3.4. Применение отрицательной обратной связи по напряжению на якоре двигателя
Идея рассматриваемого способа регулирования заключается в том, чтобы, охватив преобразователь жесткой отрицательной обратной связью, ослабить влияние на точность поддержания скорости тех возмущений, которые вызывают снижение напряжения UЯ на якоре двигателя. К таким возмущениям можно отнести, например, изменение статической нагрузки на валу двигателя, которое вызывает увеличение падения напряжения в силовой цепи преобразователя и снижение UЯ. В схемах вентильных электроприводов колебания напряжения сети тоже влияют на величину UЯ и вызывают погрешность в поддержании скорости.
Рассмотрим
структурную схему электропривода с
отрицательной обратной связью по
напряжению (рис. 3.7). На схеме изображено
три контура регулирования:
контур 1 саморегулирования ЭДС в двигателе, образованный звеньями ЯД, Д и отрицательной обратной связью по ЭДС двигателя. Передаточными функциями этих звеньев
WД (р) = 1 / ТД р и WЯД (р) = КЯ / (1 + ТЯ р)
учитываются механическая инерция привода и электромагнитная инерция якорной цепи двигателя (без учета параметров силовой цепи преобразователя). Здесь ТД механическая постоянная времени привода, КЯ и ТЯ кратность тока короткого замыкания и электромагнитная постоянная времени якорной цепи двигателя. В электродвигателях средней и большой мощности ориентировочно КЯ = 15...30 и ТЯ = 0,02...0,1 с;
контур регулирования 2, образованный звеньями ЯД и ЯП и учитывающий параметры силовой цепи отдельно двигателя и преобразователя. Передаточная функция звена ЯП
WЯП (р) = (1 + ТЯП р ) / КЯП ,
где КЯП и ТЯП кратность тока короткого замыкания и электромагнитная постоянная времени силовой цепи преобразователя. В электроприводах средней и большой мощности, выполненных по системе Г Д, обычно КЯП = 20...40, ТЯП = 0,01...0,02 с, а по системе вентильный преобразователь двигатель КЯП = 10...20, ТЯП = 0,02...0,05 с. Меньшие величины КЯП во втором случае обусловлены более мягкой внешней характеристикой вентильных преобразователей из-за перекрытия вентилей в процессе коммутации;
контур регулирования напряжения на якоре двигателя 3, образованный звеньями П и ОН.
С точки зрения функционирования контура 3 изменение падения напряжения UП в силовой цепи преобразователя при протекании тока якоря (выходная величина звена ЯП) действует как возмущение, вызывая изменение напряжения UЯ на якоре двигателя. Если этот контур выполнить с высоким быстродействием и большим коэффициентом усиления, то можно ослабить влияние возмущения UП. В реальных случаях частота среза контура 3 доходит до 250...300 рад с. Это приводит практически к полному подавлению влияния возмущения UП . В переходных процессах, вызванных приложением момента статической нагрузки, наблюдается UЯ const. Показатели переходных процессов в электроприводе с контуром регулирования напряжения вентильного преобразователя получаются, как у двигателя, работающего на естественной механической характеристике.
Некоторые, особенно тихоходные двигатели имеют малую величину показателя m =TМ / TЯ. В этом случае процессы, вызванные приложением статической нагрузки, носят колебательный характер с большим перерегулированием по току якоря. Для устранения этого перерегулирования целесообразно применять дополнительную отрицательную гибкую обратную связь по току якоря двигателя [12] .