Онищенко Г.Б. и др. Автоматизированный электропривод промышленных установок

Подождите немного. Документ загружается.

;я блокирующий контакт 13-14(КМ1). Катушка КМ2 получа-

|пнтаиис, и контактор КМ2 подключает статорную обмотку к

тощей сети, изменив чередование фаз. Магнитное поле элек-

"двигателя начинает вращаться в противоположном направле-

И, а ротор по инерции вращается в прежнем направлении. По-

му асинхронный двигатель переходит в режим торможения

ивовключением до полной остановки, а затем разгоняется в

давлении «Назад». Этот процесс показан на рис.4.19. При раз-

~е «Назад» реле контроля скорости замыкает свой контакт 11-

R-B), подготавливая схему к остановке. В цепи катушки реле

можения КТ контактор замыкает 3-15(КМ2), При нажатии

пки SBI-C катушка реле торможения КТ получает питание и

е КТ срабатывает, размыкая контакт 3-4(КТ) и замыкая кон-

3-11(КТ) Контактор КМ2 теряет питание и отключает ста-

ную обмотку от питающей сети. При этом контактор КМ2 за-

дает свой блокировочный контакт 6-7(КМ2) в цепи катушки

. Котгтактор КМ1 срабатывает, так как катушка КМ1-В полу-

питание по цепи

3-1

(КТ), 11-6(SR-H), 6-7(КМ2). Статорная

Зиотка подключается прямым чередованием фаз, «Вперёд», а

ор вращается по инерции в направлении «Назад». Поэтому

Синхронный двигатель переходит в режим торможения проти-

ключенисм. Тормозной момент электропривода в режиме

рможення М

=-(М

-М„„). Когда скорость снизится практически

нуля, реле контроля скорости SR разомкнёт свой контакт 3-11

) и катушка КМ1 потеряет питание, а контактор KM

отклю-

статориую обмотку от питающей сети.

В технологических установках применяются электроприво-

де

двухскоростными асинхронными электродвигателями, у ко-

)рых ступенчатое регулирование скорости достигается за счет

лСнения числа пар полюсов путём изменения схемы включения

Циально выполненной статорной обмотки (см.§4.4)

На рнс.13.4 приведена схема нереверсивного электропривода

[двухскоростным асинхронным двигателем. В схеме предусмот-

рю переключение статорной обмотки с треугольника на двой-

звезду (Д/YY). Такая схема применяется в электроприводах

анизмов. если по технологии требуется регулирование скоро-

с постоянной мощностью на рабочем органе. Механические

»актеристнки электропривода по схеме рис.

13.4

приведены на

ис.4.21.

Управляющие команды в схему подаются трёхпозициониым

мандоконтроллером SM. В исходном положении, когда вклю-

ны автоматы QF1 и QF2 и командоконтроллер находится в ну-

левом (левом) положении, срабатывает реле напряжения KV и

своим контактом KV становится на самоиитаиие.

Рис. 13.4.

Схема включения дну.чскоростнога асинхронного двигателя

При переключении командоконтрОллера в первое положение

(НС) получает питание катушка контактора КМ1(НС), контактор

срабатывает, замыкает свой контакт 3-6 в цепи катушки тормоз-

ного контактора КМТ и подключает статорную обмотку, вклю-

чённую в треугольник (А), к сети. В тоже время тормозной кон-

тактор КМТ срабатывает и подает питание на электромагнит

тормоза, тормоз растормаживается (поднимаются колодки), и

электродвигатель пускается на низкую скорость (число пар по-

люсов 2 р).

При переключении командокоигроллера во второе положе-

ние (ВС) катушка контактора КМ1(НС) отключает статорпую

обмотку от сети. Катушки контакторов КМ2(ВС) и КМЗ(В(У) по-

лучают шггание и контакторы срабатывают. Контактор КМЗ(ВС),

замыкая свои контакты, образует нулевую точку двойной звезды.

Контактор КМ2(ВС) замыкает свой контакт 3-6 в цепи катушки

рмозного контактора КМТ, контактор КМТ срабатывает или

1Йтся включённым. Одновременно контактор КМ2(ВС) под-

>чает вершину- двойной звезды статорной обмотки и двигатель

Бкается на высокую скорость (число пар полюсов р). как пока-

ю рис.4.21. Чтобы остановить электропривод необходимо пе-

ключнть командоконтроллер в нулевое положение. В этом слу-

контакторы теряют питание, статорная обмотка отключается

;сети и контакты КМТ оказываются разомкнутыми. Контактор

снимает питание с катушки электромагнитного тормоза, и

озиые колодки накладываются на тормозной барабан Элек-

ивол останавливается под действием момента сопротивле-

я М

и момента М^ механического тормоза.

Глава N. Принципы построении систем управлении

электроприводами

14.1. Основные пош1тия и определения

Под управлением в электроприводе понимают организацию

цссса электромеханического преобразования энергии, обеспе-

МЮ1ИУЮ требуемые режимы работы технологических машин и

Ханизмов в установившихся и переходных режимах.

Автоматическим регулированием называется такое функ-

|рнирование системы, когда регулируемый параметр изменяет-

ifc соответствии с требованиями технологического процесса без

ямого вмешательства человека-оператора.

Возмущение сигнал воздействия на узлы и элементы сис-

мы электропривода, приводящий к отклонению регулируемой

" >динаты от заданного значения.

Системой управления электроприводом называется комплекс

шратных средств, реализующих алгоритмы включения, вы-

ючеиия и защиты каждого электропривода и взаимодействие

гплекса электроприводов при выполнении сложных техноло-

ХЧеских процессов. Системы управления электроприводами

>ятея с использованием релейно-контакторной аппаратуры и

)рОграммируемых контроллеров

Системой регулирования электропривода называется такая

стема, которая позволяет изменять в широких пределах выход-

коордииату электропривода в соответствии с требованиями

ПОДОГИ чес кого процесса. В составе систем регулирования

[электроприводов обычно используются управляемые преобразо-

ватсди электрической энергии постоянного и переменного тока

В зависимости от назначения и технических требований, предъ-

являемых к электроприводу, различают два типа построения сис-

тем регулирования:

- разомкнутые системы регулирования;

- замкнутые системы регулирования.

Разомкнутой системой регулирования электропривода назы-

вается система, в которой отсутствует обратная связь по выход-

ной регулируемой координате Функциональная схема разомкну-

той системы электропривода приведена на рис.

14.1

В такой сис-

теме фактическое значение регулируемой координаты Y сущест-

венно Зависит от возмущении/, действующих на узлы системы и

рабочий орган, так как сигнал управления U—X, не зависит от ос

клонения регулируемой координаты от заданного значения.

Рнс И I Функциональна

схе«а

«Омк.

P((c |4 2 фу1)К1Шонал1

на)| схсма mMlCHV

нутпй систсмы управления

злеаропри-

TOft систсхш упршшсни

, ,

1Ск

ф()пр)И10Л

пм

Замкнутой системой регулируемого электропривода называ-

ется система, в которой имеется обратная связь по выходной ко-

ординате. Функциональная схема такой системы приведена на

рис. 14,2. На рис. 14.1, 14.2, 14.3 приняты следующие обозначения:

П - управляемый преобразователь. М двигатель, Рсд редук-

тор, РО - рабочий орган, Per - регулятор, ИПУ ннформацион-

но-преобразовательное устройство,/^- возмущения по моменту

сопротивления на валу двигателя,/^ - возмущение по напряже-

нию питающей сети,/,,- возмущения по цепи возбуждения,/

возмущение по температуре.

В замкнутой системе регулирования сигнал управления V

формируется из сигнала задания Л', гг сигнала обратной связи Z.

несущего информацию о ([тактическом значении регулируемого

параметра У. которое зависит от возмущений, действующих на

утлы системы и рабочий орган электропривода В результате вве-

дения обратной связи ошибка регулирования уменьшается до до-

пустимого значения. Сигнал управления U системы электропри-

с обратной связью представляет собой отклонение (ошибку)

«улнровапия относительно сигнала задания А',. При этом ни

J0 из возмущений не измеряется, а их влияние на регулируе-

•й парамсф воспринимается системой по каналу обратной свя-

, Следовательно, в системах с отрицательной обратной связью

ыходному параметру реализуется управление по отклонению.

14.2. Обратные связи и их назначение

Обратная связь представляет собой канал передачи и преоб-

вания информации с выхода системы регулирования или ее

JOB на вход с целью формирования результирующего сигнала

вления.

Уравнение сигнала управления 1)=Хф7.. В зависимости от

-а сигнала Z обратная связь бывает положительной или отрн-

гельной. Если

си1

нал обратной связи 7. суммируется с сигни-

задания X., то Обратная связь называется положительной. Ес-

сигнал обратной связи /. вычи тается из сигнала

Л*,,

то обратная

[вязь называется отрицательной По характеру действия обрат-

_:е связи подразделяются на жесткие, гибкие и нелинейные об-

!ые связи с юной нечувствительности, которые иначе назы-

:я связями с отсечкой'. Назначение и принцип действия наи-

"ее часто применяемой в технике электропривода жесткой от-

рицательной обратной связи по скорости рассмотрено в гл.5.

Если образная связь действует только во время переходных

цессов, то такая обратная связь называется гибкой Fx л и об-

тая связь начинает действовать только с определенного уров-

регулируемого параметра У, то такая обратная вязь называется

ержанной или обратной связью с отсечкой. Жесткие обра пиле

язи п обратные связи с отсечкой используются, в первую оче-

Ьдь, для формирования статических характеристик элекзропрл-

да. Кроме того, жесткие и особенно гибкие обратные связи

применяются для обеспечения устойчивости системы регулиро-

1ня и получения желаемых динамических показателей, харак-

шзуюших протекание переходных процессов при воздействий

систему сигналов задания Л" и возмущения/

14.3. Классификация замкнутых систем регулирования

Замкнутые системы электропривода классифицируются по

тедуюшим признакам: по принципу действия, по выходной ре-

|упнруемой координате или по выполняемым функциям.

Классификация по принципу действия

По принципу действия системы регулирования автоматизи-

рованные электроприводы классифицируются следующим обра-

зом.

1. Системы электропривода с непрерывным управлением.

2. Системы электропривода с релейным управлением.

3. Системы электропривода с импульсным управлением.

4. Системы электропривода с цифровым (например, микро-

процессорным) управлением.

Системы электропривода с непрерывным управлением. Это

такие системы, в которых каждый из переменных параметров

(координат) непрерывно изменяется во времени или остается по-

стоянным. Функциональная схема такой системы соответствует

рис.

14.2.

Системы электропривода с релейным управлением - систе-

мы, у которых в прямом канале регулирования на входе электро-

двигателя имеется силовой релейный элемент с двумя устойчи-

выми состояниями:

• CL если UJ>О*

£/»ю

0(или-(/Д если (/„<О,

где: U„ напряжение питания электродвигателя.

Его регулировочная характеристика приведена на рис.14.3.

Функциональная схема замкнутой системы электропривода с

релейным управлением приведена на

рис.

14.4.

Ст

, „ „ Рис: МА Функциональная схсма замкнутой

Рис. И 3. регулировочная харшп*

сис

„

ми

1СКГршфИаолд с

р^т.имупрш*

рнстика идеалмино pe.'le

а - олнополяриос

б - лвуноллрнос реле

Системы электропривода с импульсным управлением ^сис-

темы. в составе которых в прямой цепи регулирования имеется

импульсный элемент, преобразующий непрерывный сигнал в не-

прерывную последовательность импульсов с определенными ха-

геристиками. Наиболее распространены два типа импульсных

:разователей:

- амплитудно-импульсный модулятор (ДИМ), формирующий

дедователыюсгь импульсов с переменной амплитудой и с ио-

нными периодом и длительностью;

- широгно-импульсный модулятор (ШИМ), который форми-

гг последовательность импульсов с переменной длительностью

С достоянными периодом и амплитудой

Цифровые системы регулирования - это такие системы, в ко-

:ых переменные преобразуются в цифровой код. Цифровые

^ггемы в настоящее время создаются на базе микропроцессоров,

изуюших в цифровой форме функции регулятора Р и ннфор-

ионно-иреобразовательного устройства (ИПУ).

Классификация по выходным регулируемым координатам

По типу выходной регулируемой координаты замкнутые

1стемы электропривода подразделяются на следующие группы.

Системы регулирования момента (усилия). К этому классу

сятся, например, электроприводы систем натяжения металла

[листопрокатном производстве в металлургни или системы на-

;ения пленки в химико-технологическом производстве тонких

JHOK. Закон регулирования момента (усилия) рабочего органа

•деляется технологическим процессом.

Системы регулирования скорости. Они используются в элек-

*иводах многих технологических машин: металлообрабаты-

нх станках, прокатных станах и многих других. Системы

лирования скорости делятся на дне большие группы.

Системы стабилизации скорости, у которых скорость под-

живается постоянной, несмотря на воздействие возмущений,

таким системам относятся, например электроприводы бумаго-

резательных машин.

Системы управления скоростью, у которых скоросгь рабоче-

органа регулируется с высокой точностью в широких пределах

i соответствии с требуемым характером протекания технологи-

жого процесса. Это, например, электроприводы экскаваторов,

;дъемно-зраиспортных машин и другие.

Системы регулирования положения рабочего органа. Эти

нстемы используются в электроприводах нажимных винтов про-

ных станов, в роботах и манипуляторах и многих других про-

шлеипых установках В этих системах положение рабочего

гана регулируется с заданной точност ью в соответствии с тре-

ваниями технологического процесса. Существует два типа

замкнутых систем электропривода регулирования положения -

системы позиционирования и следящие системы.

Системы позиционирования - это такие системы, в которых

задается исходное и конечное положение рабочего органа, а тра-

ектория перемещения не контролируется.

Следящие системы электропривода - это системы регулиро-

вания положения, в которых задается и непрерывно контролиру-

ется вся траектория движения рабочего органа. Рабочий орган

должен повторять заданную траекторию с требуемой точностью.

Классификация по выполняемым функциям строится в соот-

ветствии с характером и особенностями технологического про-

цесса. При этом все замкнутые системы электропривода делятся

на следующие группы

1. Системы стабилизации регулируемой координаты (мо-

мента, скорости и т.п.) в установившемся и переходных режимах

Основная особенность таких систем - это постоянство сигнала

задания регулируемой координаты в течение продолжительного

времени. Фактическое значение регулируемой координаты оста-

ется постоянным, несмотря на воздействие возмущений

2. Следящие системы электропривода

это такие замкнутые

системы регулирования положения, у которых сигнал задания

изменяется но произвольному, заранее неизвестному закону.

Следящие системы применяются в электроприводах копнровадь-

но-фрезерных станков, в системах наведения радиолокационных

станций, которые работают в режиме слежения за летящими и

при этом маневрирующими объектами

3. Системы с программным управлением - это такие систе-

мы. в которых при выполнении технологического процесса сиг-

нал задания и регулируемая координата изменяются по заданно-

му закону, заложенному в программное устройство. Системы

электропривода с числовым программным управлением находят

применение в приводах подач металлорежущих станков.

4. Адаптивные системы - это такие замкнутые системы ре-

гулирования. в которых автоматически выбираются целесообраз-

ные режимы работы электроприводов в зависимости от конкрет-

ной технологической ситуации и условий работы промышленно-

го объекта.

14.4. Показатели качества регулирования

Качество процесса регулирования - это совокупность пока-

зателей, характеризующих поведение системы электропривода в

рпшовившихся и переходных режимах при отработке задающих

змущающнх воздействий.

Качество системы регулирования в установившемся режиме

ливается по величине отклонений регулируемой координаты

[заданного значения. Для этого вводится понятие статизма.

нзм - это относительное установившееся отклонение регу-

уемой координаты системы электропривода от заданного зна-

ла при отработке сигнала задания или компенсации возмуще-

ния.

п Статизм от воздействия сигнала задания определяется соот-

Вшением:

У -У

S, = ~—— 100%.

Щри отсутствии всех возмущений.

где

К,

- заданное значение регулируемой координаты;

- установившееся значение регулируемой координаты

ьекта.

Статизм от воздействия возмущения определяется соотно-

шением

Го-У.

100%.

где:

У/

- установившееся отклонение выходной координаты

Й1ри

заданной величине возмущения.

Суммарный статизм системы электропривода определяется

том мои:

где: статизм от возмущения по моменту сопротивления.

Кус - статизм от возмущения по напряжению сети; Siu - статизм

[рТ возмущения по напряжению возбуждения; S

-статизм от воз-

щення по температуре.

Если статизм по какому-либо воздействию равен нулю, то

система регулирования является астатической относительно это-

[го воздействия.

Установившаяся величина регулируемой координаты может

(ьггь найдена из системы уравнений, описывающих статический

жим работы системы или с помощью передаточной функции

кнутой системы по рассматриваемому воздействию

Установившееся значение выходной координаты при отра-

кс сигнала задания определяется из уравнения

при р-«О

Установившееся отклонение выходной координаты при ком-

пенсации возмушения определяется из уравнения

у Г =/(р)'Щр),^>

прр р~*(1

где: fViPh^y ' передаточная по сигналу задания.

Щр)/->,

передаточная функция по возмущению

Если график переходного процесса рассчитан или определен

экспериментально, то динамические свойства системы электро-

привода оцениваются по у

характеру протекания пе-

реходного процесса отра-

ботки ступенчатого воз-

действия Этот метод на-

зывается оценкой по пря-

мым показателям качес-

тва. Переходной процесс

может быть колебатель-

ным или апериодичес-

ким. как показано на

рис. 14.5.

и характеризу-

ется следующим набо-

ром показателей.

Время переходного процесса t

время, начиная с которо-

го регулируемая координата Y входит и остается в зоне допусти-

мых отклонений. Обычно в системах электропривода эта зона

принимается равной ±2% или ±5% от заданной величины регули-

руемой координаты.

Время нарастания до заданного значения /„ - время, когда

регулируемая координата Y первый раз достигает заданною зна-

чения.

Время достижения максимума - время, соответствующее

первому максимальному превышению регулируемой координаты

над заданным значением.

Перерегулирование

ty twtw

tnn

hie 14.5". Динамическая (переходная! характери-

стика системы регулирования

100% " ЭТО вы

ражен^ ое в

процентах относительное превышение максимального значения

регулируемой координаты над заданным значением.