7.6. Особенности регулирования момента и тока в системе г-д

Для реализации стандартной настройки на технический оптимум контура регулирования момента в системе Г-Д при последовательной коррекции имеются две возможности: непосредственная коррекция и введение подчиненного контура регулирования ЭДС генератора или его тока возбуждения.

Так же как и в системе ТП-Д, регулирование момента в системе Г-Д осуществляется с помощью отрицательной обратной связи по току якорной цепи. Структурная схема контура регулирования тока, учитывающая влияние внутренней связи по ЭДС двигателя в виде независимого возмущения по скорости, представлена на рис.7.18,а.

Если принять, что компенсации подлежат большая постоянная Т_г и средняя T_я, то T_=T_тв<0,01 с, при этом передаточная функция регулятора тока получается в виде

где

П олучена передаточная функция ПИД-рсгулятора. Свойства электропривода при этом в пределах линейности системы совпадают с рассмотренными выше для системы УП-Д с быстродействующим преобразователем. Если использование ПИД-регуля-тора нежелательно, можно отказаться от компенсации постоянной Т_я, положив T_м=T_тв+Т_я>0,01 с. Передаточная функция регулятора тока при этом получается в виде

Полученный ПИ-регулятор удобен в реализации, но увеличение суммарной некомпенсируемой постоянной Т=T_Тв+Т_я определяет соответствующее снижение быстродействия контура и уменьшение точности регулирования. Это ухудшение свойств контура регулирования тем более значительно, чем больше Т_я. Поэтому при повышенных значениях Т_я более благоприятные условия регулирования тока и момента обеспечиваются введением подчиненного контура регулирования ЭДС генератора (рис.7 18,б).

Применив уже неоднократно использованный выше метод определения передаточной функции регулятора для контура регулирования ЭДС, получим

где

Замкнутый контур регулирования ЭДС имеет передаточную функцию

Следовательно, благодаря введению подчиненного контура регулирования ЭДС передаточная функция объекта регулирования тока принимает вид

В контуре регулирования тока якоря осталась одна подлежащая компенсации постоянная Т_я, но некомпенсируемая инерционность контура возросла Т_т=а_эТ Отсюда регулятор тока должен иметь следующую передаточную функцию

где T_ит=(k_от/k_оэR_я)a_тa_эT.

Таким образом, введение подчиненного контура регулирования ЭДС позволяет ограничиться применением ПИ-регуляторов. Полученная в результате коррекции передаточная функция замкнутого контура тока якоря имеет вид

При настройке на технический оптимум (a_э=a_т=2) динамические свойства контура регулирования тока качественно получаются такими же, как и в системе с быстродействующим преобразователем, однако количественно быстродействие контура и точность регулирования тока и момента ухудшаются в 2 раза Сравнивая вариант одноконтурной системы с ПИ-регулятором тока (7 48) с двухконтурной, можно заключить, что при T_ТВ+T_Я<2T_ТВ быстродействие и точность регулирования в одноконтурной системе выше, чем в двухконтурной. При Т_TВ+Т_я>2T_ТВ, предпочтителен вариант двухконтурной системы, особенно в тех случаях, когда возможность ограничения максимальной ЭДС генератора представляет практический интерес

Для ограничения ЭДС генератора значением E_гE_гmax в структуре на рис.7.18,б достаточно ограничить выходное напряжение регулятора тока, которое является сигналом задания ЭДС генератора, значением U_зэmax

Весьма большая постоянная времени генератора T_г является важной особенностью системы Г-Д Необходимо иметь в виду, что компенсация постоянной Т_г исключает эту инерционность из контура только математически Физически она в контуре регулирования присутствует, и се влияние компенсируется соответствующим форсированием напряжения возбуждения только в пределах, ограниченных предусмотренным запасом по напряжению

U_Bmax=U_Bном

Высокое быстродействие контура регулирования при стандартной настройке требует соответственно быстрых изменений ЭДС генератора Для изменения ЭДС генератора по закону е_г=(d_г /dt)_max·t=(d_г/dt)_max/p к его обмотке возбуждения в соответствии с передаточной функцией необходимо приложить напряжение

Если при этом Е_г<<E_гном, (7 54) можно упростить:

Этим же соотношением можно воспользоваться для определения требуемых форсировок возбуждения генератора для изменения ЭДС генератора по синусоидальному закону е_г=E_{г max}sint, при этом подстановка в (7.55) амплитуды производной от e_s дает

Уравнение (7.56) свидетельствует о том, что в связи с большим значением Т_г напряжение U_Bном должно быстро возрастать с увеличением частоты и амплитуды колебаний ЭДС. Пренебрегая насыщением магнитной цепи генератора, с помощью (7 56) оценим требуемый запас по напряжению возбуждения на частоте среза контура регулирования тока, настроенного на технический оптимум

Следовательно, в данном режиме требуется коэффициент форсирования

При ограниченном запасе по напряжению возбудителя а пределы частот и амплитуд колебаний, в которых система Г-Д остается линейной системой, ограничены:

Если условие (7.59) не выполняется, система регулирования является нелинейной, главным образом, из-за нелинейности характеристики возбудителя. При этом все полученные выше оценки быстродействия и точности регулирования могут быть недостаточно достоверными. Поэтому при проектировании электроприводов по системе Г-Д с последовательной коррекцией контуров регулирования ЭДС, тока якоря и других координат системы необходимо проверять достаточность принятого запаса по напряжению возбудителя для реализации стандартных показателей регулирования.

С помощью уравнения электрического равновесия якорной цепи Г-Д

можно определить производную ЭДС генератора как функцию регулируемой координаты:

Зависимость i_я*=f(t) при настройке на технический оптимум определяется соотношением (6.32)

Соответствующие зависимости di_я*/dt=f(t) и d²i_я*/dt²=f(t) могут быть получены с помощью (7.61). Подстановка этих зависимостей в (7.60) позволяет рассчитать кривую d_г/dt=f(t), определить по ней (d_г/dt)_max и далее с помощью (7.55) вычислить требуемое максимальное напряжение возбудителя U_вmax=_тр·U_в.ном

Если полной реализации возможного при настройке на технический оптимум быстродействия не требуется, можно ограничиться выбором о^р по заданному времени пуска (см. §6.3). При этом для определения динамических показателей качества и точности регулирования необходим расчет переходных процессов в системе с учетом основных нелинейностей, который целесообразно выполнять с помощью ЭВМ.