5.2. Система регулирования угловой скорости асинхронного электропривода изменением напряжения питания

Принципиальная схема СУЭП приведена на рис.5.1

Электродвигатель М получает питание от трехфазной сети через тиристорный или транзисторный регулятор переменного напряжения ТРН с импульсно-фазовым управлением (см. тему 2).

Угловая скорость электродвигателя  контролируется тахогенератором BR, вырабатывающим напряжение U_BR=K_C , которое сравнивается с напряжением U_З задающего потенциометра ЗП, пропорциональным заданной угловой скорости  ₀.

Р ис. 5.1. Принципиальная схема сар угловой скорости асинхронного электродвигателя изменением напряжения питания

Сигнал ошибки U, пропорциональный отклонению  =  ₀ –  фактической угловой скорости от заданной, поступает на вход регулятора скорости РС, который через устройство импульсно-фазового управления УУ изменяет угол сдвига  моментов отпирания тиристоров ТРН по отношению к моментам перехода питающего напряжения через нуль.

При снижении угловой скорости с ростом нагрузки увеличивается сигнал ошибки U, что приводит к уменьшению угла регулирования  и росту напряжения на зажимах электродвигателя U_M. В результате происходит стабилизация скорости.

Без учета электромагнитных процессов в двигателе поведение такой СУЭП можно описать следующей системой уравнений.

Для напряжения питания электродвигателя U_M:

U_M=K_C(₀-) W_PC(p) W_П(р),

где W_PC(p) – ОФП регулятора напряжения (преобразователя) совместно с устройством управления УУ, или в статике

U_M=K₀(₀ – ),

где К₀=К_СК_РСК_П – общий коэффициент усиления датчика угловой скорости, регулятора и преобразователя.

Д ля электродвигателя (уравнение механической характеристики):

где _С – синхронная угловая скорость, с^-1;

М_К – критический (опрокидной) момент при номинальном напряжении питания;

S_К ‑ критическое скольжение,

_К – угловая скорость, соответствующая значению момента М=М_К.

Д ля скорости (из уравнения равновесия моментов на валу электродвигателя):

где J – приведенный к валу двигателя момент инерции движущихся масс привода;

М_С – момент сопротивления на валу двигателя.

На основании приведенных уравнений и функциональной схемы составляем структурную схему СУЭП (рис. 5.2).

Рис.5. 2. Структурная схема системы регулирования угловой скорости

Асинхронного электродвигателя изменением напряжения питания

Из полученной структурной схемы следует, что даже без учета электромагнитных переходных процессов в двигателе, рассматриваемая СУЭП существенно нелинейная, и исследование ее поведения возможно практически только с привлечением ЭВМ.

Совместное решение уравнений (2), (3) позволяет построить графики механических характеристик привода с отрицательной обратной связью по угловой скорости в статике. Примерный вид таких характеристик приведен на рис. 5.3.

Рис. 5.3 – механические характеристики электропривода:

1– естественная; 2, 3, 4 – искусственные при различных

Значениях задающего напряжения uз

Для сравнения на рис. 5.4 приведено семейство механических характеристик электродвигателя для различных значений напряжений питания U_M (без обратной связи по скорости).

Как следует из рис. 5.3, 5.4, применение отрицательной обратной связи по угловой скорости:

1. Расширяет диапазон регулирования угловой скорости с сохранением достаточной перегрузочной способности привода.

2. Обеспечивает стабилизацию угловой скорости при работе на промежуточных характеристиках, которые становятся жесткими (скорость мало зависит от нагрузки).

Рис. 5.4. Механические характеристики асинхронного

электродвигателя: 1 – естественная при U_M=U_НОМ;

2, 3, 4 – искусственные при различных значениях