Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Управление электроприводами. Методические указания к лабораторным работам
.pdf
смотренном методе синтеза контура с заданными динамическими свойствами очевидна и является его достоинством.
Перейдем к анализу свойств синтезированной системы регулирова-
ния. Благодаря наличию интегральной составляющей в формулах (7) контур
обладает астатизмом первого порядка и статическая ошибка регулирования
тока отсутствует. С учетом отмеченного ограничения эдс. преобразователя
статические электромеханические характеристики электропривода имеют вид,
показанный на рис.1.8.
Как видно, контур обеспечивает точное поддержание постоянства тока и
(при Ф = Ф
= const) момента двигателя. Пределы изменения скорости, в ко-
НОМ
торых система способна поддерживать ток постоянным, ограничиваются характеристиками разомкнутой системы электропривода.
Передаточная функция замкнутого контура тока имеет вид
Рис.1.8 Статические характеристики электропривода с контуром
регулирования тока, оптимизированным методом последовательной коррекции
Последовательная коррекция обеспечивает получение динамических по-
казателей электропривода, однозначно определяемых выбором соотношения
постоянных времени контура:
21
Настройка контура на технический оптимум (aТ= 2) дает минимальное
время регулирования при перерегулировании, не превышающем 5%. При
настройке на технический оптимум (aТ = 2) время регулирования tР = 4,7·TП.
При практической оценке точности регулирования тока в рассматривае-
мой схеме особый интерес представляет анализ ошибок, обусловленных влиянием возмущающего воздействия, оказываемого при работе электропривода
внутренней связью по эдс двигателя. При синтезе контура регулирования тока
эта связь нами не учитывалась, однако реально она существует и изменения
скорости в переходных процессах существенно сказываются на точности поддержания постоянства тока.
На рис. 1.9 (кривая 1) показан процесс нарастания тока при скачке зада-
ния без учета влияния внутренней связи по эдс двигателя при aТ = 2. Установившаяся ошибка при этом отсутствует, и после затухания переходного процесса устанавливается постоянное значение тока, равное заданному стопорному
току I
. При этом сигнал на выходе регулятора тока U
СТОП
ЗТ(MAX)
– UДТ = 0 и
напряжение на выходе интегратора не изменяется, соответственно постоянна и
эдс преобразователя EП = I
лостую (МC = 0), или под действием возрастающего до М
· RЯ. В реальном процессе пуска, например вхо-
СТОП
момента двигате-
СТОП
ля, скорость начнет увеличиваться (кривая 3) и для поддержания тока постоян-
ным потребуется увеличение эдс преобразователя по закону EП = C·ω + I
СТОП
RЯ. При неизменном токе скорость нарастает линейно, соответственно линейно
должны возрастать эдс преобразователя и выходной сигнал регулятора тока.
Отсюда ясно, что для того, чтобы напряжение на выходе интегрального регулятора возрастало по линейному закону, на его входе должно быть постоянное напряжение U
ЗТ(MAX)
– UОТ ≠ 0 и соответствующая ошибка регулиро-
·
вания.
22
Процесс нарастания тока при пуске с учетом влияния эдс двигателя
Рис. 1.10 Динамическая ошибка
регулирования тока при линейном
уменьшении скорости двигателя
Рис. 1.9 Динамическая ошибка регулирования тока при линейном увели-
чении скорости двигателя
показан на рис. 1.9 (кривая 2). В этом случае ток устанавливается меньше стопорного значения на динамическую ошибку. На рис. 1.10 показан процесс
снижения скорости двигателя по линейному закону под действием нагрузки
на валу двигателя, значительно превышающей момент двигателя М
СТОП
(кривая 1). При этом для снижения эдс преобразователя по мере снижения
скорости необходим на входе регулятора тока сигнал противоположного знака,
который обеспечивается превышением тока якоря над заданным, которое отрицательно.
На рис. 1.11 показана статическая характеристика электропривода (харак-
теристика 1) и построены динамические характеристики (кривая 2 –пуск,
кривая 3 – торможение). Сравнение характеристик свидетельствует о том, что
внутренняя связь по эдс может вызвать при определенных темпах изменения
скорости значительные отклонения динамических характеристик привода от
статической. Особенно нежелательны выбросы тока за стопорное значение при
перегрузках, но и при пусках и торможениях существенная ошибка регу-
23
лирования тока и момента может заметно снизить возможное быстродействие привода, увеличивая время переходных процессов.
Рис. 1.11. Статическая и динамические характеристики
Контрольные вопросы
1. Что такое обратная связь? Как рассчитать требуемый коэффициент об-
ратной связи по току?
2. В чем суть последовательной коррекции? В каком виде получается
передаточная функция регулятора тока при последовательной коррекции
контура тока?
3. Какое устройство может выступать в качестве датчика обратной
связи по току?
4. Как изменится характер переходного процесса тока при пуске привода,
если постоянную интегрирования ПИ-регулятора тока увеличить? Уменьшить?
5. Как влияет на характер процесса пуска внутренняя обратная связь по
эдс двигателя?
6. В какой момент времени при пуске двигателя постоянного тока с неза-
висимым возбуждением будет самое большое ускорение?
7. Что такое быстродействие привода? Как определить быстродействие
привода по графикам переходного процесса тока?
24
8. Что такое перерегулирование? Как определить величину перерегули-
рования по графикам переходного процесса тока?
9. Как изменится перерегулирование, если постоянную интегрирования
ПИ-регулятора тока увеличить?
10. Как изменит время пуска привода увеличение динамического мо-
мента инерции в 2 раза?
11. Как изменится быстродействие контура тока, если коэффициент
усиления пропорциональной части регулятора тока увеличить в два раза?
12. Как изменится быстродействие контура тока, если коэффициент
усиления пропорциональной части регулятора тока уменьшить в два раза?
13. Как изменится перерегулирование, если постоянную интегрирова-
ния ПИ-регулятора тока уменьшить?
25
Лабораторная работа №2
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАМКНУТЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Цели работы:
1. Изучить принцип работы замкнутой системы.
2. Экспериментально исследовать работу разомкнутой системы управ-
ления ДПТ под нагрузкой.
3. Экспериментально исследовать работу одноконтурной системы ста-
билизации скорости ДПТ с различными типами регуляторов под нагрузкой.
4. Отметить преимущества замкнутой системы над разомкнутой си-
стемой.
Порядок выполнения работы:
1. Изучить краткие теоретические сведения об импульсном датчике по-
ложения.
2. Исследовать работу разомкнутой системы управления ДПТ под нагруз-
кой.
3. Исследовать работу одноконтурной системы стабилизации скорости
ДПТ с различными типами регуляторов под нагрузкой.
4. Оформить отчет по лабораторной работе.
Описание универсального лабораторного стенда
Для исследования работы разомкнутой и замкнутой систем управления
ДПТ универсальный стенд оснащен двухдвигательным электромашинным агрегатом, в который входят:
• Объект регулирования – двигатель постоянного тока с независи-
мым возбуждением (ДПТ НВ).
26
• Нагрузочный двигатель – асинхронный двигатель с короткозамкнутым
ротором (АД КЗ).
Для измерения скорости вращения электромашинного агрегата использу-
ется импульсный датчик положения, имеющий 90 отверстий.
Для питания обмоток якоря и возбуждения ДПТ НВ в состав стенда вхо-
дит трехфазный широтно-импульсный преобразователь (ШИП), два плеча которого используются для получения реверсивного ШИП с целью питания
якоря ДПТ, оставшееся плечо используется в качестве нереверсивного ШИП
для питания обмотки возбуждения ДПТ.
Реверсивный ШИП может работать в симметричном (поочередное диаго-
нальное включение) режиме или несимметричном (диагональное включение
одной пары транзисторов).
Для питания асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в
стенде используется инвертор, представляющий собой трехфазный мост на
IGBT-транзисторах, собранных в одном силовом модуле.
Для регистрации измеряемых величин в процессе выполнения экспери-
ментальных исследований в состав стенда входит блок измерения (на базе
цифрового измерительного прибора), который позволяет проводить измерение постоянного (переменного) тока и напряжения (действующее или средне
значение).
Блок измерения позволяет осуществить индикацию измеренных величин
и передачу данных на компьютер через интерфейс RS485.
Релейно-контакторная схема, входящая в состав лабораторного стен-
да, позволяет осуществлять требуемые коммутации и дистанционное подключение электромашинного агрегата к источникам питания, реализуя требуемые
схемы включения.
27
Порядок проведения опытных исследований
1. Исследование разомкнутой системы управления ДПТ под
нагрузкой
1.1. Собрать схему подключения широтно-импульсного преобразова-
теля (ШИП), инвертора (И) и релейно-контакторной схемы (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Схема исследования разомкнутой системы управления ДПТ под
нагрузкой
1.2. Подключить стенд к трехфазной сети (включить три автоматических
выключателя, расположенных в левой нижней части стенда, – надпись «Сеть»).
Перед включением стенда необходимо убедиться, что все тумблеры, управля-
28
ющие включением преобразователей, находятся в положении «выключено»,
а также на панели стенда присутствуют только необходимые для проведения
данного опыта перемычки.
1.3. Подключить релейно-контакторную схему управления (включить
тумблер SA70).
1.4. Включить ШИП возбуждения (тумблер в нижней части панели стен-
да, в окошке «Скважность (возбуждение), %») и резистором R22 установить номинальный ток возбуждения ДПТ НВ, равный 0,18 А по прибору PA4.
1.5. Подключить якорь ДПТ НВ к ШИП якоря (подключение якоря к
ШИП осуществляется с помощью контактора К5, напряжение на катушку которого подается нажатием кнопки управления SB74).
1.6. Задать симметричный режим работы ШИП якоря, для этого устано-
вить тумблер в положение «Симметр.» (тумблер в нижней части панели стенда,
в окошке «Скважность (якорь), %»).
1.7. Включить ШИП якоря (тумблер в нижней части панели стенда, в
окошке «Скважность (якорь), %»).
1.8. Разогнать нагрузочный двигатель (ДПТ НВ) до скорости 50рад/с,
плавно увеличивая скважность резистором R21. Угловую скорость контролировать по прибору BR1, рад/с.
1.9. Подключить исследуемый двигатель АД КЗ к инвертору, для
этого предварительно тумблером SA71 задать схему включения обмоток статора АД КЗ «звезда» (тумблер SA71 - в положение выключено).
1.10. Выбрать режим работы инвертора «Независимое управление» и с
помощью резистора R31 задать частоту инвертора равной нулю (прибор «Частота, Гц»). С помощью резистора R32 задается ток динамического торможения, т.е. регулируется нагрузка на ДПТ.
1.11. Нажать кнопку SB72 «Стоп», при этом исследуемый двигатель пе-
рейдет в режим динамического торможения.
29
1.12. Изменяя величину тока динамического торможения от 0 до величи-
ны не более номинального тока АД КЗ, сделать серию измерений тока якоря
ДПТ и соответсвующих им значений угловой скорости.
Примечание:
1) Ток динамического торможения определяется как напряжение динами-
ческого торможения, выставленное с помощью резистора R32 и деленное на
сопротивление обмотки статора.
2) Чтобы асинхронный двигатель не перевозбуждался ток в режиме ди-
намического торможения не должен превышать 3-кратного значения тока
намагничивания.
2. Исследование работы одноконтурной системы стабилизации
скорости ДПТ с различными типами регуляторов под нагрузкой
2.1. Собрать схему подключения широтно-импульсного преобразова-
теля (ШИП), инвертора (И), релейно-контакторной схемы и регулятора скорости (рис. 2.2).
2.2. Подключить стенд к трехфазной сети (включить три автоматических
выключателя, расположенных в левой нижней части стенда, – надпись
«Сеть»). Перед включением стенда необходимо убедиться, что все тумблеры, управляющие включением преобразователей, находятся в положении «выключено», а также на панели стенда присутствуют только необходимые
для проведения данного опыта перемычки.
2.3. Подключить релейно-контакторную схему управления (включить
тумблер SA70).
2.4. Включить ШИП возбуждения (тумблер в нижней части панели стен-
да, в окошке «Скважность (возбуждение), %») и резистором R22 установить номинальный ток возбуждения ДПТ НВ, равный 0,18 А по прибору PA4.
Установить Uзад на R50, равным нулю (измерить вольтметром).
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]