Pankratov_V_V_Uchebnoe_posobie_po_AUEP_Avtorsk

Так как для управления током в СПР предусмотрена локальная САР – контур регулирования тока, то ограничение iя в установившихся и переход-

ных режимах на уровне Imax i Iн легко осуществить, ограничив возможные изменения сигнала задания тока uзi (т.е. фактически выходного сигнала регу-

лятора скорости) диапазоном Imax ki . Разумеется, при этом необходимо ис-

ключить накопление ошибок регулирования скорости интегральной частью РС,

если его выход достиг уровня ограничения. Переходные процессы в однозон-

ном ЭП на интервале токоограничения протекают с постоянством момента двигателя, а при неизменных J и M с – с постоянством ускорения. В качестве примера на рис. 4.17 приведены возможные графики изменений ЭДС преобра-

зователя, тока якоря и частоты вращения двигателя при пуске ЭП на номиналь-

ную скорость с нагрузкой типа «сухое трение».

eп* (t)

iя*(t)

*(t)

t, c

Рис. 4.17 – Графики переходных процессов при пуске ЭП с выходом на токоограничение (в относительных единицах, в качестве базовых

приняты номинальные значения соответствующих величин)

71

при синтезе РТ, так и при реализации системы управления. Если же данное условие не выполняется, то необходимо предпринимать специальные меры по компенсации влияния ЭДС в КРТ.

С целью компенсации влияния ЭДС могут применяться два различных подхода. Первый из них связан с повышением порядка астатизма контура, для чего строится т.н. «цепочечный» (сдвоенный) РТ, состоящий из двух последо-

вательно включенных И- и ПИ-регуляторов. Так как второй, внешний КРТ име-

ет в aт раз бóльшую некомпенсируемую постоянную времени, чем первый,

внутренний, то быстродействие результирующего КРТ, настроенного на МО, а

следовательно и всей СПР снижается в два раза. По этой причине «цепочеч-

ные» регуляторы тока не находят широкого практического применения.

Второй подход к компенсации влияния ЭДС предполагает построение комбинированной системы регулирования тока и используется в абсолютном большинстве реальных СУЭП постоянного тока на базе тиристорных преобра-

зователей. Под комбинированным управлением здесь понимается одновремен-

ное регулирование тока как по отклонению – посредством ПИ-регулятора, так и по возмущению – с помощью положительной обратной связи по ЭДС, замкну-

той на вход системы управления преобразователем, см. рис. 4.19. Формально для взаимного уничтожения двух обратных связей передаточная функция ком-

пенсирующего звена Wк ( p) здесь должна быть обратной по отношению к ПФ обобщенного преобразователя, т.е. соответствовать форсирующему звену пер-

вого порядка. Однако, учитывая малость Tп т и требования помехозащи-

74

должен быть меньше, чем на номинальной. В этом случае преимуществом СУЭП с двухзонным регулированием становится лучшее использование уста-

новочной мощности силового электрооборудования – двигателя и управляемо-

го преобразователя цепи якоря. В качестве классических примеров можно при-

вести ЭП намоточных механизмов, где для поддержания постоянной силы натяжения материала при постоянной скорости его подачи и изменениях ради-

уса барабана в результате намотки регулирование осуществляется с постоян-

ством мощности, а также ЭП главного движения металлообрабатывающих станков, где грубая обработка производится при малых скоростях резания и больших припусках (усилиях резания), а чистовая обработка, напротив, на больших скоростях и с малым припуском. В некоторых ситуациях, когда не удается подобрать двигатель требуемой мощности на нужную частоту враще-

ния, допускается применение двухзонного регулирования в электроприводах с другими видами нагрузок, однако обязательным условием такого решения яв-

ляется недоиспользование двигателя по мощности (моменту) при номинальной скорости.

Так как (см. раздел 2.3) во второй зоне регулирования длительно допу-

стимая мощность на валу двигателя должна быть постоянна, т.е.

Pдоп M доп Eн Iн Pe н ,

ослабление потока необходимо осуществлять со стабилизацией номинального значения ЭДС якоря: Eя Eн , откуда следует, что

причем для н сохраняется требование Ф Фн .

Для обеспечения этих условий система управления электропривода до-

полняется устройствами, обеспечивающими ограничение абсолютной величи-

ны ЭДС якоря на номинальном уровне, см. рис. 4.20, где Пв – управляемый преобразователь (на рисунке – тиристорный) цепи обмотки возбуждения; ВАв – датчик тока возбуждения; ВV – датчик напряжения якоря; ВЕ – датчик (вычис-

76

литель) ЭДС якоря; РЭ – регулятор модуля ЭДС; РМП – регулятор магнитного потока. Как видно из рисунка, подсистема ограничения ЭДС так же, как и си-

стема управления скоростью, построена на основе принципа подчиненного ре-

гулирования координат и использует второй канал управления ДПТНВ с воз-

действием на напряжение обмотки возбуждения.

В системе ЭП, схема которой изображена на рис. 4.20, используется т.н.

зависимое управление ослаблением магнитного потока, основанное на замкну-

той системе регулирования ЭДС. Известен и более простой, но менее распро-

страненный способ обеспечения условия (4.11) во второй зоне регулирования,

связанный с заменой РЭ, ВЕ и BV на одно нелинейное звено, формирующее за-

дающее воздействие на входе контура регулирования магнитного потока

(КРМП) в зависимости от сигнала задания или измеренного значения скорости ЭП. Такой подход называют независимым управлением ослаблением потока.

Преимущества зависимого управления потоком заключаются в более высоком быстродействии и возможности эффективного учета колебаний напряжения се-

ти, питающей силовой преобразователь Пя, путем коррекции задающего воз-

действия по ЭДС двигателя во второй зоне регулирования Eя.з таким образом,

чтобы при «просадках» сети ЭП не «застревал» в окрестности границы зон ре-

гулирования вследствие ограниченности величины eп . Для этого следует вы-

полнить требование Eя.з kekз 1 max(Eп ) i Iн Rэ , где максимальное значе-

ние ЭДС преобразователя max(Eп ) зависит от текущего напряжения питающей сети; i – принятая при настройке КРТ перегрузочная способность ЭП по току якоря; ke – коэффициент обратной связи по ЭДС; kз 1,05...1,15 – коэффици-

ент запаса по напряжению. Уровень ограничения выходного сигнала РЭ сверху должен соответствовать заданию номинального магнитного потока двигателя, а

снизу – допустимой кратности ослабления поля. При независимом управлении магнитным потоком выходной сигнал нелинейного звена, формирующего за-

дающее воздействие на РМП, из приведенных выше соображений также следу-

ет масштабировать относительным значением напряжения питающей сети. За-

77

метим, что независимое управление потоком является единственно возможным способом реализации двухзонного регулирования в ЭП, не оснащенных датчи-

ком частоты вращения.

Рис. 4.20 – Функциональная схема двухзонной СПР скорости тиристорного ЭП постоянного тока

При регулировании во второй зоне ДПТНВ является существенно нели-

нейным объектом, динамические свойства которого при малых отклонениях от равновесного состояния описываются системой уравнений (2.4) или (2.5).

Структурная схема линеаризованной модели двигателя изображена на рис. 2.4.

Предположим, что питание обмоток якоря и возбуждения осуществляется от обобщенных преобразователей электрической энергии с параметрами kп , Tп ,

Rп , Lп и kпв , Tпв , Rпв , Lпв соответственно. Тогда для синтеза регуляторов САР параметры цепей якоря и возбуждения – Rя , Lя , Tя и Rв , Lв , Tв – в

уравнениях (2.4), (2.5) и на рис. 2.4 следует формально заменить на эквивалентные величины: Rэ Rя Rп , Lэ Lя Lп , Tэ Lэ Rэ и Rвэ Rв Rпв ,

Lвэ Lв Lпв , Tвэ Lвэ Rвэ .

78

ми параметрами, так как в области частот Tвэ1, где располагается частота среза желаемой ЛАЧХ скорректированного КРМП, частотная ПФ компенсиру-

емой части ОУ практически неизменна:

ствующие минимальному магнитному потоку. В некоторых случаях допускает-

ся использовать и усредненные в заданном диапазоне ослабления поля величи-

ны Tвэ.ср и kн.ср . При этом настройка КРМП на модульный оптимум дает про-

порционально-интегральный РМП:

Структурная схема синтезированного КРМП в операторной форме приведена на рис. 4.21.

Рис. 4.21 – Структурная схема контура регулирования магнитного потока,

здесь: КЧОУ – компенсируемая часть объекта управления; Фest – вычисленная оценка магнитного потока; eпв – ЭДС преобразователя цепи возбуждения

80