Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

ФОРМИРОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОПРИВОДА В ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ – ДВИГАТЕЛЬ



Характеристики разомкнутой системы П–Д показанные на рис. 3.15, 3.17 и 3.18, имеют относительно невысокую жесткость из-за влияния внутреннего сопротивления преобразователя RП. Для получения значительных диапазонов регулирования скорости (несколько десятков или сотен) требуется иметь более жесткие характеристики, которые можно получить лишь в замкнутой системе П–Д. Кроме того, характеристики разомкнутой системы не обеспечивают регулирования или ограничения тока и момента что также требует перехода к замкнутой системе П–Д. Рассмотрим замкнутые системы регулирования скорости, тока и момента с использованием различных обратных связей.

а) Замкнутая система П–Д с отрицательной обратной связью по скорости ДПТ

Структурная схема замкнутой системы с жесткой отрицательной обратной связью по скорости ДПТ показана на рис. 3.19, а. Ее основу составляет разомкнутая схема П﷓Д. На валу ДПТ находится датчик скорости – тахогенератор ТГ (BR), выходное напряжение которого Uтг, пропорциональное скорости ДПТ w, является сигналом обратной связи.

Коэффициент пропорциональности g носит название коэффициента обратной связи по скорости и определяется данными тахогенератора.

Сигнал обратной связи Uтг=Uо,с сравнивается с задающим сигналом скорости Uз,с, и их разность в виде сигнала рассогласования (ошибки) Uвх. подается на вход дополнительного усилителя У, который с коэффициентом ky усиливает сигнал рассогласования Uвх и подает его в виде сигнала управления Uy на вход преобразователя П.

В целях получения формул для характеристик ДПТ в замкнутой системе воспользуемся выражениями (3.30) и (3.31) характеристик разомкнутой системы, а также следующими соотношениями:

(3.35)

(3.36)

Заменяя в (3.30) и (3.31) последовательно Uy на его выражение из (3.36) и далее Uвх, на его выражение из (3.35), после несложных преобразований получаем следующие формулы для характеристик ДПТ в замкнутой системе:

(3.37)

(3.38)

где с=ном; –общий коэффициент усиления системы.

Для анализа жесткости получаемых характеристик сопоставим перепады скорости в разомкнутой Dwр и замкнутой Dwз системах при одном и том же токе или моменте. Согласно (3.30), (3.31), (3.37) и (3.38) имеем

(3.39)

(3.40)

Так как kc>0, то всегда Dwз<Dwр, т.е. жесткость получаемых характеристик в замкнутой системе больше жесткости характеристик в разомкнутой системе. Это показано на рис. 3.19, б, где для сравнения приведены характеристики ДПТ в разомкнутой (прямая 3) и замкнутой (прямая 2) системах. На этом же рисунке приведены характеристики замкнутой системы при меньших значениях задающего сигнала Uз,с (прямые 4 и 5), которые располагаются параллельно характеристике 2.

Для нахождения предельной по жесткости характеристики будем увеличивать коэффициент усиления системы kс. Из (3.40) видно, что при kс®¥ Dwз®0, т.е. в пределе в данной замкнутой системе может быть получена абсолютно жесткая характеристика. Эта характеристика изображена на рис. 3.19, б в виде штриховой линии 1.

Отметим, что абсолютно жесткая механическая характеристика на практике не реализуется из-за существенного ухудшения при этом динамики электропривода. Предельные коэффициенты усиления и обратных связей ограничиваются по условиям получения заданных динамических свойств электропривода.

Рассмотрим физическую сторону процесса регулирования скорости в данной системе. Предположим, что ДПТ работает в установившемся режиме с некоторой скоростью и по каким-то причинам увеличился момент нагрузки Мс. Так как развиваемый ДПТ момент стал меньше момента нагрузки, его скорость начнет снижаться и соответственно будет снижаться сигнал обратной связи по скорости Uтг. Это, в свою очередь, согласно (3.35) вызовет увеличение сигналов рассогласования Uвх и управления Uу и приведет к повышению ЭДС преобразователя, а следовательно, и скорости ДПТ.

При уменьшении момента нагрузки обратная связь действует в другом направлении, приводя к снижению ЭДС преобразователя. Таким образом, благодаря наличию обратной связи осуществляется автоматическое регулирование ЭДС преобразователя и тем самым подводимого к ДПТ напряжения, за счет чего получаются более жесткие характеристики электропривода. В разомкнутой системе при изменении момента нагрузки ЭДС преобразователя не изменяется, в результате чего жесткость характеристик электропривода оказывается меньше.

б) Замкнутая система П–Д с отрицательной обратной связью по напряжению ДПТ

Структурная схема замкнутой системы с отрицательной обратной связью по напряжению показана на рис 3.20, а. Датчиком напряжения в системе служит потенциометр Ru, с которого снимается сигнал обратной связи по напряжению Uo,c=aU, где a –коэффициент обратной связи.

Сигнал рассогласования Uвх определяется как

(3.41)

Используя (3.30) и (3.31), с учетом (3.36) и (3.41) получаем следующие выражения для характеристик ДПТ:

(3.42)

(3.43)

где общий коэффициент усиления системы.

Для оценки жесткости получаемых характеристик вновь сопоставим перепады скорости разомкнутой Dwр [см. (3.39) ] и замкнутой Dwз систем

(3.44)

Так как kс>0, то Rп/(1+kс)<Rп и Dwз<Dwр, т.е. жесткость характеристик в замкнутой системе выше, чем в разомкнутой. Это отражено на рис. 3 20, б, где прямая 3отображает характеристику разомкнутой, а прямая 2замкнутой систем электропривода. Здесь же показаны характеристики при меньших значениях задающего сигнала скорости (прямые 4 и 5), которые располагаются параллельно характеристике 2.

Для нахождения предельной по жесткости характеристики в рассматриваемой замкнутой системе устремим ее общий коэффициент усиления kс в бесконечность. Из (3.44) следует, что при kс®¥ Dwз®IRя/с, т.е. перепад скорости в пределе равен перепаду скорости на естественной характеристике ДПТ, когда он питается от источника с нулевым внутренним сопротивлением. Таким образом, предельной по жесткости характеристикой в замкнутой по напряжению системе является естественная характеристика ДПТ, изображенная на рис. 3.20, б прямой 1. Это объясняется тем, что обратная связь по напряжению в предельном случае при kс®¥ обеспечивает постоянство напряжения U на выводах ДПТ или, что то же самое, полную компенсацию падения напряжения на внутреннем сопротивлении преобразователя RП Аналогичное положение характерно и для предыдущей системы, в которой обратная связь по скорости в предельном случае при kс®¥ обеспечивала постоянную скорость ДПТ.

Физическая сторона процесса регулирования скорости заключается в следующем. При изменениях момента нагрузки Мс на валу ДПТ, например при его увеличении, увеличивается ток якоря I и за счет увеличения внутреннего падения напряжения в преобразователе снижается напряжение U на якоре ДПТ В соответствии с (3.41) это вызовет увеличение сигналов рассогласования Uвх и управления Uy. В свою очередь, это приведет к росту ЭДС преобразователя и компенсации снижения напряжения на выводах ДПТ. Таким образом, и в рассматриваемой системе сущность получения жестких характеристик заключается в автоматическом регулировании ЭДС преобразователя.

в) Замкнутая система П–Д с положительной обратной связью по току якоря

Схема замкнутой системы с положительной обратной связью по току приведена на рис 321, а. В качестве датчика тока в этой системе может быть использован шунт с сопротивлением Rш. Падение напряжения на Rш пропорционально току якоря I. В результате сигнал обратной связи по току определяется как

, (3.45)

где b – коэффициент обратной связи по току, имеющий размерность ом.

Отметим, что в качестве резистора Rш часто используется обмотка дополнительных полюсов и компенсационная обмотка

. (3.46)

Используя (330), (3.31) и (3.36), с учетом (3.46) после несложных преобразований получаем следующие выражения для электромеханической и механической характеристик ДПТ в замкнутой системе:

(3.47)

(3.48)

где ﷓ общий коэффициент усиления системы.

Анализ жесткости получаемых характеристик проведем, сопоставляя суммарное сопротивление цепи якоря Rя+Rп с общим коэффициентом усиления kc, также имеющим размерность ом Нетрудно заключить, что при Rя+Rп>kc характеристики ДПТ имеют отрицательную жесткость, при Rя+Rп=kc – бесконечно большую жесткость, а при Rя+Rп<kc жесткость характеристик положительна. Характеристики, соответствующие этим трем соотношениям, показаны на рис. 321, б. Таким образом, при использовании положительной обратной связи по току могут быть получены характеристики любой жесткости, в том числе и положительной. Однако из-за непостоянства коэффициента усиления системы kc в результате наличия положительной обратной связи реальные характеристики имеют нелинейный характер (кривая 1), поэтому такая связь обычно используется в совокупности с другими, например с обратной связью по напряжению

г) Регулирование (ограничение) тока и момента в замкнутой системе П–Д с помощью нелинейной отрицательной обратной связи по току

Структурная схема замкнутой системы с нелинейной отрицательной обратной связью по току приведена на рис 3.22, а. Эта схема во многом повторяет схему рис. 3.21, а, за исключением узла обратной связи, который в теории электропривода называют узлом токовой отсечки (УТО)

Характеристика УТО показана внутри изображающего его прямоугольника. Работа УТО в соответствии с его характеристикой происходит следующим образом до тех пор, пока сигнал обратной связи , снимаемый с резистора Rш, не превосходит некоторого заданного опорного напряжения Uoп сигнал равен нулю. При U>Uoп на выходе УТО появляется сигнал отрицательной обратной связи , который поступает на вход системы.

Значение опорного напряжения Uoп определяется заданным током, с которого должно начаться его регулирование. Этот ток получил название тока отсечки Iотс. Используя Iотс, можно следующим образом описать работу УТО:

при

(3.49)

при

В соответствии с (3 49) характеристики электропривода рис. 3.22, б имеют два участка: на участке I при I£Iотс и система разомкнута; на участке II при I>Iотс , система становится замкнутой и осуществляется регулирование (ограничение) тока и момента.

Уравнение для участка II электромеханической характеристики можно получить, если в (3.47) заменить знак перед коэффициентом усиления системы kc. с «–» на «+», а ток I заменить на разность IIотс

(3.50)

 

Электромеханические характеристики системы показаны на рис. 3.22, б, механические характеристики при Ф=const повторяют электромеханические при другом масштабе по оси абсцисс.

Ток при нулевой скорости ДПТ получил название тока стопорения Iст. Он может быть найден, если в (3.50) положить w=0,

(3.51)

Из (3.51) видно, что при бесконечно большом увеличении общего коэффициента усиления системы Iст®Iотс, т.е. характеристики на втором участке приближаются к вертикальным линиям. Другими словами, чем больше общий коэффициент усиления системы, тем точнее осуществляется регулирование (ограничение) тока и момента.

Физическая сторона получения мягких характеристик ДПТ на участке II при I>Iотс состоит в том, что при росте тока увеличивается сигнал и уменьшаются сигналы Uвхи Uy, так как . По этой причине уменьшается ЭДС преобразователя, за счет чего и происходит ограничение тока и момента ДПТ.

В практике электропривода разработаны и другие схемы УТО, в частности основанные на использовании нелинейной положительной обратной связи по скорости.

В заключение еще раз отметим, что при реализации больших (предельных) коэффициентов усиления для получения качественных статических характеристик ухудшаются динамические показатели работы электропривода (колебательность, перерегулирование, время затухания переходных процессов).




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.