1. Нарисуйте функциональную электрическую схему одноконтурной СУЭП постоянного тока с тиристорным преобразователем на основе управляемого выпрямителя. Дайте характеристику каждому элементу схемы (назначение, техническая реализация, основные параметры). Укажите ограничения применимости такой СУЭП.

Регулирование выходного напряжения ведомых сетью тиристорных преобразователей осуществляется за счет задержки включения тиристоров относительно точки естественного включения ( – угол управления). Могут быть с ОС по току, скорости и напряжению.

Регулятор тока - РТ, управляемый силовой преобразователь - УСП, датчик тока – ДТ, Регулятор скорости РС, датчик скорости ДС и элемент сравнения. На входе контура установлен задатчик скорости (определяет установившееся значение ) и задатчик интенсивности ЗИ (определяет ускорение в переходном режиме). Наличие ЗИ позволяет ограничивать пусковые и тормозные броски тока якоря при скачкообразном изменении напряжения на входе ЗС.

Однако, выбросы тока якоря, вызываемые скачкообразным изменением нагрузки на валу ДПТ, так ограничить нельзя (ЗИ стоит вне замкнутого контура управления). Поэтому используется другая мера – ограничение выходных координат регуляторов. Так, ограничивая выходной сигнал РС, являющийся задающим для контура тока (Uзт), можно ограничить и максимальное значение тока ДПТ. Ограничение выходного сигнала РТ приводит к ограничению управляющего напряжения на входе силового преобразователя.

Реализация РТ, ЗИ, РС осуществляется на ОУ, охваченных ООС или ПОС.

Отрицательная обратная связь по току применяется для реализации мягких характеристик ЭП.

В системе с отрицательной обратной связью по скорости можно получить абсолютно жесткие характеристики, но только при очень большом коэффициенте усиления. Такие же характеристики можно получить при интегральном регуляторе скорости.

2 . Нарисуйте функциональную электрическую схему одноконтурной СУЭП постоянного тока с широтно-импульсным преобразователем. Дайте характеристику каждому элементу схемы (назначение, техническая реализация, основные параметры). Укажите достоинства такой СУЭП по сравнению с СУЭП на основе управляемого выпрямителя.

Регулирование выходного напряжения в ШИП осуществляется за счет изменения скважности (относительно продолжительности включенного состояния).

Транзисторы в этих преобразователях работают в ключевом режиме, а тиристоры должны иметь узлы искусственной коммутации.

Нереверсивный ШИП, где VD2 – защищает транзистор от перенапряжения.

Режим непрерывного тока (РНТ) – квазиустановившийся режим приведен на рисунке, где  – относительная продолжительность включенного состояния.

В нешняя характеристика представлена на рисунке 3.21, где приняты обозначения: РПТ – режим прерывистых токов; РНТ – режим непрерывных токов.

Область применения ШИП – быстродействующие системы АЭП.

11. Покажите полную структурную динамическую схему машины постоянного тока (с передаточными функциями) в именованных координатах. Перечислите факторы, определяющие нелинейность схемы.

1)Согласно второму закону Кирхгофа для якорного контура: Uя=Lяц∙Iя∙р+Rяц∙Iя+Eд.

Tяц=(Lя+Lдр)/(Rя+Rдр),

тогда Uя=Tяц∙Rяц∙Iя∙р+Rяц∙Iя+Eд.

Uя= Iя∙(Tяц∙Rяц∙р+Rяц)+Eд.

Iя=(1/Rяц)∙(Uя-Eд)/(Tяц∙р+1).

2)Для контура возбуждения:

Uв=Lв∙Iв∙р+Rв∙Iв.

Tв=Lв/Rв,

Тогда Uв=Iв∙Rв∙(Tв ∙р+1).

Iв= Uв/(Rв∙(Tв ∙р+1)).

3)Из-за насыщения магнитопровода магнитная цепь двигателя нелинейна. Вид нелинейности определяется кривой намагни­чивания машины Фв=f(Iв).

4)Механические процессы в приводе могут быть описаны уравнением моментов:

Мд-Мс=J∙w∙p

w=(Мд-Мс)/(Jp)

5)Cвязь электромагнитного момента двигателя с током якоря:

Мд=к∙Ф∙Iя

Эти уравнения образуют систему, полностью описывающую динамические режимы ДПТ.

Схема существенно нелинейна, так как:

1)Содержат нелинейную зависимость Ф(Iв)

2)Предусматривают мультипликативную обработку сигналов (содержат блоки перемножения).

3. Нарисуйте функциональную электрическую схему двухконтурной СУЭП постоянного тока с подчиненным регулированием тока якоря ДПТ. Дайте характеристику каждому элементу схемы (назначение, техническая реализация, основные параметры). Покажите вид переходных процессов при настройке внешнего контура на технический оптимум.

4. Нарисуйте функциональную электрическую схему двухконтурной СУЭП постоянного тока с подчиненным регулированием тока якоря ДПТ. Дайте характеристику каждому элементу схемы (назначение, техническая реализация, основные параметры). Покажите вид переходных процессов при настройке внешнего контура на симметричный оптимум.

Регулятор тока - РТ, управляемый силовой преобразователь - УСП, датчик тока – ДТ, Регулятор скорости РС, датчик скорости ДС и элемент сравнения. На входе контура установлен задатчик скорости (определяет установившееся значение ) и задатчик интенсивности ЗИ (определяет ускорение в переходном режиме). Наличие ЗИ позволяет ограничивать пусковые и тормозные броски тока якоря при скачкообразном изменении напряжения на входе ЗС.

Однако, выбросы тока якоря, вызываемые скачкообразным изменением нагрузки на валу ДПТ, так ограничить нельзя (ЗИ стоит вне замкнутого контура управления). Поэтому используется другая мера – ограничение выходных координат регуляторов. Так, ограничивая выходной сигнал РС, являющийся задающим для контура тока (Uзт), можно ограничить и максимальное значение тока ДПТ. Ограничение выходного сигнала РТ приводит к ограничению управляющего напряжения на входе силового преобразователя. В системе управления приводом в качестве УСП используется тиристорный преобразователь ТП, состоящий из управляемого выпрямителя, СИФУ, ФНЧ, ГОН.

Контур тока в качестве ОУ настраивается на технический оптимум. Контур скорости в зависимости от требований к жесткости механических характеристик может настраиваться и на технический оптимум, и на симметричный.

Реализация РТ, ЗИ, РС осуществляется на ОУ, охваченных ООС или ПОС.

Выбор производится по величине статической ошибки и перерегулирования по соотношениям:

δст>1%, σ<40% -> П-ПИ (настройка на технический оптимум).

δст<=1%, σ=>40% -> ПИ-ПИ (настройка на симметричный оптимум).

настройка на технический оптимум

настройка на симметричный оптимум

5. Нарисуйте функциональную электрическую схему трехконтурной СУЭП постоянного тока с подчиненным регулированием напряжения тиристорного преобразователя и тока якоря ДПТ. Дайте характеристику каждому элементу схемы (назначение, техническая реализация, основные параметры). Укажите методы настройки контуров.

Регулятор тока - РТ, управляемый силовой преобразователь - УСП, датчик тока – ДТ, Регулятор скорости РС, датчик скорости ДС и элемент сравнения. На входе контура установлен задатчик скорости (определяет установившееся значение ) и задатчик интенсивности ЗИ (определяет ускорение в переходном режиме). Наличие ЗИ позволяет ограничивать пусковые и тормозные броски тока якоря при скачкообразном изменении напряжения на входе ЗС.

В качестве регулятора скорости используется П-регулятор с ПФ W(p) = k. В кач-ве регуляторов тока и напряжения используются ПИ-регуляторы, ПФ кот. W(p) = (Tp+1)/p. Контур регулирования напряжения отрабатывает погрешность УВ. Контур тока при изменении тока регулирует эл.вел-ну подаваемую на регулятор напряжения. Контур скорости служит для поддержания заданной вел-ны угловой скорости вала двиг-ля.

Однако, выбросы тока якоря, вызываемые скачкообразным изменением нагрузки на валу ДПТ, так ограничить нельзя (ЗИ стоит вне замкнутого контура управления). Поэтому используется другая мера – ограничение выходных координат регуляторов. Так, ограничивая выходной сигнал РС, являющийся задающим для контура тока (Uзт), можно ограничить и максимальное значение тока ДПТ. Ограничение выходного сигнала РТ приводит к ограничению управляющего напряжения на входе силового преобразователя. В системе управления приводом в качестве УСП используется тиристорный преобразователь ТП, состоящий из управляемого выпрямителя, СИФУ, ФНЧ, ГОН.

Реализация РТ, ЗИ, РС осуществляется на ОУ, охваченных ООС или ПОС.

6. Нарисуйте функциональную электрическую схему системы двухзонного управления машиной постоянного тока. Дайте характеристику каждому элементу схемы (назначение, техническая реализация, основные параметры). Покажите временную диаграмму разгона привода.

В ДПТ с НВ может регулироваться напряжение якоря Uя и магнитный поток – это двухзонное регулирование. Рег-ие в 1-ой зоне наз-ся уровнением якорной цепи, во 2-ой – уравнение по цепи возбуждения. В1-ой зоне при ω<ω_н I_в, Ф=const; во 2-ой зоне при ω>= ω_н, U_я= const.

Функциональная схема двухзонного АЭП (с реверсом по ЯД) с зависимым управляемым полем двигателя в функции ЭДС, где приняты обозначения: ВМ – выявитель модуля (нужен, т.к. ЭП реверсивный по Я); ТПВ – нереверсивный; РЭ – регулятор ЭДС; РП – регулятор потока; ФП – функциональный преобразователь (в статическом режиме воспроизводит кривую намагничивания); R_зэ – резистор подстроечный (его устанавливают в момент наладки и дальше не трогают, причем U_зэ  Е_н).

Ограничение контролируемых координат осуществляется либо за счет ограничения сигналов внешних регуляторов, либо за счет ограничения сигналов, заданных на входе (с задатчиков скорости и ЭДС). В общем случае за счет ограничения сигналов задания.

К онтур ЭДС разомкнут и регулятор ЭДС находится в верхнем ограничении. Уровень ограничения выбран так, чтобы I_в, Ф=const. Разгон идет при Ф=const, когда ω<ω_н напряжение обратной связи по ЭДС становится сравнительным с U_огр^эдс и ЭДС выходит из ограничения, замыкания тем самым контур регулирования ЭДС двигателя. Когда при дальнейшем нарастании скорости будет повышаться U_я, несмотря на то что U_зс продолжает повышаться, т.к. контур ЭДС удерживает Е_дв=const (изменение потока Ф). На интервале t₁-t₂ с постоянным ускорением определяем значение динамического момента М_дин = кФ_нI_ян -М_с. На интервале t₂-t₃ ускорение падает и становится постоянным ε(t)< ε_н. Это вызывает понижение динамического момента под действием системы регулирования тока возбуждения М_дин = кФ(t)I_ян λ-М_с.