Глава пятая

РЕГУЛИРОВАНИЕ КООРДИНАТ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

5.1. Общие сведения

На индивидуальный электропривод возлагаются две важнейшие взаимно связанные функции: электромеханическое преобразование энергии и управление технологическим процессом установки. При приведении в движение исполнительного механизма электропривод должен вырабатывать или потреблять механическую энергию в соответствии с выполняемой механизмом работой. При управлении технологическим процессом установки необходимо управлять потоком электрической энергии, потребляемой или вырабатываемой электроприводом, таким образом, чтобы механические переменные (момент двигателя, скорость и ускорение механизма, положение его рабочего органа, нагрузки механических связей и т. п.) либо поддерживались на требуемом уровне, либо изменялись по заданным законам с требуемой по условиям технологии точностью. Так как на изменения переменных электромеханической системы наложены ограничения, управление должно обеспечивать ограничение электрических и механических переменных их допустимыми значениями во всех режимах работы.

Таким образом, общая задача управления движением электропривода для выполнения технологического процесса установки определяет необходимость регулирования переменных электромеханической системы. Переменные электромеханической системы в пространстве состояний являются ее фазовыми координатами, поэтому здесь и в дальнейшем идет речь о регулировании координат электропривода.

Управление движением электропривода и технологическим процессом установки, как правило, требует регулирования нескольких координат, различных на разных этапах работы, формирования задающих воздействий, выполнения диктуемых технологией логических операций, осуществления ограничений управляющих воздействий и текущих координат системы и т. п. Рассмотрение способов и систем управления, а также методов их проектирования является задачей курса «Системы управления электроприводами». В данном курсе в качестве основы для такого рассмотрения изучаются общие принципы и закономерности, характерные для регулирования отдельных координат электропривода: момента (тока), скорости и положения.

По отношению к общей функции управления движением электропривода регулирование отдельных координат представляет со6ой частные задачи, которые решаются при проектировании систем управления электроприводами. Для создания систем управления, отвечающих всему комплексу предъявляемых требований, необходимо знать возможности электроприводов в отношении регулирования главных координат и уметь оценивать влияние регулирования каждой из них в отдельности на физические свойства электромеханических систем. Изложение этих основополагающих вопросов в обобщенном виде и входит в содержание курса «Теория электропривода».

Уже рассмотренные свойства механической части электропривода, электромеханических преобразователей и разомкнутой электромеханической системы в целом позволяют провести анализ возможностей регулирования перечисленных координат простейшими средствами –путем изменения параметров и воздействий в разомкнутых системах электропривода. Этот путь предусматривает формирование на разных этапах работы электропривода различных механических характеристик в разомкнутой системе, обеспечивающих при заданных нагрузках и режимах работы электропривода получение требуемых значений момента, тока, ускорения я скорости. Таким путем в разомкнутой системе удается регулировать и положение, обеспечивая точный останов электропривода в заданных точках пути. Данный способ регулирования координат электропривода называют регулированием в разомкнутой системе.

Благодаря простоте реализации регулирование координат в разомкнутых системах электропривода находит широкое практическое применение. Однако точность этого способа регулирования ограниченна, поэтому «во многих случаях такое регулирование не может обеспечить требуемые режимы работы и показатели. В связи с совершенствованием: технологии и автоматизацией рабочих процессов требования к точности и качеству регулирования непрерывно возрастают. Соответственно область применения разомкнутых систем регулируемого электропривода постепенно сужается, и они заменяются более совершенными системами регулируемого электропривода, замкнутыми различными обратными связями. Введением обратных связей обеспечивается автоматическое регулирование координат, которое неизмеримо расширяет возможности формирования требуемых точностных и динамических показателей электропривода.

Известны два способа автоматического регулирования переменных системы: регулирование по отклонению координаты от заданного значения с помощью отрицательной обратной связи по регулируемой переменной и регулирование по возмущению, предполагающее компенсацию влияния возмущения на регулируемую переменную с помощью положительной обратной связи по возмущению. В электроприводе основным является регулирование по отклонению, позволяющее обеспечивать требуемую точность регулирования при любых возмущениях и возможной нестабильности параметров системы. Однако этот способ автоматического регулирования во многих практических случаях успешно дополняется введением положительных обратных связей. Использование комбинированного регулирования при этом упрощает получение требуемых динамических свойств системы при заданной точности регулирования.

Реализация любого способа регулирования той или иной координаты всегда требует введения в электромеханическую систему дополнительных управляющих устройств – компонентов энергетической и информационной частей системы управления электроприводом СУ, показанной в структуре на рис. В.2. В простейших случаях, когда регулирование осуществляется в разомкнутой электромеханической системе, вводятся контакторы, реле, резисторы, реакторы и т. п., а также командоаппараты, задающие изменения параметров системы.

Для осуществления автоматического регулирования предусматриваются управляемые преобразователи и регуляторы, позволяющие автоматически под воздействием обратных связей изменять сопротивления, напряжения, токи, частоту и другие воздействия. Наиболее широко используются электромашинные и вентильные управляемые преобразователи напряжения постоянного тока и частоты переменного тока и соответствующие системы электропривода: система генератора – двигатель (Г – Д), система тиристорный или транзисторный преобразователь – двигатель (ТП – Д); система преобразователь частоты – асинхронный двигатель (ПЧ - АД).

Рассмотрению общих особенностей регулирования момента, скорости и положения электропривода в разомкнутых и замкнутых системах посвящены гл. 6 – 8. Целью данной главы является изложение общих вопросов регулирования координат электромеханической системы - показателей регулирования, особенностей систем Г – Д, ТП – Д, ПЧ – АД, обоснования обобщенной структуры системы управляемый преобразователь - двигатель (УП – Д), а также описания стандартных настроек контуров регулирования координат электропривода.

В изучении вопросов регулирования координат данная глава является вспомогательной, но имеет важное практическое значение. В результате изучения материалов этой главы необходимо получить представления о показателях, с помощью которых в электроприводе оцениваются различные способы регулирования координат или формулируются требования к регулируемому электроприводу. Нужно хорошо ориентироваться в общности используемых в электроприводе систем УП - Д и уметь видеть за обобщенной структурой системы УП - Д, широко используемой для анализа свойств регулируемого электропривода в последующих главах, особенности реальных систем Г–Д, ТП.–Д, ПЧ – АД. Наконец, необходимо освоить основы инженерной методики синтеза контуров регулирования координат и понять физические особенности применяемых стандартных настроек на технический (модульный) и симметричный оптимумы, которые широко используются в унифицированных блочных системах регулируемого электропривода (УБСР).