Работа однофазной мостовой схемы выпрямления 3 страница

Замкнутая система П—Д с отрицательной обратной связью по скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Основу структурной схемы составляет разомкнутая схема П — Д. На валу ДПТ находится датчик скорости — тахогенератор (ТГ) (рис. 1), выходное напряжение которого пропорциональное скорости ДПТ и является сигналом обратной связи. Коэффициент пропорциональности носит название коэффициента обратной связи по скорости и может регулироваться за счет изменения тока возбуждения ТГ.

Сигнал обратной связи U_тг=??=U_о.с сравнивается с задающим сигналом скорости U_з.с, и их разность в виде сигнала рассогласования (ошибки)

U_вх=U_з.с-??

подается на вход дополнительного усилителя У, который с коэффициентом k_у усиливает сигнал рассогласования U_вх и подает его в виде сигнала управления U_у на вход преобразователя П.

Рисунок 2 – Механические характеристики ДПТ в замкнутой системе регулирования с отрицательной обратной связью (ООС) по скорости
Жесткость получаемых характеристик в замкнутой системе больше жесткости характеристик в разомкнутой системе (рисунок 2). Сами характеристики, представляют собой прямые параллельные линии 2, 4, 5, расположение которых определяется уровнем задающего сигнала по скорости и соответственно скоростью холостого хода?₀. Здесь же для сравнения приведена характеристика ДПТ в разомкнутой (прямая 3) системе.

В замкнутой системе может быть получена абсолютно жесткая характеристика, которая изображена на рисунке 2 в виде штриховой линии 1.

Рассмотрим физическую сторону процесса регулирования скорости в данной системе. Предположим, что ДПТ работает под нагрузкой в установившемся режиме и по каким-то причинам увеличился момент нагрузки М_с. Так как развиваемый ДПТ момент стал меньше момента нагрузки, его скорость начнет снижаться и соответственно будет снижаться сигнал обратной связи по скорости. Это, в свою очередь, вызовет увеличение сигналов рассогласования U_вх и управления U_y и приведет к повышению ЭДС преобразователя, а следовательно, напряжения и скорости ДПТ.

При уменьшении момента нагрузки обратная связь действует в другом направлении, приводя к снижению ЭДС преобразователя. Таким образом, благодаря наличию обратной связи осуществляется автоматическое регулирование ЭДС преобразователя и тем самым подводимого к ДПТ напряжения, за счет чего получаются более жесткие характеристики ЭП. В разомкнутой системе при изменении момента нагрузки ЭДС преобразователя не изменяется, в результате чего жесткость характеристик электропривода оказывается меньше.

Для получения жестких характеристик в системе П — Д кроме обратной связи по скорости используются также отрицательная обратная связь по напряжению и положительная обратная связь по току двигателя и их сочетания.
2 Регулирование (ограничение) тока и момента двигателя постоянного тока с помощью нелинейной отрицательной обратной связи по току
В качестве датчика тока (рис. 3) в этой системе может быть использован шунт с сопротивлением R_ш, падение напряжения на котором пропорционально току якоря. В результате сигнал обратной связи по току

U_о.т=bI,

где b — коэффициент обратной связи по току.

Отметим, что в качестве резистора R_Ш часто используется обмотка дополнительных полюсов и компенсационная обмотка двигателя.

Рисунок 3 - Схема замкнутой системы П—Д с нелинейной отрицательной обратной связью по току
Сигнал обратной связи U_о.т поступает на узел токоограничения УТО, называемый также узлом токовой отсечки, вместе с сигналом задания тока U_з.т . Этот сигнал определяет уровень тока отсечки I_отс, с которого начинается регулирование (ограничение) тока.

Работа УТО в соответствии с его характеристикой U_о.т.=f(I) происходит следующим образом (рис. 4).

Рисунок 4 – Механические характеристики замкнутой системы

П—Д с нелинейной отрицательной обратной связью по току
При токе в якоре, меньшем заданного тока отсечки, сигнал обратной связи на выходе УТО равен нулю. Другими словами, ЭП в диапазоне тока 0...I_отс является разомкнутым и имеет характеристики, изображенные на рисунке 4, в зоне 1.

При токе, больше тока отсечки на выходе УТО появляется сигнал отрицательной обратной связи U_о.т=bI ЭП становится замкнутым и начинает работать в зоне 2. Для пояснения вида характеристик ЭП в этой зоне запишем выражение для сигнала рассогласования

U_вх=U_з.с-bI.

Из выражения видно, что при увеличении тока I сигнал U_вх уменьшается, что вызовет уменьшение сигнала U_y и Е_п. Это приведет к уменьшению напряжения на двигателе U и соответствующему снижению тока в якоре двигателя. Характеристики двигателя становятся крутопадающими (мягкими), что и отражает эффект регулирования (ограничения) тока и соответственно момента. При увеличении коэффициента усиления системы характеристики в зоне 2 все ближе приближаются к вертикальным линиям. Уровень ограничения тока определяется задающим сигналом (уставкой) U_з.т.

1. 
   Замкнутая схема электрического привода с двигателями постоянного тока с обратными связями по скорости и току

Для получения жестких характеристик ЭП, необходимых для регулирования скорости, и мягких характеристик, требуемых для ограничения тока и момента, т. е. при регулировании двух (или более) координат, применяются различные сочетания обратных связей. В схеме ЭП с нелинейными обратными связями по скорости и току (рис. 5) для обеспечения нелинейности цепей обратных связей использованы рассмотренный ранее узел УТО и узел ограничения скорости УСО, характеристики которых показаны внутри соответствующих условных изображений. Приведенная схема соответствует структуре с общим усилителем и нелинейными обратными связями.

Рисунок 5 - Схема и характеристики замкнутой системы П — Д с обратными связями по скорости и току

В зоне 1 в диапазоне токов 0...I_отс действует только обратная связь по скорости, обеспечивая жесткие характеристики ЭП. В зоне 2 вступает в действие обратная связь по току и характеристики становятся мягче. При дальнейшем увеличении тока и уменьшении скорости ниже скорости отсечки?_отс перестает действовать обратная связь по скорости и за счет действия связи по току характеристики становятся еще мягче (зона 3), обеспечивая требуемое ограничение тока и момента.

После формирования требуемых статических характеристик в замкнутом ЭП, построенном по схеме с общим усилителем, может оказаться, что его динамические характеристики неприемлемы — движение в переходных процессах оказывается или неустойчивым, или оно характеризуется перерегулированием и колебаниями, или значительным временем протекания. В этих случаях требуется осуществление коррекции АЭП.

Сущность коррекции динамических характеристик АЭП заключается в том, что в его схему включаются дополнительные (корректирующие) устройства, позволяющие нужным образом изменять эти характеристики. Определение схемы (структуры), параметров и места включения корректирующих устройств или, как говорят, их синтез, производится по заданным критериям качества переходных процессов методами, разработанными в теории автоматического регулирования в ЭП.

1. 
   Замкнутые электропривода с подчиненным регулированием координат

Эффективное и качественное регулирование координат в системе П — Д обеспечивает принцип подчиненного регулирования. Этот принцип предусматривает регулирование каждой координаты с помощью своего отдельного регулятора и соответствующей обратной связи. Тем самым, регулирование каждой координаты происходит в своем замкнутом контуре и требуемые характеристики ЭП в статике и динамике могут быть получены за счет выбора схемы и параметров регулятора этой координаты и цепи ее обратной связи.

Управление внутренним контуром с помощью выходного сигнала внешнего контура определяет еще одно ценное свойство таких схем. Оно заключается в возможности простыми средствами ограничивать любую регулируемую координату, например ток и момент, на заданном уровне. Для этого требуется всего лишь ограничить задающий сигнал, поступающий с внешнего контура.

Рассмотрим ЭП (рис. 6) с подчиненным регулированием, выходной регулируемой координатой которого является скорость. Управляющая часть схемы состоит из двух замкнутых контуров регулирования тока (момента), содержащий регулятор тока РТ и датчик тока ДТ, и регулирования скорости, содержащий регулятор скорости PC и датчик скорости (тахогенератор) ТГ.

Регуляторы тока и скорости в большинстве современных схем ЭП этого типа выполняются на базе операционных усилителей (ОУ). Включение в цепи задающего сигнала скорости U_з.с регулятора скорости и его обратной связи (резисторов R1 и R_о.с1) обеспечивает изменение (усиление или ослабление) этого сигнала с коэффициентом k_l = R_о.с1/R1. Аналогично, изменение сигнала обратной связи по скорости U_о.с происходит с коэффициентом k₂=R_о.с1/R2. Такой регулятор получил название пропорционального (П) регулятора скорости.

При включении в цепи ОУ конденсаторов (реактивных электрических элементов) его функциональные возможности по преобразованию электрических сигналов становятся шире.

Рисунок 6 - Схема ЭП с подчиненным регулированием координат
Так, схема регулятора тока с включением в цепь обратной связи конденсатора С_о.с последовательно с резистором R_о.с2 позволяет получить сигнал на выходе РТ в виде суммы двух составляющих (пропорциональную и интегральную). В этом случае имеем пропорционально-интегральный (П-И) регулятор.

Как уже отмечалось, схема подчиненного регулирования координат позволяет простыми средствами ограничивать координаты ЭП на заданном уровне. В схеме для ограничения тока и момента в цепь обратной связи PC включены стабилитроны VDI и VD2. В результате этого выходное напряжение PC, являющееся задающим сигналом (уставкой) тока U_з.т, ограничивается и тем самым ток и момент двигателя не могут превзойти заданного уровня.

Отметим, что в силу своих больших функциональных возможностей, схемы с подчиненным регулированием координат нашли очень широкое распространение в регулируемом ЭП постоянного тока.
ЛЕКЦИЯ 12

Дата добавления: 2015-04-29