4.7. Электропривод с реверсом поля двигателя
Есть производственные механизмы (например, непрерывные станы горячей прокатки в металлургической промышленности), которые работают преимущественно с установившейся рабочей скоростью вращения двигателя, обеспечивают ее поддержание с высокой точностью, но не предъявляют особых требований к качеству процессов реверса и торможения. В этих случаях с целью снижения затрат на силовой преобразователь и повышение его надежности целесообразно в цепи якоря двигателя включать нереверсивный вентильный преобразователь, а реверс двигателя осуществлять, изменяя направление тока в обмотке возбуждения.
На рис. 4.30 приведена схема электропривода постоянного тока с реверсом поля двигателя. Здесь двигатель постоянного тока М подключен к нереверсивному тиристорному преобразователю ТП UZ1. Регулирование скорости вращения двигателя производится изменением напряжения на якоре в двухконтурной подчиненной системе регулирования. Внутренним контуром является контур регулирования тока якоря КРТЯ, содержащий UZ1, регулятор тока якоря РТЯ АА1 и датчик тока якоря ДТЯ UA1. Внешним контуром является контур регулирования скорости КРС, который кроме КРТЯ содержит также регулятор скорости РС AR и датчик скорости ДС UV, подключенный через промежуточ
ный потенциометр к тахогенератору BR. Так как тиристорный преобразователь нереверсивный, между выходом регулятора скорости и входом регулятора тока якоря РТЯ включен функциональный преобразователь ФП A2, который выполнен на пропорциональном регуляторе с единичным коэффициентом усиления и диодах VD1 и VD2. Он реализует зависимость UФП = UРС, обеспечивая положительное (в проводящем для вентилей ТП
направлении) задание тока контуру КРТЯ при любом знаке статической нагрузки на валу двигателя. Для ограничения максимально допустимого значения тока якоря регулятор скорости содержит блок ограничения БО A1. Величина и направление скорости вращения двигателя пропорциональны напряжению на выходе задатчика интенсивности ЗИ AJ.
Питание обмотки возбуждения двигателя производится от реверсивного тиристорного возбудителя ТВ UZ2. Качество переходных процессов изменения потока возбуждения двигателя определяется настройкой контура регулирования тока возбуждения КРТВ, который содержит ТВ, обмотку LM, регулятор тока возбуждения РТВ AA2 и датчик тока возбуждения ДТВ UA2. Величина и направление тока возбуждения двигателя соответствуют напряжению на выходе релейного элемента РЭ A3, подключенного на выход регулятора РС. Статические характеристики нелинейных элементов РЭ, РС и ФП изображены на схеме (рис. 4.30) рядом с соответствующими звеньями.
В установившихся режимах работы рассматриваемая схема работает так же, как обычная система подчиненного регулирования, с той лишь разницей, что при изменении знака напряжения на выходе РС изменяется знак напряжения на выходе релейного элемента РЭ при неизменном знаке напряжения UФП на выходе функционального преобразователя.
Изобразите, как выглядят в данной схеме статические характеристики: механическая n = f(M), внешняя (ЭДС преобразователя) ЕП = f(M), тока возбуждения IВ = f(M) и тока якоря IЯ = f(M), когда момент статической нагрузки изменяется в пределах от +ММАКС до –ММАКС. Как сказывается на этих характеристиках наличие релейного элемента РЭ в схеме?
Схема управления (рис. 4.30) имеет один недостаток. В начале переходного процесса торможения электропривода (особенно при малых моментах статической нагрузки и большой инерционности цепи возбуждения), когда ток возбуждения еще не сменил знак, наблюдается всплеск двигательного момента, происходящий из-за разницы в быстродействии КРТЯ и КРТВ. Сказанное поясняют упрощенные кривые изменения регулируемых координат в электроприводе в переходном процессе торможения (рис. 4.31). Рассматривается самый неблагоприятный случай, когда процесс торможения начинается с холостого хода привода. Быстродействие контуров регулирования тока якоря и скорости принимается очень высоким, тогда напряжение UРС на выходе РС и ток якоря IЯ могут изменяться скачком.
На отрезке времени 0 … t1 электропривод работает в установившемся режиме, развивая скорость n0. Так как МС = 0, то IЯ = 0. В момент времени t1 дается импульс на торможение, UРС мгновенно изменяется до –UРСМАКС, релейный элемент РЭ переключается, изменяя знак сигнала задания на входе КРТВ, а на вход КРТЯ подается через ФП сигнал на увеличение тока якоря. Так как КРТЯ практически безынеционный, то ток IЯ мгновенно увеличится до заданного значения. Ток же возбуждения IВ мгновенно измениться не может, и требуется отрезок времени t1 ... t2, когда IВ уменьшится до нуля, и t2 ... t3, когда IВ нарастет до нужного отрицательного значения. В результате разницы в быстродействии КРТЯ и КРТВ на отрезке времени t1 ... t2 двигатель будет развивать не тормозной, а двигательный момент М, вызывая ненужное увеличение скорости вращения n.
В реальной схеме ряд факторов (конечная величина быстродействия контура регулирования скорости и плавное в связи с этим изменение UРС, наличие момента статической нагрузки) способствуют снижению ложных выбросов момента М на отрезке времени t1 ... t2, но устранить их не могут.
Для полного устранения упомянутых ложных выбросов момента ранее между выходом ФП и входом КРТЯ включали логические переключающие устройства. Их назначение состояло в
том, чтобы на вход КРТЯ подавать сигнал, равный нулю, если знаки UРС и IВ не соответствовали друг другу. В этом случае участок t1 ... t2 ложного значения момента заменялся на бестоковую паузу. Но можно обойтись и более простыми решениями [5]. Хорошие результаты дает замена релейного элемента РЭ на пропорциональный регулятор с зоной ограничения, благодаря чему двигатель в зоне малых нагрузок работает с ослабленным потоком. Это уменьшает величину изменения тока IВ при реверсе двигателя, снижает нагрев двигателя при малых нагрузках. Наличие линейного участка на статической характеристике пропорционального усилителя позволяет также простым путем ослабить влияние оборотных пульсаций напряжения тахогенератора, приводящих в установившемся режиме работы привода к чрезмерной амплитуде колебаний UРС и ложной работе узла реверса тока возбуждения двигателя.