1.3. Формирование характеристик с помощью обратной связи по выходной координате

К характеристикам элементов АЭП предъявляются требования, соответствующие необходимым статическим и динамическим свойствам элемента. К таким свойствам применительно к важной группе элементов – управляемым преобразователям (УП) относятся необходимое значение и стабильность коэффициента усиления, ограничение на требуемом уровне выходной координаты, требуемый статизм внешней характеристики и т.п. Отмеченные свойства можно придать УП при использовании обратной связи по выходной координате в сочетании с дополнительным входным безинерционным усилителем с ограничением по выходу. Следует отметить, что речь идет о дополнительно вводимой обратной связи, а не о той функциональной связи, которая может быть выделена в составе элемента.

Структурная схема УП с дополнительными обратной связью и усилителем представлена на рис.1.9.

Рис.1.9. Структурная схема УП с входным усилителем и

обратной связью по напряжению

Так как практически выходной величиной УП является напряжение

(1.19)

то обратная связь по напряжению будет состоять из двух составляющих: связи по ЭДС и связи по току, т.е.

, (1.20)

где - постоянное сопротивление внутренней цепи преобразователя, Ом; - коэффициент обратной связи по напряжению.

Рассмотрим задачу стабилизации напряжения УП в заданном диапазоне тока нагрузки от до .

Степень стабилизации определяется статизмом внешней характеристики

, (1.21)

где – номинальные значения ЭДС, напряжения и тока нагрузки. Данную задачу решим с помощью отрицательной обратной связи по напряжению. Пусть известны коэффициент обратной связи К_он и исходные характеристики УП и усилителя в предположении, что и . Тогда можно построить результирующие характеристики для замкнутого контура УП и .

Решим обратную задачу: по заданному статизму внешней характеристики, номинальным значениям тока и напряжения и при известной характеристике управления УП определить параметры обратной связи и входного усилителя. Если задаться максимальным значением задающего напряжения , можно найти значения U_к, коэффициента усиления усилителя и коэффициента обратной связи

(1.22)

(1.23)

Задача построения характеристик для УП с обратной связью упрощается, если исходная характеристика управления линейна, т.е.

(1.24)

В этом случае получим

(1.25)

(1.26)

При большом коэффициенте усиления, когда

(1.27)

.

Таким образом, отрицательная обратная связь по напряжению поддерживает его постоянным при изменении тока нагрузки с точностью до значения статизма. Физически стабилизация напряжения объясняется тем, что при увеличении тока нагрузки снижение напряжения уменьшает отрицательный сигнал обратной связи, что приводит при неизменном задающем напряжении к росту ЭДС элемента:

U_вх = K_yu_y = K_y(u₃ – K_онE + K_онI_н). (1.28)

Чем больше коэффициент усиления, тем сильнее действует обратная связь и в большей мере возрастает ЭДС. Теоретически при напряжение не зависит от тока нагрузки и УП становится идеальным регулируемым источником напряжения с внешними линейными характеристиками. Действие обратной связи прекращается, когда усилитель входит в насыщение и ЭДС достигает максимального значения , которое остается неизменным при дальнейшем росте .

Рассмотрим влияние положительной обратной связи по напряжению на характеристики УП на примере схемы с промежуточным усилителем, приведенной на рис.1.9, в которой связь по ЭДС положительна, а по току отрицательна. Тогда

(1.29)

Если характеристика управления УП линейна, т.е. , то получим выражение для ЭДС:

. (1.30)

Принимая для обратной связи так называемое критическое значение коэффициента

(1.31)

(1.32)

Для такой настройки положительной связи ток нагрузки при изменении ЭДС остается постоянным. Внешние характеристики УП приобретают вид вертикальных прямых, смещаемых по оси абсцисс пропорционально задающему напряжению (рис.1.10).

Рис.1.10. Внешние характеристики УИТ

Преобразователь представляет собой идеальный регулируемый источник тока. Насыщение усилителя ограничивает внешние характеристики сверху значением . Тогда для токов нагрузки УП работает в режиме источника напряжения, а для в режиме источника тока.

2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ

2.1. Общие положения

В системах автоматизированного электропривода применяют двигатели постоянного и переменного тока.

Выпускаемые серийно двигатели постоянного тока имеют независимое, последовательное и смешанное возбуждение. Двигатели независимого возбуждения выполняются с электромагнитной полюсной системой и постоянными магнитами на полюсах. Двигатели последовательного и смешанного возбуждения имеют электромагнитную полюсную систему.

Асинхронные двигатели изготавливаются с короткозамкнутыми и фазными роторами.

Синхронные двигатели в основном находят применение в электроприводах с постоянной скоростью вращения.

В системах электроприводов, требующих регулирование скорости вращения, наиболее часто применяют электродвигатели постоянного тока независимого возбуждения, регулирование скорости которых осуществляется как по цепи якоря, так и по возбуждению. В последнее время много внимания уделяется разработке надежных систем регулирования с двигателями переменного тока (асинхронными и синхронными) с управляемыми преобразователями частоты.

Выходной (регулируемой) координатой двигателей в зависимости от функций, выполняемых электроприводом, могут быть скорость вращения, угол поворота вала, момент, мощность.