2.7. Формирование прямоугольной токовой диаграммы с помощью интегрального задатчика интенсивности в схеме с отрицательной обратной связью по скорости

В этой схеме ток якоря непосредственно не контролируется. Требуемое качество процессов обеспечивается изменением по заданной программе напряжения на выходе специального узла – задатчика интенсивности. Чаще всего напряжение на выходе задатчиков нарастает при разгоне электропривода по линейному закону. Задачей системы регулирования скорости вращения двигателя является воспроизведение этого закона с наибольшей достижимой точностью, гарантирующей получение прямоугольной диаграммы тока якоря.

На рис. 2.10 а приведена структурная схема рассматриваемого электропривода. Напряжением U_ЗИ с выхода задатчика интенсивности ЗИ, который при разгоне представлен интегрирующим звеном с постоянной времени Т_ЗИ, поступает на вход системы регулирования скорости. Управляемый преобразователь П, который питает двигатель постоянного тока Д, представлен упрощенно инерционным звеном с постоянной времени Т_П . Так как частотные характеристики электропривода необходимо иметь с выходом по току якоря, то на структурной схеме двигатель Д представлен последовательным соединением инерционного звена с постоянной времени Т_М и дифференцирующего с постоян ной Т_Д. Обратная связь по скорости ОС принята безынерционной с коэффициентом усиления К_ОС.

На рис. 2.10 б изображены ЛАЧХ электропривода. ЛАЧХ L₁ замкнутого контура регулирования скорости получается аппроксимацией нижних участков кривых L₂ и L_ОС, где L₂  ЛАЧХ звеньев, включенных в прямой канал контура регулирования скорости, L_ОС  обратная ЛАЧХ канала ОС. Результирующая ЛАЧХ электропривода с выходом по току якоря L₃ получена смещением кривой L₁ на величину Т_Д / Т_ЗИ.

В рассматриваемой схеме удается сравнительно просто получить заданный динамический ток якоря двигателя на участке установившегося режима разгона

I_М  (Т_Д / Т_ЗИ К_ОС ) · U_ВХ.

Крутизна нарастания тока якоря в начале разгона определяется быстродействием контура регулирования скорости. Приближенно время нарастания тока якоря до максимального значения

t_М  (3...4) / _С ,

где _С  частота среза контура регулирования скорости.

Чтобы применять обратную связь по скорости вращения двигателя, приходится устанавливать тахогенератор на валу двигателя. Это усложняет конструкцию электропривода. В данной схеме не удается устранить ползучую скорость вращения двигателя из-за недостаточной чувствительности существующих тахогенераторов. Поэтому в случаях, не требующих высокой точности поддержания скорости вращения двигателя, получили распространение также схемы с задатчиками интенсивности и отрицательной обратной связи по напряжению на якоре двигателя.

2.8. Формирование прямоугольной токовой диаграммы с помощью задатчика интенсивности в схеме с отрицательной обратной связью по напряжению на якоре

Рассмотрим сначала схему с интегральным задатчиком интенсивности. Структурная схема электропривода изображена на рис. 2.11 а. Напряжение U_ЗИ выхода задатчика интенсивности ЗИ поступает на вход преобразователя П, охва­ченного отрицательной обратной связью по напряжению на якоре ОН с коэффициентом усиления К_ОН . Двигатель Д, как и в предыдущих случаях, представлен реальным дифференцирующим звеном.

Для оценки динамических возможностей рассматриваемого способа формирования переходного процесса обратимся к час-

тотным характеристикам электропривода (рис. 2.11 б). Здесь результирующая частотная характеристика L₁ системы электропривода получается суммированием частотных характеристик звеньев ЗИ, КРН (получается охватом преобразователя П звеном ОН) и Д: L₁ = L_ЗИ + L_КРН + L_Д . С помощью интегрального задатчика интенсивности удается обеспечить постоянство поддержания тока якоря на установившемся участке разгона привода. Динамический ток якоря двигателя при разгоне

I_М  (Т_Д / Т_ЗИ К_ОН ) · Uвх .

Из кривой L₁ видно, что правая граница полосы равномерного пропускания частот никогда не превосходит значения ₁ = 1  Т_М , т.е. даже при самой идеальной настройке схемы управления время нарастания тока якоря до полного значения (кривая 1, рис. 2.11 в) составит

t_М  (3...4) · Т_М .

Причина состоит в том, что схема с обратной связью по напряжению на якоре двигателя стремится поддержать величину напряжения U_Я в строгом соответствии с напряжением на выходе задатчика U_ЗИ. В идеальном случае, соответствующем безынерционному контуру регулирования напряжения, получим точное воспроизведение кривой U_Я желаемого напряжения U_ЗИ, изменяющегося по линейному закону. ЭДС двигателя (и его скорость вращения n) в силу электромеханической инерции привода будет отставать во времени от кривой U_Я. Время установления процесса составляет, как известно, (3...4) · Т_М.

Чтобы иметь идеально прямоугольную токовую диаграмму, необходимо напряжение U_Я в начальный момент переходного процесса изменить скачком на величину I_Д · R_Я. В этом случае учитывается влияние электромеханической инерции привода, проявляющееся в неизбежном рассогласовании U_Я и Е_Д на величину падения напряжения в якорной цепи.

Для получения начального скачка напряжения U_Я можно интегральный задатчик интенсивности заменить на интегро-пропорциональный с передаточной функцией

W_ЗИ (р) = (1 + Т₁ р) / Т_ЗИ р = 1 / Т_ЗИ р + К_ЗИ .

Здесь величину коэффициента усиления К_ЗИ пропорционального канала в ЗИ следует принимать в соответствии с требуемым скачком напряжения U_Я в начальный момент переходного процесса. Для этого необходимо выбрать Т₁ = Т_М, чему соответствует К_ЗИ = Т₁ / Т_ЗИ = Т_М / Т_ЗИ.

Частотная характеристика L₅ = L_ЗИ + L_Д с интегро-пропорциональным задатчиком интенсивности, начиная с частоты ₁ = 1 Т_М, идет не наклонно, как было в схеме с интегральным задатчиком интенсивности, а горизонтально за счет влияния пропорционального канала. В итоге на частотной характеристике всего электропривода L₂ полоса равномерного пропускания частот увеличивается вправо до частоты среза контура регулирования напряжения. На кривой переходного процесса тока якоря в этом случае наблюдается увеличение крутизны переднего фронта при сохранении неизменной величины динамического тока на участке установившегося режима разгона (кривая 2, рис. 2.11 в).

Увеличить полосу равномерного пропускания частот на ЛАЧХ электропривода с интегральным ЗИ можно также, введя в канал ОН фильтр с постоянной времени Т_Ф = Т_М.

В этом случае, как следует из характеристик L₃, L₄ и L₅, увеличивается полоса равномерного пропускания частот на ЛАЧХ L₅ электропривода: ЛАЧХ преобразователя П, охваченного инерционной обратной связью, начиная с частоты  = 1 / Т_М , поднимается вверх с единичным наклоном, нейтрализуя тем самым неблагоприятное влияние электромеханической инерции привода на правочастотную часть ЛАЧХ электропривода (кривые L₄ и L₅, рис. 2.11 б).

Механизм благоприятного влияния инерционности в канале обратной связи на характер кривой тока якоря в начале процесса объясняется тем, что за счет влияния этой инерционности сигнал обратной связи по напряжению отстает во времени по сравнению со случаем безынерционной обратной связи. Поэтому во время переходного процесса разгона привода напряжение на якоре двигателя U_Я имеет перерегулирование по отношению к сигналу U_ЗИ, которое и учитывает падение напряжения в якорной цепи двигателя, равное I_Д · R_Я. Переходный процесс тока якоря представлен в этом случае кривой 3 (рис. 2.11 в).

Заметим, что благоприятное влияние фильтра в канале обратной связи на форму кривой тока якоря проявляется лишь в том случае, если _Н  1 / Т_М, где _Н  частота среза контура регулирования напряжения.