книги из ГПНТБ / Фотиев М.М. Рудничная автоматика и телемеханика учеб. пособие

Примерам интегрирующего звена может служить счетчик элек­ троэнергии, электродвигатель постоянного тока, у которого угловая скорость вращения вала (у) пропорциональна напряжению яко­

ря (*).

Дифференцирующее звено — выходная величина пропорциональ­ на скорости изменения входной величины. Поэтому сигнал у на вы­ ходе звена появляется лишь в момент изменения входной величины,

Как правило, САР выполняется из многих' и разнообразных эле­ ментов или звеньев. Для получения требуемого эффекта регулиро­ вания звенья соединяют последовательно, параллельно и парал­ лельно-встречно.

Последовательным называется такое соединение звеньев, при ко­ тором выходная величина каждого предыдущего звена является входной величиной последующего звена (рис. 71, а). При таком соединении входная и выходная величины связаны соотношением:

y = kxx,

где k = k\k2kz — общий передаточный коэффициент последователь­ но соединенных звеньев, равный произведению передаточных коэф­ фициентов &іі k2, къ отдельных звеньев.

Параллельным называется соединение, при котором входная ве­ личина является общей для всех звеньев, а выходная — равна ал­ гебраической сумме выходных величин звеньев (рис. 71, б):

У— У\-\-У2-\-Уз-

Параллельное соединение звеньев используется обычно в том случае, когда необходимо повысить качество регулирования путем включения в систему автоматического регулирования так называе­ мых корректирующих звеньев, которые включаются параллельно объекту регулирования. Сигнал параллельно включенного звена К (см. рис. 1) направлен встречно основному сигналу и стремится уменьшить его. Такое соединение носит название параллельно­ встречного.

Как уже отмечалось, для исследования переходных процессов, устойчивости, качества регулирования функциональные схемы не­ пригодны. Для указанных целей составляют структурную схему САР, которая состоит из типовых динамических звеньев, а каждое звено описывается математичес­ ким уравнением. Таким образом, структурная схема является как бы математической моделью САР.

Динамические звенья структур­ ной схемы соединяются -между собой так же, как элементы в функциональной схеме, т. е. в по­

рядке передачи воздействий. Стрелки указывают путь передачи воздействий. На рис. 72 показана структурная схема САР, состоя­ щая из четырех динамических звеньев: апериодического, двух уси­ лительных и интегрирующего. Нижняя линия со стрелкой указыва­ ет обратную связь.

§37. Устойчивость. Качество регулирования

Ксистемам автоматического регулирования предъявляются раз­ личные требования. Основными требованиями, от выполнения кото­ рых зависит работоспособность системы, являются устойчивость и качество регулирования.

Устойчивостью в теории автоматического регулирования называ­ ют способность системы возвращаться к установившемуся состоя­

нию после исчезновения возмущающего воздействия.

Устойчивой называется система со сходящимся переходным про­ цессом, при котором регулируемая величина апериодически (рис. 73, а) или с колебаниями (рис. 73, б) возвращается под действием регулятора к заданному значению.

Неустойчивая система получается при расходящемся переход­ ном процессе, когда регулируемая величина под воздействием регу­ лятора с течением времени удаляется от ляпанного значения с ко­ лебаниями (рис. 73, в) или апериодически (рис. 73, г).

Системой, находящейся на границе устойчивости, называют сис­ тему, регулируемая величина которой после приложения возмуще­ ния под воздействием регулятора совершает незатухающие колеба­ ния в допустимых пределах (рис. 73, д).

Устойчивость САР является необходимым условием их нормаль­ ной работы. Исследование САР на устойчивость является одной из основных задач теории автоматического регулирования. Вопросы устойчивости разработаны в трудах Ляпунова, Михайлова, Вышне­ градского, Рауса, Гурвица н др.

Качество регулирования определяется формой переходного про­ цесса и его продолжительностью. Оно характеризует, насколько быстро и с какой степенью точности регулятор ликвидирует откло­ нения регулируемого параметра. Качество регулирования (рис. 74) определяется следующими показателями:

статической ошибкой, которая равна отклонению регулируемого параметра от его заданного зна­ чения ів установившемся режиме;

динамической ошибкой, рав­ ной максимальному отклонению регулируемого параметра во вре­ мя переходного процесса от его за­ данного значения для установив­ шегося режима. Наибольшее ди­ намическое отклонение называет­ ся также перерегулированием.

Величина перерегулирования, ха-

а — сходящегося апериодического, б — схо­ дящегося колебательного, в — расходяще­ гося колебательного, г — расходящегося апериодического, д — колебательного с не­ затухающими колебаниями

растеризующая степень колебательности процесса, есть отношение амплитуд второго колебания уг (рис. 74) к первому — ух, выражен­ ное в процентах;

временем регулирования, т. е. продолжительностью переходного процесса.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ

ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ

§ 38. Виды и правила выполнения электрических схем

Электрические схемы в зависимости от основного назначения в соответствии с ГОСТ 2.701—68 делятся на структурные, функцио­ нальные, принципиальные (полные), соединения (монтажные), подключения, общие, расположения.

Все аппараты, приборы и другие элементы электроустановок изображают условными обозначениями в соответствии с ГОСТ 2.721—68 — ГОСТ 2.748—68, ГОСТ 2.750—68, ГОСТ 2.751—68, входящими в Единую систему конструкторской документации (ЕСКД).

Принципиальная (полная) схема определяет полный состав эле­ ментов и связей между ними и дает детальное представление о принципе работы установки. Принципиальная схема служит осно­ ванием для разработки других схем (например, монтажных).

Принципиальные схемы выполняют, соблюдая следующие пра­ вила:

1. Все элементы показываются в отключенном состоянии, т. е. в таком, когда катушки не обтекаются током (отключены), а кноп­ ки, пружины и т. д. отпущены. В соответствии с этим все имеющие­ ся в схеме контакты делят на замыкающие (нормально открытые)

иразмыкающие (нормально закрытые).

2.Схемы выполняют совмещенным или разнесенным способом. При совмещенном способе составные части элементов изобража­

ют на схеме в непосредственной близости друг к другу.

Схемы электрооборудования рекомендуется выполнять разнесен­ ным способом, при котором элементы и их составные части, входя­

расположение строк.

В схемах, выполненных разнесенным способом, составные части элементов обычно оказываются в различных частях схемы.

3.При выполнении схем стройным способом для облегчения на­ хождения элементов на схеме разрешается нумеровать параллель­ ные строки.

4.Каждый элемент, изображенный на схеме, должен иметь бук­ венно-цифровое позиционное обозначение, состоящее из буквенного обозначения и порядкового номера.

Буквенное обозначение должно представлять собой сокращен­

ное наименование элемента, составленное из начальных или харак­ терных букв, например: реле — Р, трансформатор — Тр, тумблер — Тб. Буквенные обозначения элементов могут отражать их функцио­

каждой группы элементов, имеющих одинаковое обозначение, на­ пример: PI, Р2 и т. д.; Cl, С2 и т. д.

Допускается к позиционному обозначению через дефис добав­ лять цифры, присваиваемые отдельным частям элемента, например: PJ-2 — второй контакт реле Р1.

Чтобы различить в схемах силовые цепи и цепи управления, их изображают линиями различной толщины.

При чтении электрических схем прослеживают прохождение то­ ка в отдельных цепях от одного полюса (фазы) источника питания к другому.

Схема соединений (монтажная) показывает соединения состав­ ных частей установки и определяет провода, жгуты и кабели, кото­ рыми осуществляются эти соединения, а также места их присоеди­ нения и ввода. На схеме соединений показывают либо соединения между элементами внутри отдельных устройств, либо соединения между отдельными устройствами, входящими в состав изделия.

В схемах, показывающих внутренние соединения, элементы, ис­ пользуемые частично, изображаются полностью, т. е. с указанием задействованных и незадействованных частей, например все контак­ ты реле и т. п. Расположение условных графических обозначений на схеме должно, как правило, соответствовать их примерному распо­ ложению в изделии.

Схемы внешних соединений предназначены для выявления элек­ трических связей между территориально разобщенными частями электроустановки. При составлении схемы внешних соединений внутреннее содержание отдельных частей электроустановок не рас­ крывается, а сами установки изображаются пунктирами. Соедини­ тельные же линии выделяются и описываются подробно.

§ 39. Автоматизация процесса пуска электроприводов

Пуск двигателей постоянного тока и асинхронных электродвига­ телей с фазным ротором обычно осуществляется в соответствии с заданной пусковой диаграммой. Согласно этой диаграмме постепен­ но происходит автоматическое закорачивание ступеней пускового

сопротивления. Сигнал на закорачивание ступеней сопротивления подается через заданные промежутки времени или при достижении определенной скорости вращения, силы тока, частоты и др. В соот­ ветствии с этим управление пуском электродвигателей может осуществляться в функции времени, скорости, тока, ускорения, пути, пройденного производственным механизмом, и др

тушку реле РУЗ. По истечении

времени t3 реле РУЗ включит контактор УЗ и двигатель выйдет на естественную характеристику.

Величины пусковых сопротивлений и выдержки времени выби­ рают таким образом, чтобы момент переключения Мпер, развивае­ мый двигателем при отключении очередной ступени сопротивления, был больше статического момента Мй и чтобы после отключения ступени момент двигателя возрастал до Мшах.

Таким образом, благодаря выдержкам времени t], t2, t3, созда­ ваемым реле РУ1, РУ2, РУЗ, обеспечивается плавный пуск двига­ теля.

Управление в функции скорости. Выключение очередных пуско­ вых ступеней сопротивления осуществляется после достижения двигателем заданной скорости вращения. Контроль скорости можеч быть осуществлен при помощи реле 'Скорости или тахогенератора, соединенного с валом двигателя. Однако в первом случае нельзя достичь достаточной точности измерения скорости, а во втором — схема получается сложной. Чаще всего скорость контролируют кос­ венным путем: через э. д. с. якоря — для машин постоянного тока

Рис. 76. Схема автоматического пуска двигателя постоянного тока параллель­ ного возбуждения в функции скорости:

Схема автоматического пуска двигателя постоянного тока парал­ лельного возбуждения в функции скорости (э. д. с.) изображена на рис. 76. При нажатии кнопки «Пуск» контактор Л, срабатывая, подключит двигатель к сети и он начнет вращаться с малой ско­ ростью при полностью введенном сопротивлении. Катушки контак­ торов ускорения включены параллельно якорю двигателя и части пускового сопротивления. Чем больше скорость двигателя, тем вы­ ше напряжение на катушках контакторов. По мере разгона двига­ теля его э. д. с. возрастает, и при определенной скорости срабаты­ вает первый контактор ускорения У1. Затем, при - более высоких скоростях, включаются контакторы У2 и УЗ.

Управление в функции тока. Сопротивления ступеней пускового реостата рассчитывают таким образом, чтобы выключение ступе­ ней происходило при -одном и том же токе якоря h (см. рис. 75,6). При этом представляется возможным автоматизировать пуск в функции тока, т. е. получать сигнал на выключение очередной сту­ пени от токового реле в цепи якоря при снижении тока до величи­ ны h. Аналогично осуществляется автоматизация пуска асинхрон­ ных двигателей с фазным ротором, так как пусковые характери-

стики их аналогичны пусковым характеристикам ' двигателя постоянного тока параллельного возбуждения. При автоматизации пуска асинхронных двигателей токовое реле РТ включается в цепь статора (рис. 77) или в цепь ротора непосредственно или через трансформатор тока ТТ. Схема работает следующим образом.

При нажатии кнопки «Пуск» включается контактор Л и осуществляет пуск двигателя при полностью введенном в ротор сопротив­ лении. Под действием брос­ ка пускового тока токовое реле РТ срабатывает и от­ ключает свой размыкающий контакт. Катушка Л при этом получает питание че­ рез блок-контакт Л и резис­ тор R. Замыкание блок-кои- такта Л в цепи катушки контактора ускорения У1 не вызовет его включения, так как ток катушки У1 ограни­ чен сопротивлением R. Толь­ ко после уменьшения тока двигателя до установленно­ го значения реле РТ, отре­ гулированное на этот ток, отпустит свой якорь и замк­ нет размыкающий контакт РТ, вследствие чего контак­ тор У1 включится, зашунтирует своими контактами первую секцию пускового сопротивления и двигатель перейдет на новую искусст­ венную характеристику. Воз­ никший при этом бросок то­

ка снова вызовет включение реле РТ, которое своим блок-контак­ том препятствует мгновенному включению второго контактора ускорения У2. Контактор У1 остается включенным через блок-кон­ такт Л и резистор R, так как ток катушки при этом достаточен для удержания якоря в притянутом положении. Аналогично происходит шунтирование остальных секций сопротивлений.

Управление в функции пути. Управление пуском, реверсом и остановкой двигателя может осуществляться и в функции пути, так как иногда требуется, чтобы производственный механизм и отдель­ ные элементы его проходили строго определенный путь с заданной скоростью, затем останавливались или продолжали движение, но с другой скоростью, В этих случаях управление электроприводом

осуществляется при помощи путевых выключателей, расположен­ ных по пути, движения рабочего механизма. Контакты путевых вы­ ключателей могут включаться как в силовую цепь электродвигате­ ля, так и в цепи катушек контакторов управления электродвига­ телями.

Управление в функции пути широко применяют в приводе подъемных установок.

Комбинированные способы управления. Находят применение также комбинированные способы управления, например пуск в функции времени с корректировкой по току.

Необходимость корректировки вызвана тем, что при нагрузке двигателя, большей расчетной, разгон на пусковых ступенях затя-

*гивается іі при очередных выключениях ступеней сопротивления происходят недопустимые броски тока. При корректировке по то­ ку, если ток не успел снизиться до расчетного значения в течение установленной выдержки времени, закорачивания очередной сту­ пени не произойдет. Только после снижения тока включится оче­ редной контактор ускорения. При этом пуск будет происходить без недопустимых толчков тока.

§40. Непрерывное управление электроприводами

•с использованием обратных связей

Скорость приводных электродвигателей мощных экскаваторов, подъемных машин и других установок необходимо плавно регули­ ровать. В ряде случаев следует стабилизировать скорость враще­ ния, ограничивать нагрузочный момент и др. В приводах такого типа двигатель часто получает питание не из сети, а от регулируе­ мого индивидуального источника. Таким источником может быть индивидуальный регулируемый генератор постоянного тока, уп­ равляемый ртутный выпрямитель, тиристорный блок. В первом случае привод носит название системы Г — Д (генератор — двига­

электродвигателя применяют преобразователь частоты, выполнен­ ный обычно на тиристорах.

На рис. 78 представлена в упрощенном виде принципиальная схема автоматического регулирования скорости двигателя шахт­ ной подъемной машины. Привод выполнен по системе Г—Д с электромашинным усилителем (ЭМУ). Основные элементы схемы: ЗУ — задающее устройство, от которого питается задающая об­ мотка ОЗ ЭМУ; ОУ — обмотка управления, получающая питание от тахогенератора ТГ; ОС — стабилизирующая обмотка ЭМУ, включенная через трансформатор Тр на выход ЭМУ; ОВГ — об­ мотка возбуждения генератора, которая питается от ЭМУ.

Скорость вращения рабочего двигателя Д является функцией напряжения генератора Г. Заданное значение скорости устанав­ ливается потенциометром П, который устанавливает (задает) по­