5. Компоновка системы управления. Расчет регуляторов.

   1. Система с однозонным регулированием скорости.

Наибольшее распространение при управлении ДПТ по якорной цепи получили две системы электропривода. Первая из них  система с ПИ-регулятором скорости и обратной связью по току с отсечкой. Такая система управления применена в преобразователях типа ЭПУ1. В настоящее время наиболее предпочтительной является классическая система подчиненного регулирования (рис. 1), которая используется в отечественных (ЭПУ1М, ЭПУ3) и зарубежных приводах постоянного тока.

Рис. 1. Структурная схема ЭП с подчинённым регулированием

В системе подчиненного регулирования скорости используются два регулятора: ПИ  регулятор тока (РТ) и ПИ или П  регулятор скорости (РС). Расчет регуляторов ведётся в следующем порядке.

Настройка контура тока якоря выполняется на технический оптимум. Передаточная функция регулятора тока при такой настройке имеет вид:

, (18)

где  постоянная времени РТ якоря, с;

 коэффициент усиления РТ якоря;

 постоянная времени якорной цепи электропривода, с;

 индуктивность якорной цепи электропривода, Гн;

 полное сопротивление якорной цепи, Ом;

 малая (некомпенсированная) постоянная времени контура тока якоря;

 коэффициент усиления преобразователя;

 номинальное напряжение преобразователя, В;

 номинальное напряжение управления (для преобразователя ЭПУ, принимается равным 15 В);

 коэффициент обратной связи по току якоря, Ом;

Параметры элементов РТ определяются следующим образом:

Из выражения задаваясь находится

, Ом, (19)

Сопротивление на входе регулятора тока находится из выражения:

, Ом, (20)

Сопротивление в цепи обратной связи регулятора тока находится из выражения:

, Ом; (21)

для комплектных преобразователей ЭПУ коэффициент датчика тока K_ДТ определяется из условия, что при номинальном токе двигателя напряжение на выходе датчика тока (подстраивается сменным резистором) :

, Ом. (22)

Тип передаточной функция регулятора скорости выбирается, исходя из обеспечения требуемой статической точности поддержания скорости в системе электропривода.

Определяется оптимальная неточность стабилизации скорости при использовании П - регулятора скорости по формуле:

, с^-1 (23)

где – полное сопротивление якорной цепи, Ом;

I_C – статический ток якоря двигателя, обусловленный нагрузкой на валу, А.

Определяется неточность стабилизации скорости по заданию:

, с^-1, (24)

где D_  требуемый диапазон регулирования скорости.

Если оказывается, что , то в контуре скорости возможно использовать П  регулятор скорости. В этом случае осуществляется настройка контура скорости на технический оптимум.

Передаточная функция П  регулятора скорости имеет вид:

(25)

Если указанное выше неравенство не выполняется, то необходимо использовать ПИ  регулятор скорости. При выборе РС таким образом контур скорости настраивается на симметричный оптимум. При такой настройке регулирование скорости будет астатическим.

Передаточная функция ПИ  регулятора скорости имеет вид:

. (26)

В выражениях (25), (26):

 коэффициент усиления РС;

 постоянная времени РС, с;

 коэффициент обратной связи по скорости, Вс;

 коэффициент обратной связи по току якоря, Ом;

 механическая постоянная времени электропривода, с;

 суммарный момент инерции электропривода, кгм²;

 момент инерции двигателя, кгм²;

 приведенный к валу двигателя момент инерции механизма, кгм²;

 конструктивный коэффициент двигателя, Вс;

Параметры элементов регулятора скорости находятся из соотношений:

Из выражения , задаваясь , находится .

Сопротивление на входе регулятора скорости находится из выражения:

, (27)

Сопротивление в цепи обратной связи по скорости находится из выражения:

, Вс, (28)

где К_ДС = К_BR  для электроприводов ЭПУ исполнения М, Д, П, И;

 коэффициент передачи тахогенератора (ТГ), Вс;

_BR, U_BR – номинальная скорость и напряжение на якоре ТГ соответственно;

К_ДС = kК_ДЕ  для электроприводов ЭПУ исполнения Е, Вс;

 коэффициент передачи датчика ЭДС;

Е_Н – ЭДС двигателя при номинальной скорости;

U_ДЕ – напряжение на выходе датчика ЭДС, принимается равным 15В.

2. Система с двухзонным регулированием скорости (для Д/О).

Двухзонное регулирование скорости ДПТ применяется для обеспечения рабочего диапазона до скорости выше основной (чаще всего это _Н). В такой системе независимая обмотка возбуждения ДПТ подключается к управляемому тиристорному возбудителю. Система управления электроприводом включает в себя две взаимосвязанные системы:

а) систему регулирования скорости, воздействующую на напряжение ТП, и обеспечивающую работу в первой зоне;

б) систему регулирования ЭДС, воздействующую на напряжение ТВ, и обеспечивающую работу во второй зоне. Она включает в свой состав регулятор ЭДС РЭ с подчиненным контуром регулирования тока возбуждения с регулятором тока возбуждения РТВ.

Структурная схема для регулирования скорости в первой зоне организуется по тому же принципу, что и при однозонном регулировании. Общая структурная схема СУЭП с двухзонным регулированием скорости с регулятором скорости и подчиненным контуром регулирования тока якоря представлена на рис. 2.

Настойка контуров регулирования скорости и тока якоря ничем не отличается от настройки соответствующих контуров в системе с однозонным регулированием скорости.

Настройка регуляторов тока возбуждения и ЭДС, обеспечивающих работу электропривода во второй зоне осуществляется следующим образом.

Передаточная функция ПИ - регулятора тока возбуждения (РТВ) имеет вид:

, (29)

где T_РТВ = T_В  постоянная времени регулятора тока возбуждения, с;

 суммарная постоянная времени обмотки возбуждения ДПТ, с;

 индуктивность обмотки возбуждения двигателя, Гн;

 полное сопротивление обмотки возбуждения двигателя, Ом;

 коэффициент усиления РТВ;

 малая постоянная времени контура тока возбуждения, с;

– коэффициент обратной связи по току возбуждения, Ом.

Параметры элементов регулятора тока возбуждения определяются следующим образом:

Из выражения: , задаваясь находится

Сопротивление на входе регулятора тока находится из выражения:

. (30)

Сопротивление в цепи обратной связи регулятора тока возбуждения находится из выражения:

, Ом; (31)

коэффициент датчика тока возбуждения K_ДТВ определяется аналогично K_ДТ:

, Ом. (32)

В контуре регулирования ЭДС отсутствуют большие постоянные времени, и при настройке на технический оптимум в качестве регулятора ЭДС используется интегральный регулятор.

Передаточная функция И-регулятора ЭДС имеет вид:

, (33)

где  коэффициент усиления регулятора ЭДС;

Параметры элементов регулятора тока определяются из выражений:

Постоянная времени регулятора ЭДС находится из выражения: . Задаваясь находится

 коэффициент обратной связи по ЭДС;

 коэффициент, характеризующий форму кривой намагничивания на линейном участке, где

Ф_Н, I_Н – номинальный магнитный поток и ток возбуждения ДПТ;

 конструктивный коэффициент ДПТ, где

p_П – число пар полюсов;

N – число проводников обмотки якоря;

a – число пар параллельных ветвей обмотки якоря.

Рис. 2. Структурная схема системы двухзонного регулирования скорости ДПТ