6.2. Основные показатели способов регулирования координат электропривода

Необходимость регулирования конкретных координат электропривода определяется технологическими требованиями. При этом выбор рационального способа регулирования из возможных является важной задачей, которая решается при проектировании электропривода. Для количественного определения предъявляемых к регулируемому электроприводу требований и для сопоставления между собой возможных способов регулирования используются обобщенные показатели регулирования К их числу относятся точность, диапазон, плавность, динамические показатели качества и экономичность регулирования.

Точность регулирования переменной определяется возможными отклонениями ее от заданного значения под действием возмущающих факторов, например изменений нагрузки при регулировании скорости, изменений скорости при регулировании момента двигателя, колебаний напряжения сети и т. п. При регулировании в разомкнутой системе в качестве заданного может быть принято среднее значение координаты при известных пределах изменения всех возмущающих воздействий F_в, подлежащих учету в данном конкретном случае. При этом оценкой точности регулирования может служить отношение наибольшего отклонения Ах_max к среднему значению х :

где x_max и x_min - максимальное и минимальное значения переменной при данных значениях параметра или задающего сигнала и пределов изменения возмущений F_B (рис.6.1).

Таким образом, количественная оценка точности способа регулирования в относительных единицах зависит от среднего уровня регулируемой переменной и определяется конкретными пределами изменений возмущающих воздействий.

В зависимости от требований, предъявляемых к электроприводу, и особенностей регулируемой переменной оценка точности регулирования может относиться к статическим режимам работы либо охватывать и динамические процессы. В последнем случае в (6.1) следует подставлять значения х_max и х_min, определенные при расчете переходного процесса, вызванного изменением задания или возмущения.

Количественная оценка точности регулирования по (6.1) во многих случаях применима и при автоматическом регулировании координат. Однако если по условиям работы электропривода важна точность воспроизведения значений регулируемой координаты, задаваемых на входе системы автоматического регулирования, требования к точности определяются допустимой ошибкой регулирования х_здоп, абсолютное значение которой при единичной обратной связи можно записать так.

где х₃ - задающий сигнал, х - текущие значения регулируемой переменной в статических и динамических режимах работы.

При необходимости ошибку регулирования можно представить в относительных единицах, поделив (6.2) на х₂

Диапазон регулирования характеризует пределы изменения средних значений переменной х_ср (либо ее значений, соответствующих конкретному уровню возмущающих воздействий), возможные при данном способе регулирования:

Возможные пределы регулирования переменной ограничиваются сверху максимально допустимыми или максимально реализуемыми значениями переменной, а снизу - требуемой точностью или минимально реализуемыми значениями переменной при данном способе регулирования. Сказанное поясняется характеристиками на рис.6.2. На рисунке показано максимальное среднее значение регулируемой переменной х _max, достижимое с учетом всех ограничений при некотором способе регулирования. Предположим, что способ регулирования позволяет снижать среднее значение регулируемой переменной вплоть до нуля. Однако эту возможность нельзя использовать в связи с тем, что относительная ошибка регулирования х_max, как это следует из рассмотрения рис.6.2, по мере снижения х_ср непрерывно увеличивается. Показанное на рис.6.2 значение х_{ср min} принято минимально допустимым по условиям точности регулирования, так как ему при заданном значении допустимой относительной ошибки х_доп соответствует соотношение

Заданный диапазон регулирования и необходимая при этом точность регулирования отдельных координат являются важными исходными данными при проектировании конкретных электроприводов.

Плавность регулирования характеризует число дискретных значений регулируемого параметра, реализуемых при данном способе регулирования в диапазоне регулирования. Ее можно оценить коэффициентом плавности

где х_i и x_i-1 - значения переменных на соседних ступенях регулирования.

Чем выше число реализуемых ступеней регулирования, тем выше плавность. Оценка плавности - чисто технический показатель, связанный с условиями управления регулируемой переменной. Если управление связано с переключениями в силовой цепи системы электропривода, возможное число ступеней регулирования ограничивается приемлемыми габаритами коммутирующего устройства. Чем меньше мощность цепи, в которой нужно осуществлять изменения параметра, тем выше возможная плавность.

При проектировании необходимая плавность регулирования координаты обычно указывается в качестве одного из технологических требований к электроприводу.

При рассмотрении переходных процессов в разомкнутых системах уже отмечалось, что динамические качества электропривода во многих случаях определяют производительность промышленной установки, износ механического оборудования, качество продукции и т. п. Соответственно важное значение имеют динамические показатели регулируемого электропривода: быстродействие, перерегулирование и колебательность.

Быстродействие определяет быстроту реакции электропривода на изменения воздействий. Главным показателем быстродействия, непосредственно влияющим на производительность ряда механизмов, является время пуска t_n и торможения t_т электропривода.

П ри автоматическом регулировании координат быстродействие характеризуют показателями переходного процесса отработки скачка задания. На рис.6.3 показан примерный вид такого процесса и указаны показатели быстродействия: время регулирования t_p за которое переменная первый раз достигает установившегося значения х_уст время первого максимума t_max; общее время переходного процесса t_пп, за которое затухают все его свободные составляющие.

Перерегулирование представляет собой динамическую ошибку и характеризуется максимальным отклонением от х_уст при t_max. Как правило, перерегулирование выражают в относительных единицах:

или в процентах х_уст . Очевидно, этот динамический показатель должен учитываться при определении динамической точности отработки электроприводом заданных значений координаты.

Колебательность электропривода является фактором, влияющим на точность, динамические нагрузки и качество технологического процесса. Ее общим показателем могуг служить значения логарифмических декрементов, соответствующие комплексно-сопряженным корням характеристического уравнения системы. В гл. 4 наименьшее значение из соответствующих системе значений логарифмического декремента уже использовалось для оценки колебательности электромеханических систем. Там же в качестве оценки колебательности был рассмотрен коэффициент затухания.

Важным показателем регулируемого электропривода является его экономичность. Применение регулируемого электропривода связано с определенными дополнительными первоначальными затратами и эксплуатационными расходами, которые должны окупаться повышением производительности и надежности работы установки, а также улучшением качества продукции. Экономическая эффективность регулируемого электропривода в каждом конкретном случае должна определяться технико-экономическим расчетом, учитывающим все указанные факторы. При сравнении различных способов регулирования ориентировочное суждение о капитальных затратах можно составить, оценивая массогабаритные показатели дополнительного оборудования по его установленной мощности, а эксплуатационные затраты на электроэнергию - КПД, характеризующим потери энергии, и cos ф, характеризующим реактивную мощность при регулировании.

Для регулируемых электроприводов с вентильными преобразователями, которые вносят искажения в форму потребляемого из сети тока, важным энергетическим показателем служит коэффициент мощности:

k_м=k_и·cos ₁

где ф₁ - сдвиг по фазе между первой гармоникой потребляемого тока и напряжением сети; k_и - коэффициент искажений, характеризующий отношение эффективного значения первой гармоники тока к эффективному значению реальной кривой потребляемого тока, содержащей высшие гармонические.