Файл: Объемное регулирование.pdf

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
ω
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.
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 k
2
=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 II_5_22
Замкнутые схемы управления электроприводов с двигателями
переменного тока
Вопросы
Замкнутая схема управления асинхронного электропривода, выполненного
по системе «тиристорный регулятор напряжения—асинхронный
двигатель» (ТРН—АД)
Замкнутый электрический привод с частотным управлением асинхронного
двигателя
Замкнутая схема импульсного регулирования скорости асинхронного
двигателя с помощью резистора в цепи ротора
По исторически сложившейся тенденции регулируемый ЭП строился главным образом с использованием ДПТ. В последние годы в связи с появлением разнообразных средств управления регулируемый ЭП переменного тока начал быстро вытеснять АЭП с ДПТ.
1. Замкнутая схема управления асинхронного электропривода,
выполненного по системе «тиристорный регулятор напряжения—
асинхронный двигатель» (ТРН—АД)
Рассмотрим схему регулирования скорости АД с фазным ротором с использованием обратной связи по его скорости (рис.1,а). Между сетью и статором АД включены три пары встречно-параллельно соединенных тиристоров VS1 — VS6, образующих силовую часть ТРН. Управляющие электроды тиристоров подсоединены к выходам системы импульсно- фазового управления (СИФУ), которая распределяет управляющие импульсы на все тиристоры и осуществляет их сдвиг в зависимости от сигнала управления U
y
. К валу АД подсоединен тахогенератор ТГ. Его ЭДС
Е
тг сравнивается с задающим напряжением U
з.с
, снимаемым с задающего потенциометра скорости ЗП, причем эти напряжения включены навстречу друг другу. Разность напряжений U
3.C
и Е
гг
, равная напряжению управления
U
у
=U
з.с
-E
тг
, (1) поступает на вход СИФУ.
При увеличении этого сигнала угол управления тиристорами уменьшается, а подаваемое на АД напряжение увеличивается и наоборот. В цепь ротора АД постоянно включен добавочный резистор R
2Д
, наличие которого позволяет расширить диапазон регулирования скорости и облегчить тепловой режим АД при его работе на пониженных скоростях.

Рассмотрим работу ЭП при изменении момента нагрузки М
с на валу АД и постоянном задании скорости сигналом U
3.С2
. Допустим также, что в исходном положении АД работал в точке 1 при моменте нагрузки M
С1
(рис.
1,б), а затем произошло его увеличение до значения М
С2
При увеличении нагрузки на валу АД его скорость начнет снижаться, соответственно начнет уменьшаться и ЭДС тахогенератора Е
ТГ
. Уменьшение
Е
тг вызывает согласно (1) увеличение напряжения управления, что приведет к уменьшению угла отпирания тиристоров и увеличению тем самым подаваемого на АД напряжения.
а)
Рисунок 1 - Схема (а) замкнутой системы ТРН—АД и механические характеристики
(б)
Момент АД будет увеличиваться и в точке 2 сравняется с М
С2
. Таким образом, увеличение момента нагрузки привело к небольшому снижению скорости АД, т. е., другими словами, его характеристики стали жесткими.
При уменьшении момента нагрузки М
с будет автоматически происходить снижение напряжения на АД и тем самым поддержание его скорости вращения на заданном уровне.
Изменяя с помощью потенциометра значение задающего напряжения
U
3.С
, можно получить ряд механических характеристик электропривода с относительно высокой жесткостью и необходимой перегрузочной способностью АД.

2. Замкнутый электрический привод с частотным управлением
асинхронного двигателя
Примером замкнутого ЭП переменного тока может служить серия ЭКТ и ее модернизация ЭКТ2. Эти ЭП обеспечивают регулирование скорости, тока и момента трехфазных АД с короткозамкнутым ротором за счет изменения частоты и величины подводимого к нему напряжения.
Упрощенная функциональная схема этого ЭП в однолинейном исполнении приведена на рисунке 2, а.
В качестве силового преобразователя в ЭП используется тиристорный преобразователь частоты со звеном постоянного тока, состоящий из управляемого выпрямителя (УВ) и инвертора напряжения (ИН) со своими схемами управления СУВ и СУИ. Между УВ и ИН включен силовой фильтр
Ф, обеспечивающий фильтрацию выходного напряжения и циркуляцию реактивной мощности в силовой части схемы
Схема управления ЭП построена по принципу подчиненного регулирования координат и имеет два контура — внутренний (тока) и внешний (напряжения). Регулирование этих координат осуществляется пропорционально-интегральными регуляторами тока РТ и напряжения РН, по сигналам датчиков тока ДТ и напряжения ДН. При частотах ниже номинальной схема управления поддерживает отношение напряжения к частоте постоянным, а при частотах выше номинальной напряжение остается неизменным, что обеспечивается усилителем — ограничителем УО.
Преобразователь частоты обеспечивает рабочие диапазоны изменения частоты (5... 80) Гц при номинальной частоте 50 Гц и (15...240) Гц при номинальной частоте 200 Гц. Диапазон регулирования напряжения составляет (0... 380) В. Серия ЭКТ2 выпускается на мощности от 16,5 до
263,5 кВт. КПД этих ЭП лежит в пределах (85...96)%.
Примерный вид механических характеристик ЭП при различных сигналах задания скорости приведены на рисунке 2, б.
ЭП этой серии могут обеспечивать торможение с рекуперацией энергии в сеть. В этом случае силовая часть ЭП дополняется ведомым сетью инвертором, а в обозначении ЭП появляется буква Р (ЭКТР и
ЭКТ2Р).

а) б)
Рисунок 2 - Схема (а) замкнутого ЭП с
частотным управлением АД и механические
характеристики (б)
3. Замкнутая схема импульсного регулирования скорости асинхронного
двигателя с помощью резистора в цепи ротора
В схеме ЭП (рис.3) с импульсным регулированием сопротивления в цепи выпрямленного тока ротора для получения жестких характеристик использована отрицательная обратная связь по скорости двигателя.
В роторную цепь АД включен неуправляемый трехфазный выпрямитель В, к выходу которого подключен резистор R
2Д
Параллельно резистору включен управляемый ключ К (коммутатор).
Управление ключом происходит от широтно-импульсного модулятора
ШИМ, на вход которого поступают сигналы задания U
3.C
и обратной связи
U
o.c по скорости.

Рисунок 3 – Замкнутая схема
импульсного регулирования скорости
АД с помощью резистора в цепи
ротора
При поступлении на вход
ШИМ сигнала ошибки
U
y
= U
З.С
– U
ОС
он начинает генерировать импульсы управления.
Эти импульсы с помощью схемы управления ключом
СУК распределяются по тиристорам ключа и вызывают периодическое включение и закорачивание резистора R
2
Принцип получения жестких характеристик ЭП состоит в следующем.
Допустим, что АД работает в установившемся режиме при каком-то заполнении ключа К, чему соответствует эквивалентное сопротивление цепи ротора.
Пусть по каким-то причинам произошло увеличение момента нагрузки
АД, в результате чего начнет снижаться его скорость. Тогда сигнал управления U
y начнет повышаться, что вызовет увеличение заполнения работы ключа К и уменьшение тем самым эквивалентного сопротивления в цепи ротора. Это, в свою очередь, приведет к увеличению тока в роторе и момента АД и прекращению снижения скорости, что соответствует жестким характеристикам ЭП. В схеме может быть достигнуто и регулирование
(ограничение) тока и момента, для чего она должна быть дополнена контуром ре гулирования тока.