- •Курс лекций
- •Введение. Классификация суэп
- •1. Типовые узлы и схемы разомкнутых релейно-контактных суэп
- •1.1. Общие сведения
- •1.2. Типовые узлы статорных цепей, обеспечивающие пуск асинхронных и синхронных электродвигателей
- •И синхронных электродвигателей
- •1.3. Узлы роторных цепей асинхронных электродвигателей
- •Ротора асинхронного электродвигателя
- •1.4. Узлы роторных цепей синхронных электродвигателей
- •С глухо подключенным возбудителем
- •1.5. Узлы силовых цепей электродвигателей постоянного тока, обеспечивающие их пуск и торможение
- •Постоянного тока
- •1.6. Типовые схемы управления асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором
- •Электродвигателем с короткозамкнутым ротором
- •С короткозамкнутым ротором
- •1.7. Основные принципы построения систем реостатного ступенчатого пуска и торможения электроприводов
- •При реостатном ступенчатом пуске электродвигателей
- •1.8. Типовые узлы и схемы реостатного ступенчатого пуска и торможения электродвигателей, работающие по принципу времени
- •С фазным ротором в функции времени
- •В функции времени: а – упрощенная схема управления;
- •С независимым возбуждением при динамическом торможении в функции времени: а – принципиальная электрическая схема;
- •Короткозамкнутого электродвигателя в функции времени
- •1.9. Узлы пуска и торможения электродвигателей, работающие по принципу скорости
- •Электродвигателем с торможением противовключением в функции скорости
- •Скорости: а - принципиальная электрическая схема;
- •И напряжения Uя во времени
- •Постоянного тока в функции скорости
- •1.10. Узлы пуска и торможения электродвигателей, работающие по принципу тока
- •Постоянного тока в функции тока
- •С подключением возбудителя в функции тока статора
- •2. Разомкнутые суэп с бесконтактными преобразовательными устройствами
- •2.1. Общие сведения
- •С естественной коммутацией
- •Тиристорным преобразователем:
- •2.2. Основные варианты регулируемых электроприводов переменного и постоянного тока
- •2.2.1. С тиристорным регулятором переменного напряжения (трн) в цепи статора асинхронного электродвигателя (рис. 2.4)
- •2.2.2. С тиристорными ключевыми элементами в цепи ротора
- •2.2.3. С частотным регулированием асинхронных и синхронных электродвигателей (рис. 2.6)
- •Преобразователь частоты
- •Тока и широтно-импульсной модуляцией.
- •2.2.4. С вентильным преобразователем в якорной цепи электродвигателя постоянного тока
- •Преобразователем
- •2.2.5. С питанием электродвигателя от источника тока
- •По системе ит - д
- •2.2.6. С импульсным преобразователем в цепи постоянного тока
- •Постоянного тока: а) электрическая схема включения; б) графики тока и напряжения двигателя
- •В двигательном и тормозном режимах
- •3. Замкнутые суэп постоянного тока с общим суммирующим регулятором
- •3.1. Общие сведения
- •3.3. Система электропривода с обратными связями по угловой скорости и по току с отсечкой, её свойства в статике
- •По угловой скорости и по току с отсечкой
- •С отсечкой по току
- •3.4. Переходные и установившиеся режимы суэп с обратными связями по угловой скорости и току
- •3.4.1. Свойства электропривода в статике с астатическим (пи) регулятором
- •3.4.2. Свойства электропривода в статике с астатическим (пи) регулятором
- •3.5. Замкнутая суэп постоянного тока со стабилизацией момента
- •Моменту м; крм – коэффициент усиления регулятора момента;
- •С обратной связью по моменту.
- •4. Суэп постоянного тока с подчиненным регулированием
- •4.1. Общие сведения
- •С ограничением выходного сигнала.
- •4.2. Математическая модель двухконтурной суэп с подчиненным регулированием
- •С подчиненным регулированием
- •4.3. Оптимальные настройки регуляторов
- •4.3.1. Настройка системы на модульный (технический) оптимум
- •На модульный оптимум
- •Регулирования тока
- •4.3.2. Настройка системы на симметричный оптимум
- •4.4. Суэп с двухзонным регулированием скорости
- •Регулирования возбуждения
- •От управляющего сигнала в статике
- •4.5.2. Двукратноинтегрирующая суэп с пи регуляторами тока и угловой скорости
- •4.5.3. Однократноинтегрирующая суэп с пи регулятором тока и обратной связью по эдс вращения (напряжению)
- •Для расширения диапазона регулирования и стабилизации скорости используют замкнутые суэп с отрицательной обратной связью по скорости.
- •5.2. Система регулирования угловой скорости асинхронного электропривода изменением напряжения питания
- •Р ис. 5.1. Принципиальная схема сар угловой скорости асинхронного электродвигателя изменением напряжения питания
- •Асинхронного электродвигателя изменением напряжения питания
- •Значениях задающего напряжения uз
- •Напряжения питания um uном.
- •5.3. Система управления асинхронным электродвигателем с импульсным регулированием сопротивления в роторной цепи
- •С импульсным регулированием сопротивления в цепи ротора
- •5.4. Суэп с электромагнитной муфтой скольжения
- •И отрицательной обратной связью по скорости
- •5.5. Суэп переменного тока с частотным регулированием скорости
- •5.5.1. Общие сведения
- •5.5.2. Асинхронный электродвигатель как объект регулирования
- •5.6. Варианты суэп переменного тока с частотным регулированием
- •5.6.1. Система частотного регулирования с функциональным преобразователем и регуляторами тока и напряжения статора
- •С функциональным преобразователем
- •5.6.2. Система частотного регулирования с обратными связями по скорости и эдс статора
- •С обратными связями по скорости и эдс статора
- •5.6.3. Система частотно-токового управления асинхронным приводом
- •5.7. Системы векторного управления ад с короткозамкнутым ротором
- •5.8. Суэп с асинхронными каскадами
- •5.8.1. Варианты и общие характеристики каскадов
- •Вентильного каскада: 1 – естественная характеристика;
- •5.8.2. Система управления авк с отрицательной обратной
- •Связью по скорости и положительной обратной связью
- •По выпрямленному току ротора
- •Функциональная схема такой суэп, аналогичная системам регулирования скорости дпт с независимым возбуждением, приведена на рис. 5.19.
- •Оос по угловой скорости и пос по выпрямленному току ротора
- •5.8.3. Система управления авк с подчиненным регулированием
- •Управления авк с подчиненным регулированием
- •5.9. Системы автоматического управления синхронных электроприводов
- •5.9.1. Основные задачи регулирования синхронных приводов
- •5.9.2. Система регулирования возбуждения сд с тиристорным возбудителем и общим регулятором
- •С тиристорным возбудителем и общим регулятором
- •5.9.3. Система подчиненного регулирования тока возбуждения сд
- •Регулирования тока возбуждения сд
- •5.10 Система управления электроприводом с вентильным двигателем
- •С вентильным двигателем
- •6. Следящие электроприводы
- •6.1. Общие сведения
- •6.2. Примеры простейших следящих электроприводов
- •6.2.1. Следящий электропривод с непрерывным управлением Вариант такого электропривода приведен на рис. 6.1.
- •6.2.2. Релейный следящий электропривод
- •6.2.3. Импульсный следящий электропривод
- •Трансформатора tv и Uк на обмотке электромагнитного поляризованного реле к;
- •6.2.4. Следующий электропривод с шаговым электродвигателем
- •Электродвигателем
- •6.3. Анализ свойств следящих электроприводов в статике и переходных режимах
- •6.3.1. Следящая суэп с обратной связью по выходной величине
- •6.3.2. Следящий электропривод с дополнительной обратной связью по первой и второй производным от выходной величины
- •Пропорционального ускорению выходного вала
- •6.3.3. Следящий электропривод с пропорционально-дифференциальным законом регулирования
- •6.3.4. Следящий электропривод с пропорционально-интегральным регулятором
- •6.3.5. Следящий электропривод с комбинированным управлением (с коррекцией по возмущающему воздействию)
- •6.3.6. Сравнение рассмотренных вариантов следящих электроприводов
- •7. Системы программного управления электроприводов
- •7.1. Общие сведения. Классификация
- •7.2. Примеры систем программного управления
- •7.2.1. Позиционная спу
- •7.2.2. Контурная система с чпу
- •8. Оптимальные и адаптивные суэп
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Примеры оптимальных и адаптивных суэп
- •8.2.1. Оптимальная суэп турбокомпрессора
- •Статических режимов электропривода турбокомпрессора
- •8.2.2. Адаптивный регулятор тока для вентильного электропривода постоянного тока
- •С адаптивным регулятором
- •9. Применение средств микропроцессорной техники в системах управления электроприводов
- •9.1. Общие сведения. Задачи микропроцессорного управления электроприводами
- •9.2. Применение программных логических контроллеров (плк) в системах управления электроприводов
- •9.3. Применение программируемых регулирующих контроллеров в электроприводах
- •9.4. Примеры алгоритмов цифрового управления
- •10. Основы проектирования суэп
- •10.1. Общие сведения
- •10.2. Основные этапы проектирования суэп
- •Систем управления:
- •Регуляторами и параллельным управлением; в) ‑ с раздельными регуляторами и подчиненным управлением
- •Устройств, работающих на постоянном токе
- •Этап 5: Разработка проектной документации
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Шахтинский институт (филиал) ЮРГТУ (НПИ)
Кафедра электрификации и автоматизации производства
СТАШИНОВ Ю. П.
Курс лекций
по дисциплине “ Системы управления электроприводов”
Шахты, 2009
Введение. Классификация суэп
Предметом курса является решение следующих основных задач:
‑изучение принципов построения СУЭП и типовых схемных решений;
‑анализ (исследование поведения) автоматизированных электроприводов в различных режимах работы;
‑синтез (проектирование) автоматизированных электроприводов с заданными свойствами.
Электроприводом называют электромашинную систему, осуществляющую регулируемое преобразование электрической энергии в механическую энергию перемещения рабочих органов машин и установок.
Электроприводы потребляют около 2/3 всей производимой электроэнергии и являются основным средством автоматизации промышленных объектов. Поэтому управление этими объектами сводится в первую очередь к управлению электроприводами.
Управление электроприводом может быть ручным, полуавтоматическим и автоматическим (без непосредственного участия человека).
Автоматическое управление электроприводами:
‑ повышает производительность труда;
‑ снижает стоимость и улучшает качество продукции;
‑ улучшает условия труда;
‑ способствует повышению квалификации и интеллектуального уровня обслуживающего персонала.
Управление электроприводом осуществляется совокупностью технических средств, образующих устройство управления (УУ), которое совместно с управляемым объектом УО (в данном случае электродвигателем или несколькими электродвигателями) образует СУЭП.
Укрупнено СУЭП можно классифицировать по следующим признакам:
По виду алгоритма управления:
а) разомкнутые (по жесткой программе и по возмущению);
б) замкнутые (по отклонению, комбинированные);
в) адаптивные (с приспособлением к изменяющимся условиям работы).
По характеру изменения воздействий:
а) непрерывные;
б) дискретные (импульсные, релейные, цифровые).
По виду уравнений динамики
а) линейные;
б) нелинейные
По элементной базе:
а) релейно-контактные;
б) бесконтактные (с электромашинными, магнитными и полупроводниковыми преобразователями).
по выполняемым функциям:
а) СУЭП, обеспечивающие автоматический разгон, торможение, реверсирование, поддержание заданной частоты вращения (скорости) с невысокой точностью.
При глубине регулирования скорости D=maxmin 6 для этих целей применяют обычно разомкнутые дискретные СУЭП, выполненные на релейно-контактных элементах. Такие системы применяют для управления металлорежущими станками, вентиляторами, насосами, компрессорами, подъемно-транспортными и другими установками;
б) системы стабилизации, автоматически поддерживающие заданное значение какой-либо физической величины (скорости, тока и т.д.) с большой точностью, как в статике, так и переходных режимах.
Эта функция реализуется обычно с применением замкнутых САУ по отклонению (САР). Примерами могут служить САР нагрузки выемочных и проходческих машин.
в) системы программного управления машинами и механизмами.
СУЭП в этом случае должны обеспечивать автоматический запуск, торможение, остановку, реверсирование, работу с заданными скоростями. Такие системы управления могут выполняться на комбинации релейно-контактных и бесконтактных элементов, с использованием разомкнутого и замкнутого принципов управления. Применяются, например, в металлорежущих станках, прокатных станах, автоматических линиях.
г) следящие СУЭП, осуществляющие слежение за вводимыми в систему произвольно изменяющимися сигналами.
Примером может служить электропривод антенны, следящей за перемещением маневрирующей цепи.
д) системы, обеспечивающие автоматический выбор целесообразных режимов работы.
Такие СУЭП работают по принципу адаптации (приспособления к резко изменяющимся условиям функционирования) и называется адаптивными.
В адаптивных САУ автоматически изменяются структура УУ и/или алгоритм управления с целью достижения наилучших в каком-либо смысле показателей работы.
Разновидностью адаптивных СУЭП являются оптимальные системы управления, обеспечивающие достижение экстремального (минимального или максимального) значения некоторого критерия (например, максимальной скорости бурения, минимального расхода топлива на транспортном средстве и др.). В состав таких систем обычно входят вычислительные микропроцессорные средства.
е) системы, обеспечивающие автоматическое управление комплексами машин и механизмов, объединенных общим технологическим процессом; составляет основу комплексной автоматизации технологических процессов.
При решении этой наиболее сложной задачи могут использоваться электроприводы, выполняющие все выше рассмотренные функции.
Во всех рассмотренных вариантах СУЭП на них возлагается ряд дополнительных функций, таких, например, как:
- блокировки, обеспечивающие необходимую последовательность операций;
- защиты от аварийных режимов работы;
- диагностика и сигнализация о ходе производственного процесса.