,01 Гн, J

=0,9 кг.м

, и

зс

=0-8 В, Т

=0,0066 с, U

ТI

=48 В.

Решение.

1. Электромагнитная постоянная времени

яц

02,0

45,0

01,0

===

2. Электромеханическая постоянная времени

яц

023,0

16,4

45,09,0

⋅

3. Передаточный коэффициент тиристорного преобразователя

440

===

максу

ТП

4. Коэффициент обратной связи по скорости

св

максзс

.077,0

5,104

5. Коэффициент обратной связи по току

АВ

янмакс

максзТ

/097,0

4,412

⋅

6. Принимаем ПИ-регулятор тока

рТ

КpW

ИТ

РТРТ

)( +=

ТкКа

ТТТПМТ

ИТ

156,0

45,0

0066,0097,0552

⋅⋅⋅

13,0

156,0

02,0

===

ИТ

РТ

7. Величину резисторов и емкости в регуляторе тока находим, полагая

мкФС

ос

кОм

ос

ИТ

ос

102

156,0

⋅

−

кОм

РТ

ос

вх

600

13,0

1078

⋅

8. Принимаем П-регулятор скорости

1,10

0132,0077,045,02

023,016,4097,0

⋅⋅⋅

⋅⋅

сСямс

мТ

РС

ТкRа

СТк

где Т

μС

= а

МТ

μТ

= 2 · 0,0066=0,0132с.

9. Величина резисторов в регуляторе скорости

вх

= 10кОм,

ос

= К

РС

вх

=10,1·10·10

=101кОм.

Если электропривод должен иметь большой диапазон регулирования

скорости или требуется высокая точность поддержания заданной скорости, то

используется ПИ-регулятор скорости. В этом случае контур тока настраивается

на симметричный оптимум.

Передаточная функция регулятора скорости, настроенного на симмет-

ричный оптимум, будет

рТ

КpW

ИС

РСРССО

)( +=

(10.16)

где

мТ

ССсс

ИС

Тк

СкТа

;

ИС

РС

; а

сс

= 8

Передаточная функция замкнутого контура скорости будет в этом слу-

чае

)(

2233

+++

⋅=

рТарТарТа

рТ

рW

СмсСмсСмс

КССО

μμμ

(10.17)

При подаче на вход системы ступенчатого управляющего сигнала и

зс

уст

Переходный процесс в этом случае характеризуется следующими пока-

зателями качества:

Спп

Тt

5,16

;

Сн

Тt

1,3

; %43

Одним из главных достоинств настройки на симметричный оптимум

является то, что система регулирования будет астатической по возмущению по

нагрузке М

, т.е. при приложении нагрузки установившееся значение скорости

останется неизменным, равным заданному, а статическая ошибка ∆ω

= 0.

Для того, чтобы уменьшить колебательность переходного процесса на

вход регулятора скорости включают фильтр с передаточной функцией аперио-

дического звена

)(

рТ

Тогда передаточная функция системы по сигналу задания будет

)(

2233

+++

⋅=

рТарТарТа

СмсСмсСмс

СОФКС

μμμ

Переходный процесс при настройке на симметричный оптимум с

фильтром на входе будет иметь вид, показанный на рис. 10.18 со следующими

показателями качества t

пп

= 13,3Т

μС

; t

=7,6Т

μС

; σ = 8%.

Включение фильтра не вносит изменения в процесс отработки возму-

щающего воздействия по М

; установившаяся ошибка по скорости будет равна

нулю.

Системы регулирования положения строятся как трехконтурные, где

внешний контур положения управляет контуром скорости.

10.7. Типовые системы управления асинхронными частотно-

регулируемыми электроприводами

Асинхронные регулируемые электроприводы переменного тока обычно

строятся на базе асинхронных двигателей с коротко-замкнутым ротором с час-

тотным управлением. При этом в

качестве источников питания применяются

полупроводниковые преобразователи частоты, работающие в режиме источни-

ка напряжения (ПЧН) или источника тока (ПЧТ).

Целесообразный способ управления двигателем зависит от технических

требований к системе электропривода. В электроприводах с ограниченным

диапазоном регулирования и отсутствием динамических режимов работы при-

меняется частотно-параметрический способ, при котором регулируется частота

и действующее

значение выходного напряжения ПЧН в соответствии с задан-

ной скоростью.

В электроприводах с диапазоном регулирования до 100, к которым

предъявляются высокие требования к динамическим режимам, применяется

частотно-токовый способ, при котором регулируется частота и действующее

значение выходного тока ПЧТ в зависимости от абсолютного скольжения дви-

гателя при заданной скорости и действующей

нагрузке.

В электроприводах с большим диапазоном регулирования скорости и

высокими требованиями к динамическим характеристикам применяется регу-

лирование мгновенных значений трехфазной системы питающих напряжений и

токов с использованием векторного принципа регулирования.

Наиболее простыми системами частотного регулирования являются

частотно-параметрические системы. Такие системы обеспечивают диапазон ре-

гулирования скорости до D=20:l при статизме S

мс

=5-10%. Обычно это разомк-

нутые по скорости системы частотного регулирования, у которых желаемое се-

мейство механических характеристик асинхронного двигателя получается за

счет формирования регулировочной характеристики преобразователя частоты -

отношения величины напряжения, питающего двигатель, к частоте U

ПЧ

Функциональная схема такой системы электропривода приведена на

рис. 10.19. Частота f

ПЧ

определяется величиной задаваемой скорости ω

. Канал

регулирования частоты преобразователя выполняется с линейной регулировоч-

ной характеристикой f

ПЧ

(и

зс

)- В канал регулирования напряжения включается

функциональный преобразователь ФП, который обеспечивает требуемое соот-

ношение между частотой и напряжением. При этом желательно предусмотреть

отрицательную обратную связь по выходному напряжению U

ПЧ

, чтобы преоб-

разователь частоты обладал свойством источника напряжения. Это позволяет

достаточно точно выполнять требуемое соотношение между частотой и на-

пряжением. Наиболее часто встречающиеся соотношения рассмотрены в разде-

ле 6.2.

Электроприводы с частотно-параметрическим регулированием скоро-

сти примечаются в технологических установках, работающих в продолжитель-

ном режиме с относительно медленным изменением скорости. Наиболее часто

они применяются для регулируемого привода насосов и вентиляторов. Такие

системы целесообразно также применять, если по технологии требуется од-

новременное регулирование скорости группы однотипных электроприводов. В

этом случае преобразователь частоты является общим источником питания для

группы приводов.

Асинхронные электроприводы с диапазоном регулирования скорости до

D= 100:1 и высокими требованиями к динамике, когда осуществляются частые

пуски, торможения и реверсы, выполняются как системы с частотно-токовым

управлением. В таких системах преобразователь частоты работает в режиме

источника тока. Это достигается применением

преобразователей частоты типа

ПЧТ или преобразователей частоты типа ПЧН, которые охватываются отрица-

тельной обратной связью по току. Система регулирования осуществляет зада-

ние частоты и величины тока статора в соответствии с заданной скоростью и

нагрузкой на валу двигателя.

Функциональная схема асинхронного электропривода с частотно-

токовым управлением приведена на рис. 10.20. Система регулирования двухка

нальная: содержит канал частоты и канал тока статора. Выходная частота пре-

образователя ПЧТ задается пропорционально заданной скорости. Ток статора

задается в зависимости от величины рассогласования заданной и действитель-

ной скоростей

абс

−

которое равно абсолютному скольжению. Величине абсолютного

скольжения примерно пропорционален ток ротора

I . Приведенный к статору

он определяет активную составляющую тока I

. Реактивная составляющая,

пропорциональная току намагничивания I

поддерживается постоянной (см.

рис.3.6).Таким образом, задание на ток статора будет

(

)

[

]

011

213

IКIII +−=+=

ωω

Это выражение для задания тока формируется

функциональным преобразователем ФП, характеристика

которого дана на рис. 10.21. Для повышения быстродейст-

вия контур тока настраивается на модульный оптимум, для

чего предусмотрен регулятор тока РТ и обратная связь по

току статора с датчиком тока ДТ. Измерение скорости

производится тахогенератором.

Жесткость механических характеристик в системе

электропривода

по схеме рис. 10.20 близка к жесткости естественной механиче-

ской характеристики асинхронного двигателя.

Поэтому достижимый диапазон регулирования скорости в этой системе

может составить примерно D=20:1.

При необходимости получения большого диапазона регулирования сле-

дует внести в систему замкнутый контур регулирования скорости, как это пока-

зано на функциональной схеме рис. 10.22. Данная система управления является

двухканальной

и содержит контур скорости и контур тока, которые настраива-

ются на модульный оптимум. На выходе регулятора скорости формируется

сигнал, пропорциональный частоте питания f

и скорости вращения поля стато-

ра. Вычитая из этого сигнала значение действительной скорости ω

, формиру-

ется сигнал, пропорциональный абсолютному скольжению, который подается

на вход ФП. Функциональный преобразователь в соответствии с зависимостью,

указанной на рис. 10.21, вырабатывает сигнал задания тока статора, который

подается на вход контура тока, имеющего ПИ-регулятор. Частотно-токовое

управление может применяться только для однодвигательных электроприво-

дов.

Наиболее высокие динамические характеристика и диапазон

регулиро-

вания скорости до 10000 могут быть получены при векторном управлении

асинхронным двигателем. Принцип векторного управления состоит в опреде-

лении и принудительном установлении мгновенных значений токов в обмотках

двигателя таким образом, чтобы обобщенные векторы токов и потокосцепле-

ний занимали в пространстве положение, обеспечивающее создание электро-

магнитного момента нужной величины.

Обобщенным вектором тока

(потокосцепления) называется пространст-

венный вектор, образованный токами во всех обмотках статора или ротора дви-

гателя. Векторная диаграмма асинхронной машины показана на рис. 10.23.

Электромагнитный момент, создаваемый двигателем, равен

)(sin)(

ttfкFFкМ

ммм

=×=

где

- пространственные векторы токов или потокосцеплений

статора и ротора; f

(t)= |F

| x |F

| ;

λ(t) - пространственный угол между векторами

Очевидно, что минимальные значения токов а, следовательно, потерь в

обмотках машины будет, если векторы

F и

F перпендикулярны. В системах

векторного управления нет необходимости определять абсолютное пространст-

венное положение обоих векторов

F и

F . Важно определять положение одно-

го вектора относительно другого. Поэтому один из векторов принимается за ба-

зовый, а положение другого контролируется углом λ(t).

С этой целью используют не обычные неподвижные пространственные

координаты, связанные с конструкцией электрической машины, например со