6.3. Система автоматического

регулирования угловой скорости с жесткой положительной обратной связью по току якоря двигателя

В случае жесткой положительной обратной связи по току якоря двигателя компенсация падения угло­вой скорости, возникающего в результате увеличения нагрузки, достигается автоматическим увеличением ЭДС преобразователя. Структурная схема такой системы при­ведена на рис. 6.3, а. Здесь сигнал на входе усилителя определяется суммой напряжений:

(6.5)

где β=R_ш /(R_п +R_д).

В качестве шунтового резистора R_ш, с которого сни­мается сигнал обратной связи, могут быть использованы обмотки дополнительных полюсов, стабилизирующая и компенсирующая обмотки.

Приняв систему уравнений, аналогичную (6.1), можно после соответствующих преобразований получить уравне­ние механической характеристики в замкнутой системе регулирования:

(6.6)

Если считать, .что коэффициенты усиления усилителя и преобразователя постоянны, то характеристика двига­теля (6.6) Оказывается прямой линией. Первый член (6.6) определяет угловую скорость идеального холостого хода, пропорциональную задающему напряжению U_з, (точки идеального холостого хода на характеристиках 2 и 2' на рис. 6.3, б).

Рис. 6.3. Структурная схема системы автоматического регулирования угловой скорости с жесткой положительной обратной связью по току якоря двигателя (а) и характеристики двигателя (б).

Для определения статизма разделим второй член пра­вой части (6.6) на его первый член при М_ном; тогда полу-

(6.7)

Анализ (6.7) показывает, что статизм в замкнутой си­стеме может быть равен 0 при условии, что βk_c=1 (харак­теристика 3 на рис. 6.3, б); для значений βk_c > 1 харак­теристика может быть восходящей (характеристика 1),

при значениях βk_c < 1 характеристика имеет отрицатель­ную жесткость (кривая 2).

Если коэффициенты усиления с ростом нагрузки падают, то характеристики становятся нелинейными (кривые 1' и 3' на рис. 6.3, б).

6.4. Система автоматического

регулирования угловой скорости с жесткой отрицательной обратной связью по угловой скорости двигателя

Принцип действия жесткой обратной связи по угловой скорости (рис. 6.4, а) заключается в следующем. С ростом нагрузки на валу двигателя уменьшается его угловая скорость и понижается сигнал с тахогенератора GT, находящегося на одном валу с двигателем М; напряжение, снимаемое с якоря тахогенератора, пропорционально угло­вой скорости двигателя. Так как задающий сигнал оста­ется при этом постоянным, то сигнал на входе усилителя У при понижении угловой скорости возрастает, следователь­но, возрастает ЭДС преобразователя П, что автоматически приводит к компенсации падения угловой скорости при­вода.

Составим для схемы на рис. 6.4, а систему уравнений:

(6.8)

здесь U_зс — задающее напряжение в системе с обрат­ной связью по скорости; γ=U_oc/ - коэффициент пере­дачи обратной связи по скорости. Все остальные обозна­чения такие же, как и для рассмотренных выше схем.

После соответствующих преобразований получим урав­нение для механической характеристики в замкнутой системе регулирования:

(6.9)

где k = k_c/c — коэффициент передачи (усиления) всей системы; R_я = R_п + R_д.

При постоянном коэффициенте передачи k механиче­ские характеристики двигателя линейны. Очевидно, что, как и в предыдущих случаях, первый член правой части

уравнения (6.9) определяет угловую скорость идеального холостого хода двигателя, а второй член — падение угло­вой скорости, обусловленное изменением момента нагрузки. В данной системе аналогично первому рассмотренному случаю задающее напряжение в замкнутой системе выше,

Рис. 6,4. Структурная схема системы автоматического регулирования угловой скорости с жесткой отрицательной обратной связью по угловой скорости (а) и характеристики двигателя (б),

чем в разомкнутой. Статизм в этой системе регулированияопределится по формуле (при М = M_ном):

(6.10)

Из (6.10) следует, что статизм может быть сколь угодно малым с возрастанием коэффициента передачи всей си­стемы. Поэтому в системе с отрицательной обратной связью по скорости можно при большом коэффициенте передачи получить значительный диапазон регулирования. На рис. 6.4, б приведены: предельная характеристика 1 при k →, характеристики 2, 2' при конечном значении коэффициента передачи (усиления) системы и характеристика двигателя в разомкнутой системе 3.

Применение комбинированных обратных связей рас­ширяет возможности электрического привода в отношении диапазона регулирования, например возможно сочетание жестких отрицательной обратной связи по напряжению с положительной по току или отрицательной обратной связи по угловой скорости с положительной по току. Подобного же вида обратные связи могут быть применены в системах привода переменного тока.

В качестве преобразователя П в рассмотренных систе­мах могут быть использованы различные устройства: асин­хронный двигатель— генератор, управляемый выпрями­тель, магнитный усилитель, широтно-импульсный пре­образователь и т. п.

Следует отметить, что увеличение коэффициента усиле­ния в рассмотренных системах ограничено их динамической устойчивостью и чувствительностью к помехам. При боль­ших коэффициентах усиления приходится вводить допол­нительные корректирующие устройства или стабилизи­рующие обратные связи (обычно гибкие отрицательные), которые делают систему устойчивой и обеспечивают желае­мое качество (время процесса, перерегулирование, колеба­тельность процесса) переходных процессов в системе (изме­нение задания по скорости, сброс — наброс нагрузки и т. п.). Ограничение на коэффициент усиления системы предопределяет и ограничение на диапазон регулирования. Так, для системы с обратной связью по скорости, обладаю­щей наилучшей стабильностью при всех возможных воз­мущениях (изменение потока двигателя, нагрузки, тем­пературы обмоток, напряжения сети и т. п.) среди рассмо­тренных систем, наибольший диапазон регулирования составляет около 2000:1.