П. 8.3. Регулирование скорости, эдс или напряжения.

Наибольшее распространение получили электроприводы с регуляторами скорости, ЭДС или напряжения. Основной регулирующий контур системы замыкается по напряжению, ЭДС или скорости, измеряемой тахогенератором или частотным датчиком в зависимости от технических требований, предъявленных к электроприводу. В системах подчиненного регулирования выходной сигнал регулятора скорости является сигналом задания тока u_з,т для регулятора тока. На регулятор скорости и связанные с ним узлы возлагаются дополнительные задачи: ограничение сигнала u_з,т допустимым значением, которое может зависеть от значения потока двигателя Ф, ограничение скорости изменения тока di/dt, формирование требуемой жесткости механических характеристик электропривода, прием сигналов задания скорости двигателя _дв, обеспечение изменения _ДВ с определенным ускорением и др.

Рисунок 3.15. Регулятор скорости в электроприводах серии КТЭУ:

R₁ = 5 кОм, R₂ = R₃ = R₄ = R₅ = 10 кОм, R₈ = R₉ = R₁₁ = 22 кОм, R₁₂ = 47 кОм,

С₁ = С₄ = 6,8 мкФ, С₂ = 1 мкФ, С₃ = (110) мкФ.

На рисунке 3.15 приведена схема регулирования скорости, примененная в электроприводах, серии КТЭУ завода ХЭМЗ. Регулятор скорости выполнен на усилителях А2, А3. На выходе А2 образуется разность сигналов задания и обратной связи:

(3.13)

усилитель А3 реализует передаточную функцию пропорционально-интегрального звена:

(3.14)

Если необходим пропорциональный регулятор скорости, то конденсатор С₃ заменяется на резистор. При ослаблении потока возбуждения электромеханическая постоянная времени возрастает обратно пропорционально Ф², а коэффициент усиления объекта регулирования возрастает обратно пропорционально Ф, и зависимость коэффициента усиления регулятора от Ф обеспечивает постоянство частоты среза контура:

(3.15)

Значения _СР,С и Т₃=С₃R₆ выбираются по следующим соотношениям:

(3.16)

где  - желаемое перерегулирование; Т_С = ; Т_Ф,С – постоянная фильтра в цепи измерения скорости, равная в данном случае:

(3.17)

здесь R₂’ – часть резистора R₂ между выводом R₃ и движком.

Усилитель А1 суммирует различные сигналы задания скорости. Один из них поступает извне через гальванический разделитель UP2, второй – через задатчик интенсивности А1. Входные напряжения А1 также либо поступают извне через гальванический разделитель UP1, либо формируются устройством задания скорости. В задатчике интенсивности предусмотрено формирование разных характеристик разгона и торможения с помощью нуль-органа AU1 и ключа К1 17. Напряжение питания устройства ограничения задатчика интенсивности, определяющее значение ускорения, зависит от потока возбуждения двигателя, тем самым имеется возможность снижать ускорение в зависимости от степени ослабления потока возбуждения.

На выходе усилителя А1 включен фильтр, который служит для уменьшения перерегулирования по заданию при сохранении высокого быстродействия при изменении нагрузки. Обычно принимают:

(3.18)

В схеме предусмотрен узел, снижающий напряжение токоограничения при увеличении скорости, что необходимо в связи с тем, что у двигателей постоянного тока допустимое значение перегрузки снижается при значительном увеличении скорости выше номинальной. Этот узел содержит элементы выделения модуля AF1, нелинейный преобразователь AF2, формирующий необходимую зависимость U_З,Тmax от _ДВ, и инвертор А5. Резистором R₁₃ устанавливают значение скорости, начиная с которого происходит снижение U_З,Тmax , а резистором R₁₄ – начальное значение U_З,Тmax.. Выходные напряжения узла питают узел ограничения выходного напряжения регулятора.

Если в системе используется обратная связь по напряжению, то u_Д,С заменяется сигналом датчика напряжения u_Д,Н , пропорциональным напряжению на якоре двигателя. При использовании обратной связи по ЭДС сигнал обратной связи снимается с датчика ЭДС, собранного на усилителе А4. Настройка датчика ЭДС должна быть выполнена по соотношениям:

(3.19)

При этом k_Д,Н = k_Де, а Т_Ф,С принимается равной Т_ДВ. В режиме стоянки (u_З,С = 0,

u_Д,С = 0) срабатывает нуль-орган AU2, ключи бесконтактного реле К3 шунтируют усилители регулятора скорости (одновременно этот же сигнал Стоянка шунтирует регулятор тока) и подается сигнал с СИФУ на срыв управляющих импульсов. В некоторых случаях сигнал задания скорости формируется во внешних схемах. При этом для исключения запаздывания при отключении ключей подается специальный сигнал Работа из внешней схемы.

Рисунок 3.16. Задание скорости в электроприводах серии КТЭУ.

Рисунок 3.17. Регулятор скорости ЗПО «Преобразователь».

На рисунке 3.16 показана схема задания скорости, примененная в электроприводах серии КТЭУ. Предусмотрена возможность использования двух задатчиков скорости: сельсинного командоаппарата UR и ступенчатого задатчика AQ на три ступени «вперед» или «назад». Выходы этих задатчиков соединяются вместе и подаются на вход задатчика интенсивности. В каждый момент задает скорость тот задатчик, который выбран (разрешен) внешним сигналом. Имеется вход для общего запрета задания, а также конечные ограничения для хода «вперед» или «назад». При нуле нуль-орган AU выдает сигнал, разрешающий сборку схемы.

На рисунке 3.17 показаны узлы регулирования скорости, применяющиеся в электроприводах ЗПО «Преобразователь». Собственно регулятор скорости реализован на усилителе А2. Для корректировки коэффициента усиления при изменении потока возбуждения применяется устройство деления в прямой цепи. Ограничение сигнала задания тока выполняется на усилителе А3. Напряжение ограничения принимается в виде U₀ - u_Ф, где  - коэффициент пропорциональности, тем самым обеспечивается снижение перегрузки при уменьшении потока возбуждения. В режиме стоянки при u_З,С = 0, u_Д,С = 0, du_З,С /dt=0 вырабатывается логический сигнал, снимающий напряжение подпора узла ограничения, тем самым обеспечивается u_З,Т = 0. Сигнал du_З,С /dt=0 вырабатывается в задатчике интенсивности АI1 - как выход релейного усилителя задатчика.

В схему введен второй задатчик интенсивности – АI2, служащий для ограничения скорости нарастания тока di/dt при быстром изменении сигнала задания скорости, поэтому в регуляторе тока ограничение di/dt отсутствует.

При расчете регулятора должны выполняться соотношения:

(3.20)

Рисунок 3.18. Задание скорости в электроприводах ЗПО «Преобразователь».

На рисунке 3.18 показана схема задания скорости в электроприводах серии ЗПО «Преобразователь». Применяется задание от сельсинного командоаппарата и ступенчатое задание в одну ступень. Входные сигналы поступают через оптронные формирователи F. Предусмотрены ограничения перемещения механизма в каждом из двух направлений, общий запрет, а также ограничение скорости, задаваемой сельсинным командоаппаратом, воздействием на цепи ограничения выходного напряжения ячейки задания.

Рисунок 3.19. Регулятор скорости электроприводов серии ЭКТ:

R₁ = R₃ = 15 кОм, R₂ = R₄ = 9 кОм, R₅ = 2,4 кОм, R₆ = 6,8 кОм, R₈ = 4,7 кОм,

R₉ = R₁₁ = 5,6 кОм, R₁₀ = 13 кОм, R₁₂ = 40 кОм, R₁₃ = 80 кОм, R₁₄ = 4,7 кОм,

R₁₅ = 9,1 кОм, R₁₆ = 80 кОм, R₁₇ = 4,7 кОм, R₁₉ = 5,6 кОм, R₂₀ = 6,8 кОм, R₁₈ = 30 кОм,

С₁ = С₂ = 4,7 мкФ, С₃ = (1+4,7) мкФ, С₄ = 0,47 мкФ, С₅ = 0,47 мкФ, С₅ = 0,047 мкФ,

С₇ = 0,47 мкФ.

На рисунке 3.19 изображена схема регулирования скорости в электроприводах серии ЭКТ. Пропорционально-интегральный регулятор собран на усилителе А3 с регулируемым ограничением. Напряжение ограничения изменяется по закону u_ОГР = U₀ - _ДВ при _ДВ>_ДВ’ , u_ОГР =U₀ при _ДВ <_ДВ’. Коэффициент наклона  устанавливается резистором R₁₀ , а значение _ДВ’ – резистором R₂₀. Задатчик интенсивности АI2 служит для ограничения di/dt.

Задатчик интенсивности АI1, суммирующий усилитель А1 и усилитель А2 с умножителем в цепи обратной связи выполняют те же функции, что в схеме на рисунке 3.14. Нуль-орган AU вырабатывает логический сигнал стоянки, конденсатор С₈ обеспечивает запаздывание на закорачивание ключей в цепи обратных связей усилителей, необходимое для полной остановки двигателя. Параметры регулятора выбираются по следующим соотношениям:

(3.21)

Измеритель ЭДС на усилителе А6 выполнен по схеме с уменьшенным запаздыванием по сравнению с Т_ДВ. Для этой схемы должны быть выполнены соотношения:

(3.22)

где Т_ДВ – в мс, С₅ – в мкФ, R₁₂ – в кОм. Эквивалентная постоянная времени измерителя 10 мс.

Рисунок 3.20. Регулятор скорости электропривода ЭТУ3601:

С₁ = 0,022 мкФ, С₂ = 2,2 мкФ, С₃ = 0,015 мкФ, С₄ = 0,47 мкФ, R₁ = R₂ = R₅ = 2,7 кОм,

R₁₄ = 10 кОм.

Некоторые особенности имеют регуляторы скорости для глубокорегулируемых электроприводов подач металлорежущих станков. На рисунке 3.20 представлена схема регулятора, применяющаяся в электроприводах серии ЭТУ3601. Для увеличения диапазона регулирования скорости применен промежуточный усилитель с коэффициентом усиления 100 и высокой термостабильностью, выполненный по схеме: модулятор UB, усилитель А2, демодулятор-дискриминатор UR. Стабилизация системы осуществляется с помощью конденсаторов С2. Если требуемый диапазон регулирования скорости относительно невелик (не более 100:1), то промежуточный усилитель не используется ,сигнал обратной связи непосредственно подается на вход А1, в котором устанавливаются перемычки 1-2, 3-4, а конденсатор С3 отсоединяется.

В схеме регулятора предусмотрен узел зависимого токоограничения (нелинейный преобразователь AF и инвертор А3), снижающий максимальное напряжение задания тока u_З,Т при увеличении скорости двигателя.

Регулятор скорости электроприводов серии ЭТ6 имеет близкую структуру: он выполняется двухкаскадным, причем первый каскад имеет высокую термостабильность за счет использования в нем прецизионного усилителя типа К140УД13. В электроприводах серий ЭТ3 и ЭТРП пропорционально-интегральные регуляторы скорости реализованы на одном ОУ с ограничением напряжения на входе регулятора тока для осуществления контроля токоограничения.

Рисунок 3.21. Регулятор скорости электропривода ЭПУ1.

На рисунке 3.21 изображена структурная схема регулирования скорости электропривода серии ЭПУ1. Регулятор скорости AR пропорционально-интегральный. Резистором RV задается скорость двигателя, а резистором R1 – значение I_max. В схеме применена жесткая отрицательная связь по току якоря двигателя I_Я, подаваемая непосредственно на вход управляющего органа СИФУ. При переключении выпрямительных мостов с помощью бесконтактных ключей К1 переключается полярность выходного сигнала нелинейного преобразователя AF1, что позволяет иметь однополярный сигнал I_Я , формируемый трансформаторами переменного тока. Нелинейный преобразователь AF1, перестраиваемый в функции U_ДВ, обеспечивает увеличение контурного коэффициента усиления в режиме прерывистого тока – аналогично тому, как это выполнено в электроприводах серии ЭТУ3601.

Переключение выпрямительных групп выполняется логическим устройством АВ1 в функции выходного сигнала регулятора скорости при наличии разрешения от датчика состояния тиристоров ДСТ. В схеме предусмотрен узел зависимого токоограничения, снижающий максимально возможный выходной сигнал регулятора скорости в функции _ДВ (нелинейный преобразователь AF2). Узел защит АВ2 бесконтактным ключом К2 отключает сигнал задания скорости при превышении скорости двигателя допустимого значения и при перенапряжении на двигателе и сигнал задания тока при аварийных режимах в электроприводе.

Рисунок 3.22. Регулятор скорости электропривода ЭПУ2.

На рисунке 3.22 приведена структурная схема регулирования скорости электропривода серии ЭПУ2.

Резистором R2 устанавливают значение токоограничения, нелинейный преобразователь AF служит для улучшения динамических характеристик в режиме прерывистого тока. Резистором R1 устанавливают коэффициент положительной обратной связи по скорости, который обычно выбирается таким, что в режиме идеального холостого хода выходное напряжение регулятора AR близко к нулю. Остальные узлы такие же, как и в схеме рис. 3.21.