Настройка электропривода с двухзонным регулированием скорости. Рекомендации по выбору регуляторов

Сначала выясним, как сказывается наличие дополнительных каналов регулирования потока двигателя (зависимой системы возбуждения ЗСВ) на показателях настройки КРТЯ, а затем

определим, из каких условий следует выбирать структуру и параметры регулятов РН и РТВ.

Рассмотрим возможные варианты выполнения ЗСВ.

Вариант 1. Ослабление потока двигателя производится в функции ЭДС преобразователя ЕП.

В этом случае структурная схема электропривода преобразуется к виду (рис. 4.26 а). Наличие ЗСВ на структурной схеме учитывается введением в прямой канал КРТЯ последовательного корректирующего звена А с передаточной функцией

W_А (р) = 1 + W_ЗСВ (р).

Если пренебречь влиянием инерционных звеньев с малыми постоянными времени в контуре регулирования тока возбуждения двигателя, то в настроенной системе электропривода звено ЗСВ можно представить последовательным соединением интегрирующего звена с постоянной времени Т_А = Т_РН / n₀ = 1 / _А и инерционного с постоянной времени Т_В = 1 / _В, где _В – частота среза контура регулирования тока возбуждения двигателя. Тогда в диапазоне частот  < _В передаточная функция звена ЗСВ

W_ЗСВ (р)  n₀ / T_РН р (1 + Т_В р).

Аппроксимированная ЛАЧХ звена А (кривая L_А на рис. 4.27 а) соответствует пропорционально-интегральному звену, которое получается после параллельного соединения единичного канала и ЗСВ. Чтобы звено А не оказывало влияния на устойчивость и качество процессов в КРТЯ, необходимо обеспечить

_А < _Т / (2...4),

где _Т – частота среза КРТЯ. Чтобы само звено А было устойчиво, необходимо соблюдать

_А < _В / (2...4).

Приведенные неравенства являются основанием для выбора параметров регуляторов РТВ и РН. Так как обычно _В < _Т, то бывает достаточно обеспечить только второе из неравенств. В итоге условия настройки регуляторов РТВ и РН в схеме с ослаблением потока в функции Е_П можно сформулировать так: необходимо сначала выбрать параметры РТВ, обеспечив наибольшее возможное быстродействие КРТВ, а затем – параметры РН, выбрав частоту среза контура регулирования напряжения _Н в (2...4) раза меньше, чем КРТВ.

Вариант 2. Ослабление потока двигателя производится в функции ЭДС двигателя Е_Д. В этом случае влияние ЗСВ учитывается на схеме (рис. 4.26 б) введением в прямой канал КРТЯ двух последовательно включенных звеньев А и Б. Передаточная функция звена А уже обсуждалась в варианте 1. Так как в данном случае W_СЦ (р) = 1 / W_ЯЦ(р), то передаточная функция звена Б

W_Б(р) = 1 / [1 + W_ЗСВ (р)].

Последовательно включенные звенья А и Б соответствуют звену с передаточной функцией

W(р) = W_А (р) W_Б (р) = 1.

Отсюда получаем важный вывод, что если ЗСВ выполнена по Е_Д, то условия устойчивости КРТЯ в зоне ослабления потока двигателя остаются такими же, как и при скорости ниже основной. Это происходит потому, что противоположное влияние звеньев А и Б на устойчивость КРТЯ взаимно уравновешивается.

Следует сделать весьма существенную оговорку. Сокращать числитель и знаменатель в выражении для передаточной функции последовательно соединенных звеньев А и Б и на основании этого делать вывод о независимости (инвариантности) динамических характеристик КРТЯ от степени ослабления потока можно далеко не всегда. Полученный вывод справедлив только тогда, когда сами звенья А и Б удовлетворяют условиям устойчивости. Эти условия выполняются с учетом стандартных величин запасов устойчивости, если при выборе параметров регуляторов РТВ и РН соблюдается неравенство

_А ≤ _В / (2...4).

Итак, условия настройки регуляторов РТВ и РН в случаях ослабления потока в функции Е_П и Е_Д совпадают и сводятся, во-первых, к достижению наибольшей возможной частоты среза КРТВ _В и, во-вторых, выполнению неравенства _А ≤ _В / (2...4).

 Покажите, что в случае ослабления потока двигателя в функции величины напряжения на якоре получаются те же количественные рекомендации по выбору параметров регуляторов РТВ и РН, что и в случаях ослабления потока в функции Е_П или Е_Д.

Если система электропривода работает, главным образом, в установившихся режимах поддержания заданной скорости вращения двигателя, а процессы пуска и торможения привода не играют существенной роли, то настройку ЗСВ проще всего осуществить, понизив ее быстродействие. В этом случае отработка возмущений, вызывающих отклонение скорости вращения двигателя (например, приложения статической нагрузки), производится в переходном режиме только за счет воздействия на напряжение на якоря двигателя. Поток же двигателя в переходном режиме почти не изменяется. При разгоне такого электропривода наблюдается перерегулирование напряжения на якоре, приближенную величину которого можно оценить с помощью выражения [9]

U_Я   U_Н / _АТД ,

где  – динамический момент привода при разгоне в долях от номинального значения.

Если электропривод работает в режимах интенсивных пусков и торможений, то делать инерционную ЗСВ нельзя, чтобы избежать перерегулирования напряжения на якоре при разгоне. В этом случае параметры регулятора РН выбирают так, чтобы получить наибольшее достижимое быстродействие ЗСВ, не нарушив условий устойчивости КРТЯ.

Чтобы дать представление о реально достигнутых показателях настройки электроприводов с ЗСВ, укажем параметры контуров регулирования, определенные экспериментально в процессе наладки электропривода клети 20-валкового стана холодной прокатки [9]. Здесь двигатель постоянного тока (Р_Н = 1450 кВт; U_Н = 715 В; I_Н = 2200 А; n = 450/1025 об/мин) питается от индивидуального генератора. Возбуждение электрических машин производится от тиристорных возбудителей. Частоты среза контуров регулирования составляют: скорости вращения электропривода – _С = 20 рад/с, тока якоря – _Т = 60 рад/с, тока возбуждения двигателя – _В = 60 рад/с, звеньев А и Б, учитывающих быстродействие ЗСВ, – _А = 20 рад/с.