2.6. Применение последовательных корректирующих устройств для улучшения формы кривой тока якоря при разгоне электропривода

Как самостоятельное средство формирования переходных процессов последовательные корректирующие устройства не применяются, так как не в состоянии учесть нестабильность параметров последовательно включенных элементов схемы, в первую очередь, преобразователя. В сочетании же с обратными связями такие устройства позволяют улучшать качество переходных процессов.

Эффективность применения последовательных корректирующих устройств рассмотрим на примере электропривода с отрицательной обратной связью по току якоря (рис. 2.9 а).

В исходном случае, когда последовательное корректирующее звено ПК не введено, можно принять его передаточную функцию

W_ПК (р) = 1

Замкнутая система электропривода имеет частотную характеристику L₁ (рис. 2.9 б), а переходный процесс тока якоря при разгоне электропривода после скачкообразного увеличения сигнала U_ВХ соответствует кривой 1 на рис. 2.9 в.

Введем последовательное корректирующее устройство с передаточной функцией

W_ПК (р) = 1 + 1/ Т₃ р = (1 + Т₃ р) / Т₃ р ,

т.е. в звене ПК параллельно безынерционному звену включим интегрирующее. ЛАЧХ этого звена изображается кривой L_ПК (рис. 2.9 б) и соответствует пропорционально-интегральному (ПИ-) регулятору.

Выберем, ориентируясь пока лишь на упрощение выкладок, величину Т₃ равной наибольшей из постоянных времени инерционных звеньев прямого канала системы регулирования. В нашем случае Т₃ = Т_П.

ЛАЧХ прямого канала системы регулирования, в который включены последовательно ПК, П и Д, изображается кривой L₃ (рис. 2.9 б). Если теперь эти звенья охватить отрицательной обратной связью по току якоря с прежним коэффициентом усиления К_ОТ, то аппроксимированная ЛАЧХ замкнутой системы электропривода изобразится кривой L₂.

Сопоставляя кривые L₁ и L₂, оценим влияние последовательно включенного ПИ-регулятора на вид ЛАЧХ замкнутой системы электропривода и на характер переходного процесса разгона электропривода. Можно сделать вывод, что включение пропорционально-интегрального звена вместо пропорционального в прямом канале контура регулирования тока якоря не изменяет ни максимума ЛАЧХ системы электропривода, ни правой границы полосы равномерного пропускания частот. При разгоне электропривода после скачкообразного увеличения сигнала задания U_ВХ кривая тока якоря будет иметь в обоих случаях почти одинаковый максимум и одинаковую крутизну переднего фронта. Кривые переходного процесса тока якоря (рис. 2.9 в), рассчитанные для тех же параметров, что и ЛАЧХ L₁ и L₂, подтверждают этот вывод.

Причина сохранения неизменным переднего фронта кривой тока якоря при разгоне электропривода состоит в том, что в обоих случаях характер начального участка процесса определяется свойствами пропорционального канала как более быстродействующего, влияние же интегрального канала не успевает проявиться. Из кривой L_ПК также видно, что действие пропорционального канала проявляется в диапазоне средних и высоких частот, а интегрального – только низких. Более того, в большинстве существующих схем не удается из условий устойчивости контура регулирования выбирать величину Т₃ так, чтобы в районе частоты среза контура _Т действие интегрального канала в звене ПК преобладало над пропорциональным каналом.

Кривые L₁ и L₂ существенно отличаются друг от друга в районе низких частот: при уменьшении  кривая L₁ понижается, а L₂ – идет горизонтально. Будут отличаться и кривые тока якоря: в первом случае ток якоря, достигнув I_М, будет постепенно спадать до нуля (кривая 1, рис. 2.9 в), во втором (кривая 2) – поддерживаться на неизменном уровне.

Поддержание постоянства тока якоря двигателя при разгоне объясняется введением интегрирующего канала в звене ПК. Известно, что выходной сигнал такого звена неограниченно возрастает, когда сигнал на входе его остается отличным от нуля.

Если теперь на вход контура регулирования тока якоря подать скачком сигнал U_ВХ, то установившегося режима, при котором напряжение на выходе ПК постоянно (а следовательно, постоянны ЭДС Е_П и скорость n), получить не удастся.

Если такой режим предположить, то необходимо, с одной стороны, потребовать равенства нулю результирующего сигнала U_У на входе интегрирующего канала в звене ПК и, значит, U_ВХ = U_ОТ. С другой стороны, условие постоянства скорости вращения двигателя П означает равенство нулю тока якоря, а в этом случае

U_ОТ = К_ОТ · I_Я = 0 ,

что противоречит принятым условиям.