3.3. Система электропривода с обратными связями по угловой скорости и по току с отсечкой, её свойства в статике

В такой системе используют глубокую отрицательную связь по току, которая вступает в действие только, когда ток электродвигателя превышает некоторое пороговое значение _0. При меньших токах, благодаря отрицательным обратным связям по напряжению и скорости, обеспечивается жёсткая электромеханическая характеристика со стабилизацией угловой скорости, а при повышенных нагрузках – мягкая характеристика с поддержанием примерного постоянства тока и момента. Такая характеристика применяется, например, в приводах экскаваторов, работающих на упор, и называется экскаваторной.

На рис. 3.2 приведена схема электропривода с жесткой отрицательной обратной связью по скорости и глубокой отрицательной обратной связью по току с отсечкой.

Рис. 3.2. СУЭП с отрицательными обратными связями

По угловой скорости и по току с отсечкой

Пока падение напряжения на резисторе R от протекания тока  не превышает опорного напряжения U_ОП, диод V заперт, сигнал обратной связи по току отсутствует, и, благодаря отрицательной обратной связи по угловой скорости, электропривод работает на жёстком участке электромеханической характеристики (участок 1 на рис. 3.3), уравнение которой получаем из (3.7) при

При IR > U_ОП, то есть при вступает в действие сильная отрицательная обратная связь по току. Электропривод переходит на мягкую характеристику ограничения тока (участок 2 на рис. 3.4), уравнение которой получаем из (3.7):

.

Требуемую величину коэффициента можно получить из последнего уравнения, подставив  = 0, i= i_МАХ:

.

Рис. 3.3. Электромеханическая характеристика привода

С отсечкой по току

3.4. Переходные и установившиеся режимы суэп с обратными связями по угловой скорости и току

В переходных режимах проявляются инерционности образующих систему элементов. Для электродвигателя они связаны с индуктивностью L_Я якорной цепи и моментом инерции J, приведенным к валу двигателя.

Преобразователь обычно рассматривают как апериодическое звено, инерционность которого учитывается электромагнитной постоянной времени Т_П. В быстродействующих тиристорных преобразователях этой инерционностью часто пренебрегают и рассматривают преобразователь как безынерционное звено.

Регулятор в статических САУ обычно является безынерционным звеном, а в астатических помимо пропорциональной содержит интегральную составляющую (ПИ-регулятор).

Задающий элемент и датчик угловой скорости (тахогенератор) можно считать безынерционными элементами.

С учетом сказанного запишем систему уравнений, описывающих процессы в рассматриваемом электроприводе.

Для ПИ регулятора:

; (3.9)

, (3.10)

где _с – коэффициент интегральной составляющей;

;

– единичная функция, равная нулю при и единице при .

Для преобразователя:

. (3.11)

Для электродвигателя:

; (3.12)

, (3.13)

Подставив (3.9) и (3.10) в (3.11), получим общее уравнение для регулятора и преобразователя:

. (3.14)

В уравнении (3.13) примем момент сопротивления М_С на валу электродвигателя постоянным и выразим его через величину тока I_C.: .

Запишем переменные в уравнениях (3.12...3.14) в относительных единицах, приняв за базовые значения для напряжения, тока и угловой скорости следующие величины:

U_Б= ; _Б=_H ; _Б=₀,

Обозначим, как это уже было сделано ранее, относительные значения переменных строчными буквами и разрешим уравнения (3.14), (3.12, 3.13) относительно u, i, . В результате получим:

(3.15)

; (3.16)

, (3.17)

где L_Э/R_Э=Т_Э – электромагнитная постоянная времени якорной цепи электродвигателя;

– электромеханическая постоянная времени привода.

Остальные обозначения (K, , _Н) были введены ранее.

По уравнениям (3.15...3.17) составляем структурную схему рассматриваемого электропривода, приведенную на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Структурная схема СУЭП с отсечкой по току

Преобразованием полученной структурной схемы по определённым правилам или же исключением промежуточных переменных u, i из (3.15... 3.17) получаем окончательное выражение (3.18) для управляемой величины :

Полученное выражение позволяет проводить анализ поведения рассматриваемой СУЭП как в динамике, так и в статике для различных вариантов использования обратных связей.

Полагая _с=0, получаем выражение для угловой скорости  в случае применения статического (пропорционального) регулятора:

(3.19)