1.9. Выбор типовых схем регуляторов для проектирования систем управления комплектным тиристорным электроприводом по методу подчиненного регулирования.

1.9.1. Общие сведения о системах управления комплектными электроприводами.

Системы управления обеспечивают требуемые характеристики электропривода. Они состоят из аналоговых или цифровых регуляторов, изменяющих с необходимой точностью по заданному закону основную координату электропривода и ограничивающих допустимые значения промежуточных координат, логических систем, служащих для управления режимами электропривода, сигнализации и защиты. Системы управления по сигналам заданного значения основной координаты, сигналам состояния защит электропривода и оперативным, характеризующим требуемые режимы работы, формируют выходные сигналы в ТП и в силовую схему электропривода: напряжение управления СИФУ, сигнал, определяющий работающий выпрямительный мост для реверсивных электроприводов, и сигналы о включенном или отключенном состоянии силовых аппаратов главной цепи.

В зависимости от выполняемых функций основного регулятора электроприводы делятся на электроприводы:

1. с регуляторами скорости двигателя;

2. с регуляторами ЭДС или напряжения электродвигателя;

3. с регуляторами положения исполнительного органа (или вала электродвигателя);

4. с регуляторами взаимного положения двух или нескольких исполнительных органов, приводимых отдельными электродвигателями;

5. с регуляторами тока;

6. с регуляторами мощности (как правило, для размоточно-намоточных механизмов).

По способу управления потоком возбуждения электродвигателя можно выделить электроприводы с постоянным потоком – однозонные и с изменяющимся потоком – двухзонные.

В зависимости от использованной элементной базы системы управления выполняются аналоговыми, цифровыми и цифро-аналоговыми. Наибольшее распространение в настоящее время получили аналоговые системы.

Для получения высокой точности отработки задания используются цифро-аналоговые системы. На базе цифровой техники в этом случае выполняется регулятор основной координаты, а также, возможно, нескольких промежуточных. Часто цифровые системы реализуются на основе микропроцессоров.

Системы управления могут выполняться с последовательной коррекцией или с параллельной коррекцией параметров. Преимущественное распространение в СССР и за рубежом получили системы, построенные на принципах подчиненного регулирования параметров с последовательной коррекцией.

Системы управления электроприводами средней и большой мощности, изготовляемых заводами ХЭМЗ и «Преобразователь» для широкого применения в металлургической, горнодобывающей и других отраслях промышленности, имеют следующие технические данные:

• диапазон регулирования скорости для электроприводов с регуляторами скорости – не менее 50 :1, для электроприводов с регуляторами ЭДС или напряжения – не менее 20:1;

• погрешность стабилизации скорости в статическом режиме при изменении температуры окружающей среды от1 до 40 С и изменении напряжения питающей сети на  10 % номинального значения для электроприводов с регуляторами скорости – не более 1 %;

• погрешность стабилизации скорости при изменении нагрузки от нуля до номинальной – не более 0,1 – 0,2 % при применении тахогенераторов с малыми пульсациями, например типов ПТ и ТТ;

• быстродействие системы регулирования скорости – время первого согласования при скачке небольшого задания скорости (без выхода на токоограничение) – не более 60 мс;

• время реверса тока для реверсивных электроприводов с раздельным управлением – не более 30 мс;

• наличие возможности изменения и стабилизации заданного значения ускорения или замедления электродвигателя с погрешностью не хуже 5 %;

• наличие возможности ограничения скорости нарастания тока в якоре электродвигателя без изменения быстродействия контура тока;

• уставка токоограничения для двухзонных электроприводов при необходимости изменяется в функции скорости;

• полный диапазон изменения магнитного потока для двухзонных электроприводов обеспечивается при изменении ЭДС электродвигателя в процентах номинального значения: в статическом режиме – не более 1 %, в динамическом режиме – не более 3 % при продолжительности разгона в зоне изменения потока 1 с и более;

• погрешность отработки положения исполнительного органа механизма, обусловленная электрической частью электропривода, в электроприводах с регуляторами положения при измерении рассогласования с помощью сельсинной измерительной системы с учетом температурного дрейфа и без учета погрешности датчика положения в процентах максимального напряжения на выходе фазочувствительного усилителя – не более 0,3 % (для электроприводов с цифровыми измерителями рассогласования погрешность отработки положения определяется типом измерителя);

• время отработки скачка задания на входе пропорционального регулятора положения без ограничения тока – не более 0,25 с;

• диапазон изменения заданного значения статического тока для электроприводов с регуляторами тока и мощности – не менее 10:1;

• погрешность регулирования тока для таких электроприводов в процентах к номинальному значению: в статическом режиме – не более 1,5 %, в динамическом режиме – не более 5 %.

Технические данные специальных электроприводов могут отличаться от приведенных. Например, электроприводы бумагоделательных машин, листовых и редукционных станов горячей прокатки имеют погрешность стабилизации скорости при изменении нагрузки, а также при действии других факторов не более 0,05 – 0,1 %. Электроприводы серий ЭТ6 и ЭТУ3601 рассчитаны на диапазон изменения скорости 1:10⁴, при этом обеспечивается следующая погрешность стабилизации скорости, %, по отношению к установленной скорост и при изменении нагрузки от 0,15 до 1,0 номинального значения:

_ном ………………………………………  0,5

0,01_ном ………………………………… 2 (5)

10^-4_ном ………………………………….  10 (15)

Значения в скобках относятся к электроприводам серии ЭТУ3601.

Электроприводы серии ЭПУ1, предназначенные для привода подач, обеспечивают диапазон регулирования скорости 1:10⁴ при минимальной частоте вращения 0,1 об/мин. Полоса пропускания замкнутой по скорости системы регулирования при амплитуде сигнала задания 0,1 В составляет 35 Гц. Изменение скорости при набросе и сбросе нагрузки 0,5М_ном относительно уровня 0,5М_ном при =0,001_ном не превышает 100 %, а время восстановления скорости 0,15 с. суммарная погрешность скорости, %, относительно установленной, вызванная изменениями нагрузки, напряжения сети и температуры окружающей среды, составляет:

_max ……………………………………. 0,5 (2)

0,5_max ……………………………….. 2

0,1_max ……………………………….. 2,5 (10)

0,01_max ………………………………. 5 (15)

10^-3_max ………………………………. 15 (25)

10^-4_max ………………………………. 25

в скобках приведены данные для электроприводов главного движения при наличии обратной связи по скорости. Для таких электроприводов полоса пропускания замкнутого контура 20 Гц. Для электроприводов замкнутых по ЭДС, суммарная погрешность скорости не превышает 0,1_ном.

Электроприводы серии ЭПУ2, замкнутые по скорости, обеспечивают полосу пропускания 10 Гц, а время восстановления скорости при набросе нагрузки 0,5М_ном не превышает 0,4 с. Диапазон регулирования скорости 1:10³, причем суммарная погрешность скорости при =_ном не превышает 3 %. Для электроприводов, замкнутых по ЭДС, диапазон регулирования скорости для нереверсивных электроприводов 50:1 и реверсивных 20:1, причем суммарная погрешность скорости не превышает 5 % при =_ном.

Электроприводы серии ЭТРП, предназначенные для главного движения металлорежущих станков и имеющие мощность до 30 кВт, обеспечивают диапазон регулирования скорости изменением напряжения ТП 1:100, при этом при изменении нагрузки от нуля до номинальной погрешность стабилизации скорости не превышает 2 % установленной скорости при _д=0,1_ном и 5 % при _д=0,01_ном. Общая погрешность при одновременном изменении температуры окружающей среды на 25 С, напряжения питающей сети в пределах  10 % и изменении нагрузки на  0,4 номинального значения не превышает 5 % при _д=0,1_ном и 15 % при _д=0,01_ном . время восстановления скорости при набросе нагрузки не превышает 0,5 с.

Логическая часть электропривода обеспечивает:

• прием и обработку сигналов защиты ТП;

• защиту электропривода от превышения нагрузки и скорости электродвигателя, возникающих при исчезновении тока возбуждения;

• защиту при перегрузке обмотки возбуждения двигателя по току;

• защиту ТП и электродвигателя при перенапряжении на якоре последнего;

• защиту при превышении скорости электродвигателя и срабатывании центробежного реле;

• защиту от включения ТП на вращающийся электродвигатель;

• защиту от перегрузки двигателя при I_дв > I_{дв max};

• защиту от перегрузки двигателя при I_дв > I_{дв ном} в течение заданного времени, настраиваемого в пределах 1 – 20 с;

• прием и обработку сигналов задания от ступенчатых (контактных) и бесконтактных командоаппаратов;

• ограничение крайних перемещений исполнительного органа механизма;

• оперативное управление автоматическими выключателями и линейным контактором в силовой цепи;

• управление динамическим торможением и электромеханическим тормозом;

• сигнализацию срабатывания защит.