9.6. Система регулирования электропривода постоянного тока с суммирующим усилителем

Функциональная схема электропривода постоянного тока по системе ТП-Д с обратной связью по скорости приведена на рис.9.11. Уравнение механических характеристик для этой системы в соответствии с (4.7) будет:

, (9.2)

где: ω_0з – скорость холостого хода в замкнутой системе регулирования;

β_замк – абсолютные значения жесткости механических характеристик в замкнутой системе управления;

U_d – э.д.с. преобразователя, питающего якорную цепь двигателя.

Как было показано в разделе 4.2, в системах управления с отрицательной обратной связью по скорости жесткостьβ механических характеристик β_замк увеличивается по сравнению с жесткостью характеристик в разомкнутой системе в (1+К) раз, где К – коэффициент усиления разомкнутой системы. Для рассматриваемой схемы этот коэффициент будет

. (9.3)

Здесь: к_у – коэффициент усиления усилителя;

- коэффициент усиления преобразователя;

- коэффициент обратной связи по скорости;

С=кФ – машинная постоянная.

Электропривод с рассматриваемой схемой управления описывается следующей системой уравнений

(9.4)

Из этих уравнений получим выражение для механических характеристик привода в замкнутой системе

. (9.5)

Механические характеристики и принцип их формирования в замкнутой по скорости системе управления представлена на рис.4.5. Из (9.5) следует, что для увеличения жесткости механических характеристик нужно увеличивать коэффициент усиления К, что может достигаться увеличением коэффициента усилителя к_у.

Обычно по условиям эксплуатации технологических установок и условиям коммутации на коллекторе двигателя необходимо ограничивать максимальный момент, развиваемый двигателем, на уровне (2÷3)М_н. С этой целью в замкнутых системах электропривода применяется задержанная отрицательная обратная связь по току якоря, называемая токовой отсечкой. Функциональная схема электропривода постоянного тока с отрицательной обратной связью по скорости и токовой отсечкой приведена на рис.9.12. Токовая отсечка в этой схеме реализована на стабилитронах VS1 и VS2. Уравнения цепи обратной связи по току будет:

если

, если .

I_отс – ток якоря, при превышении которого вступает в действие отрицательная обратная связь по току;

u_ест – сигнал (напряжение) отрицательной обратной связи по току.

В результате совместного действия отрицательных обратных связей по скорости и току формируется механическая характеристика (рис.9.13), которая состоит из двух участков: рабочего (1) с высокой жесткостью и участка (2) ограничения момента. На рабочем участке, пока не действует отрицательная обратная связь по току, механические характеристики описываются уравнением (9.5). При I_я>I_отс работа электропривода может быть описана следующими уравнениями

(9.6)

В результате решения этой системы уравнений относительно ω получим уравнение механической характеристики для второго участка

. (9.7)

Первые два слагаемых уравнения (10.6) определяют скорость идеального холостого хода механической характеристики для второго участка

.

Жесткость механической характеристики на втором участке будет

.

Э.д.с. преобразователя U_d при работе двигателя с замкнутой системой управления не остается постоянной, а изменяется в соответствии с уравнением

.

На рабочем участке механической характеристики скорость примерно постоянна. С увеличением нагрузки на валу двигателя U_d возрастает. После перехода на второй участок и дальнейшем повышении нагрузки скорость снижается до нуля, наступает режим стопорения и U_d уменьшается до величины .

Таким образом, для формирования желаемой механической характеристики преобразователь должен иметь необходимый запас по величине E_d в соответствии с соотношением

.

В этой случае жесткость верхней механической характеристики β_замк1 будет постоянной при всех нагрузках вплоть до М_отс.