5.2. Основные показатели способов регулирования координат электропривода

Необходимость регулирования конкретных координат электропривода определяется технологическими требованиями. При этом выбор рационального способа регулирования из возможных является важной задачей, которая решается при проектировании электропривода. Для количественного определения предъявляемых к регулируемому электроприводу требований и для сопоставления между собой возможных способов регулирования используются обобщенные показатели регулирования. К их числу относятся точность, диапазон, плавность, динамические показатели качества и экономичность регулирования.

Точность регулирования переменной определяется возможными отклонениями ее от заданного значения под действием возмущающих факторов, например изменений нагрузки при регулировании скорости, изменений скорости при регулировании момента двигателя, колебаний напряжения сети и т. п. При регулировании в разомкнутой системе в качестве заданного может быть принято среднее значение координаты при известных пределах изменения всех возмущающих воздействий F_в, подлежащих учету в данном конкретном случае. При этом оценкой точности регулирования может служить отношение наибольшего отклоненияx_maxк среднему значению x_ср:

x_max*=x_max/x_cp=( x_max - x_min) ( x_max + x_min) (5.1)

где x_max и x_min– максимальное и минимальное значения переменной при данных значениях параметра или задающего сигнала и пределов изменения возмущенийF_в(рис. 5.1).

Таким образом, количественная оценка точности способа регулирования в относительных единицах зависит от среднего уровня регулируемой переменной и определяется конкретными пределами изменений возмущающих воздействии.

В зависимости от требований, предъявляемых к электроприводу, и особенностей регулируемой переменной оценка точности регулирования может относиться к статическим режимам работы либо охватывать и динамические процессы. В последнем случае в (5.1) следует подставлять значения x_max и x_minопределенные при расчете переходного процесса, вызванного изменением задания или возмущения.

Количественная оценка точности регулирования по (5.1) во многих случаях применима и при автоматическом регулировании координат. Однако если по условиям работы электропривода важна точность воспроизведения значений регулируемой координаты, задаваемых на входе системы автоматического регулирования, требования к точности определяются допустимой ошибкой регулирования х_доп, абсолютное значение которой при единичной обратной связи можно записать так:

х_зmax=x_з-х_max х_здоп (5.2)

где х_з, – задающий сигнал; х – текущие значения регулируемой переменной в статических и динамических режимах работы. При необходимости ошибку регулирования можно представить в относительных единицах, поделив (5.2) на х_з.

Диапазон регулирования характеризует пределы изменения средних значений переменной х_ср(либо ее значений, соответствующих конкретному уровню возмущающих воздействий), возможные при данном способе регулирования:

D=x_срmax/ x_срmin (5.3)

Возможные пределы регулирования переменной ограничиваются сверху максимально допустимыми или максимально реализуемыми значениями переменной, а снизу – требуемой точностью или минимально реализуемыми значениями переменной при данном способе регулирования. Сказанное поясняется характеристиками на рис. 5.2. На рисунке показано максимальное среднее значение регулируемой переменной x_срmax, достижимое с учетом всех ограничений при некотором способе регулирования. Предположим, что способ регулирования позволяет снижать среднее значение регулируемой переменной вплоть до нуля. Однако эту возможность нельзя использовать в связи с тем, что относительная ошибка регулированияx_max*, как это следует из рассмотрения рис. 5.2, по мере снижения х_срнепрерывно увеличивается. Показанное на рис. 5.2 значениеx_срminпринято минимально допустимым по условиям точности регулирования, так как ему при заданном значении допустимой относительной ошибкиx_доп*соответствует соотношение

x_max2*=x_max2/x_cpminx_доп*

Заданный диапазон регулирования и необходимая при этом точность регулирования отдельных координат являются важными исходными данными при проектировании конкретных электроприводов.

Рис. 5.1. К определению понятия Рис. 5.2. К определению понятия

точности регулирования диапазона регулирования

Плавность регулирования характеризует число дискретных значений регулируемого параметра, реализуемых при данном способе регулирования в диапазоне регулирования. Ее можно оценить коэффициентом плавности

Kпл=х_i/ (x_i-x_i-1)

где x_iи х_i-1– значения переменных на соседних ступенях регулирования.

Чем выше число реализуемых ступеней регулирования, тем выше плавность. Оценка плавности – чисто технический показатель, связанный с условиями управления регулируемой переменной. Если управление связано с переключениями в силовой цепи системы электропривода, возможное число ступеней регулирования ограничивается приемлемыми габаритами коммутирующего устройства. Чем меньше мощность цепи, в которой нужно осуществлять изменения параметра, тем выше возможная плавность.

При проектировании необходимая плавность регулирования координаты обычно указывается в качестве одного из технологических требований к электроприводу.

При рассмотрении переходных процессов в разомкнутых системах уже отмечалось, что динамические качества электропривода во многих случаях определяют производительность промышленной установки, износ механического оборудования, качество продукции и т. п. Соответственно важное значение имеют динамические показатели регулируемого электропривода: быстродействие, перерегулирование и колебательность.

Быстродействие определяет быстроту реакции электропривода на изменения воздействий. Главным показателем быстродействия, непосредственно влияющим на производительность ряда механизмов, является время пуска t_пи торможения t_тэлектропривода.

Рис. 5.3 Динамические показатели качества регулирования

При автоматическом регулировании координат быстродействие характеризуют показателями переходного процесса отра­ботки скачка задания. На рис.5.3 показан примерный вид такого процесса и указаны показатели быстродействия: время регулированияt_з, за которое переменная первый раз дости­гает установившегося значенияx_уст; время первого максимумаt_max”; общее время переходного процессаt_п,пза которое зату­хают все его свободные составляющие.

Перерегулированиепредставляет собой динамическую ошиб­ку и характеризуется максимальным отклонением от х_уст. при t_max. Как правило, перерегулирование выражают в относи­тельных единицах:

Δх_1max*= Δх_1max+x_уст,

или в процентах х_уст. Очевидно, этот динамический показа­тель должен учитываться при определении динамической точ­ности отработки электроприводом заданных значений коор­динаты.

Колебательностьэлектропривода является фактором, влия­ющим на точность, динамические нагрузки и качество техно­логического процесса. Ее общим показателем могут служить значения логарифмических декрементов, соответствующие ком­плексно-сопряженным корням характеристического уравнения системы. В гл. 4 наименьшее значение из соответствующих системе значений логарифмического декремента уже использо­валось для оценки колебательности электромеханических систем. Там же в качестве оценки колебательности был рас­смотрен коэффициент затухания.

Важным показателем регулируемого электропривода явля­ется его экономичность.Применение регулируемого электро­привода связано с определенными дополнительными перво­начальными затратами и эксплуатационными расходами, кото­рые должны окупаться повышением производительности и надежности работы установки, а также улучшением качества продукции. Экономическая эффективность регулируемого элек­тропривода в каждом конкретном случае должна определяться технико-экономическим расчетом, учитывающим вес указанные факторы. При сравнении различных способов регулирования ориентировочное суждение о капитальных затратах можно составить, оценивая массогабаритные показатели дополнитель­ного оборудования но его установленной мощности, а эксплу­атационные затраты на электроэнергию — КПД, характеризу­ющим потерн энергии, иcosαхарактеризующим реактив­ную мощность при регулировании.

Для регулируемых электроприводов с вентильными преобразователями, которые вносят искажения в форму потребля­емого из сети тока, важным энергетическим показателем слу­жит коэффициент мощности:

k_m=k_ncosφ₁,

где φ₁— сдвиг по фазе между первой гармоникой потребля­емого тока и напряжением сети;k_n — коэффициент искажений, характеризующий отношение эффективного значения первой гармоники тока к эффективному значению реальной кривой потребляемого тока, содержащей высшие гармонические.