7.9 Автоматическая система управления электроприводом с регулированием мощности

В соответствии со сформулированным в пункте 7.6 принципом косвенного поддержания натяжения на постоянном уровне, когда поток двигателя должен меняться пропорционально r_р, а ток при F = const сохраняется постоянным, большинство систем регулирования натяжения строится из двух взаимосвязанных си­стем: системы стабилизации тока якоря двигателя наматывающего устройства с воздействием на напряжение главного преобразова­теля и системы регулирования ЭДС двигателя с воздействием на поток возбуждения. Поскольку , а , то при

поток изменяется пропорционально радиусу рулона

,

(7.39)

где r_рмакс — максимальный радиус рулона, а Ф_макс — соответ­ствующий поток.

Схема электропривода наматывающего устройства с косвенным поддержанием натяжения на постоянном уровне и коррекцией его по сигналу датчика натяжения приведена на рисунке 7.12. Система управления током якоря включает в себя контур регулирования тока с датчиком ДТ и регулятором РТ и подчиненный контур регулирования напряжения с датчиком ДН и регулятором РН, выходное напряжение которого воздействует на вход системы управ­ления реверсивного тиристорного преобразователя (ТП1). Пред­писанное значение тока якоря формируется в виде задающего на­пряжения на выходе пропорционального усилителя и состоит из четырех слагаемых: основного задающего сигнала, пропорцио­нального заданному натяжению и снимаемого с задатчика натяже­ния (ЗНт); сигнала компенсации динамической составляющей тока u_к; сигнала компенсации потерь и сигнала коррекции по на­тяжению с выхода регулятора натяжения (РНт).

При компенсации потерь приближенно предполагается, что их значение зависит от скорости рулона и эта зависимость модели­руется функциональным преобразователем (ФП1).

Система регулирования ЭДС построена принципиально так же, как соответствующий контур в системе двухзонного регулирования, с той лишь разницей, что внутренний контур за счет включения функционального преобразователя ФП2, который моде­лирует характеристику намагничивания двигателя, представляет собой контур регулирования потока с регулятором РПт, а не кон­тур регулирования тока возбуждения. Благодаря этому сигнал на выходе регулятора ЭДС (РЭ), являющийся предписанным зна­чением регулируемой величины для внутреннего контура, в про­цессе перемотки пропорционален потоку возбуждения, а следо­вательно, и радиусу рулона, и может служить мерой радиуса. Регулятор ЭДС включает в себя суммирующий усилитель У2, на входе которого сигнал датчика ЭДС сравнивается с задающим напряжением, пропорциональным скорости перемотки, и аналого­вый или цифровой интегратор И. В результате РЭ имеет характе­ристики интегрирующего регулятора, что, с одной стороны, необходимо для обеспечения стандартной или близкой к ней настройки контура ЭДС, а с другой — важно для того, чтобы регулятор «запоминал» радиус рулона.

Рисунок 7.12 – Схема электропривода наматывающего устройства с косвенным поддержанием натяжения

Принцип построения системы предусматривает, что всегда, вне зависимости от режима работы (разгон, установившийся режим перемотки, торможение, выключенное состояние), поток возбужде­ния двигателя пропорционален радиусу рулона. В режиме пере­мотки это обеспечивается автоматически за счет действия замкнутой системы регулирования ЭДС. При неподвижном наматывающем устройстве сигналы U_д.э и U_з равны нулю и необходимо предусмот­реть возможность задания начального потока возбуждения, соот­ветствующего данному (если речь идет о начале намотки — мини­мальному) значению радиуса рулона. Это осуществляется при охвате РЭ отрицательной обратной связью через контакты ЗР. Регулятор ЭДС приобретает характеристики апериодического звена с единичным коэффициентом усиления, и на выходе его устанав­ливается напряжение, равное напряжению задания радиуса рулона u_з.р. Перед началом перемотки контакты ЗР размыкаются, и это напряжение на выходе интегратора сохраняется, пока на входе РЭ сигнал равен нулю.

Поток возбуждения, соответствующий текущему значению ра­диуса рулона, нужно сохранить и при обрыве полосы. Обычно обрыв фиксируется специальным датчиком, воздействующим на реле, которое своим контактом (на рисунке 7.11 не показан) шунтирует У2, благодаря чему напряжение на входе интегратора становится равным нулю, а на его выходе фиксируется напряжение, соответ­ствующее значению радиуса рулона, при котором произошел обрыв. Однако даже при обеспечении фиксации требуемого значения по­тока, если не принять дополнительных мер, скорость наматыва­ющего устройства будет резко возрастать. Действительно, если предположить, что напряжение, снимаемое с ЗНт, постоянно, резкое уменьшение якорного тока при обрыве полосы приведет к тому, что замкнутая система регулирования тока, стремясь вос­становить заданный ток, будет увеличивать напряжение преобра­зователя ТП1 и это приведет к увеличению скорости двигателя. Чтобы этого не произошло, ЗНт питается от усилителя УЗ, харак­теристика которого такова, что при входном сигнале, равном нулю, его выходное напряжение равно напряжению ограничения. На входе сигнал УЗ U₃ = V сравнивается с сигналом обратной связи по ЭДС. В нормальном режиме намотки задающий сигнал примерно равен сигналу обратной связи, напряжение на выходе УЗ равно напряжению ограничения и постоянно. При обрыве, когда ЭДС начинает возрастать, сигнал обратной связи оказывается больше U₃, усилитель УЗ выходит из ограничения и система переходит в режим поддержания постоянства ЭДС за счет воздействия на на­пряжение преобразователя. Поскольку поток двигателя при этом соответствует значению радиуса рулона, при котором произошел обрыв, система поддерживает скорость двигателя, примерно соот­ветствующую данным значениям скорости V и радиуса r_р.

Назначением сигнала u_к является задание динамической состав­ляющей тока, за счет которой создается динамический момент Мдин = Мдин1 + Мдин2 составляющие которого определяются фор­мулами (7.36) и (7.38). Если толщина перематываемой полосы мала, то радиус рулона меняется медленно и скорость изменения радиуса dr_р/dt мала. Тогда составляющей М_дин2 пренебрегают, полагая, что М_дин = М_дин1. С учетом того, что система регулирования ЭДС меняет поток пропорционально радиусу, можно определить закон, по которому должен меняться динамический ток при разгоне и тор­можении:

или, с учетом первого из выражений (7.36),

.

(7.40)

Если У1 представляет собой усилитель с передаточным коэффи­циентом, равным единице, одинаковым по всем входам, и коэффи­циент передачи РТ по обоим каналам тоже одинаков, то компенси­рующее напряжение должно быть

.

(7.41)

Из (7.40) видно, что это напряжение связано функциональной зависимостью с радиусом рулона r_p и прямо пропорционально ускорению. при установившейся скорости u_k=0.

Рисунок 7.13– Функциональная схема устройства, формирующего напряжение u_k

Рисунок 7.14 – Зависимость u_ФП=f(r_p) приdV/dt=const

Функциональная схема устройства, формирующего напряжение u_k, показана на рисунке 7.13. Напряжение на входе функционального преобразователя (ФП) пропорционально радиусу рулона. С помощью ФП в соответствии с (7.40) и (7.41) формируется напряжение u_ФП равное u_к при (dV/dt)_макс. Реальное значение ускорения за­дается установкой делителя напряжения (ДН). Компенсирующее напряжение имеет разный знак при ускорении и замедлении, что обеспечивается включением контактов КУ или КЗ соответственно. В установившемся режиме все контакты разомкнуты. В качестве напряжения, пропорционального радиусу рулона, может быть ис­пользовано напряжение на выходе регулятора ЭДС, если подчи­ненным контуром является контур потока (рисунок 7.12). В ряде схем оно получается как результат деления напряжения датчика скорости (тахогенератора) на двигателе наматывающего устройства

на напряжение тахогенератора на двигателе М2 клети или секции (рисунок 7.13)

,

где – коэффициент пропорциональности.

Характер зависимости u_ФП от радиуса рулона при dV/dt = const показан на рисунке 7.14. При разных соотношениях r_pмакс и r_рмин она может быть аппроксимирована более или менее сложной кривой.

В схемах, где не предъявляется высоких требований к поддер­жанию постоянства натяжения, применяются более простые спо­собы компенсации динамического тока, когда на время разгона и торможения уставки тока меняются на постоянную величину (рисунок 7.11).

Описанная система косвенного регулирования (рисунок 7.12) дополнена внешним контуром прямого регулирования натяжении с датчиком ДНт и регулятором РНт. В силу того что в контур регулирования натяжения входит упругое полотно, обычно этот контур имеет не слишком высокое быстродействие. Однако его при­менение позволяет уменьшить влияние возмущений, обусловленных потерями вращения и составляющей динамического момента M_дин2. На входе РНт сравниваются уставка натяжения с ЗНт и сигнал датчика натяжения ДНт. Если заданная уставка якорного тока обеспечивает заданное натяжение, то напряжение на выходе РНт равно нулю. Если установившееся значение натяжения не соот­ветствует заданному, уставка тока корректируется выходным на­пряжением регулятора натяжения.