Файл: Андрющенко, В. А. Автоматизированный электропривод систем управления учеб. пособие.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 23.10.2024

Просмотров: 68

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

значения до нуля, а затем нарастает в обратном направлении до заданного значения, процесс форсировки прекращается.

Для защиты системы электропривода от снижения нагрузки предназначено реле напряжения PU, а для защиты электродвига­ теля от перегрузки — реле максимального тока РМ. Срабатывание одного из указанных реле приводит к отключению системы управ­ ления от своего источника питания.

§ 1 1 . Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д С Э М У С П О П Е Р Е Ч Н Ы М П О Л Е М

В маломощных системах автоматического управления в качестве основного генератора находят весьма широкое применение электро­ машинные усилители с поперечным полем (рис. 12).

Рис. 12

ЭМУ с поперечным полем представляет собой двухмашинный агрегат, состоящий из приводного электродвигателя и специаль­ ного генератора. В отличие от обычного генератора ЭМУ попереч­ ного поля имеет две пары щеток, оси которых сдвинуты на 90°. Поперечные щетки qq замкнуты накоротко. На статоре ЭМУ рас­ полагают 2—4 управляющие обмотки УО (первичного возбуждения) и компенсационную регулируемую обмотку КО (для компенсации реакции якоря генератора).

Регулирование скорости вращения исполнительного электро­ двигателя по величине и направлению осуществляется с помощью потенциометра управления R1. Для изменения степени компенса­ ции компенсационная обмотка зашунтирована изменяемым сопро­ тивлением Rm.

ЭМУ с поперечным полем — это двухкаскадный усилитель мощности, выполненный в одной машине постоянного тока. Входом первого каскада является обмотка управления ОУ, выходом — короткозамкнутые щетки qq. Входом второго каскада служат щетки qq, а выходом этого каскада — щетки dd, которые являются си­ ловыми. Объединение в одной машине двух каскадов усиления дает возможность получить высокие коэффициенты усиления по мощности порядка 2000 -;- 10 000.

30

Внешняя характеристика ЭМУ с поперечным полем, являю­ щаяся зависимостью напряжения ud на выходе ЭМУ от величины тока нагрузки I d (рис. 13), аналитически может быть выражена как

 

Ud = Ky-I»—Id{rd

+ kK),

 

(3.16)

где Ку

— коэффициент

усиления;

 

 

 

 

 

/ в

— ток возбуждения;

 

 

 

 

 

rd

— внутреннее сопротивление

якоря

ЭМУ

по продольной

kK

оси;

 

 

 

 

 

 

 

— коэффициент

компенсации.

 

 

 

 

На рис. 13 представлены внешние характеристики ЭМУ при

различной степени компенсации: при

kK >• О ЭМУ

работает с не-

докомпенсацией; при

kK

= О — с

полной

компенсацией

реакции

якоря;

при kK •< О ЭМУ

работает

с

перекомпенсацией.

Чтобы не

терялась статическая устойчивость, машину делают недокомпенсированной по напряжению на 5 10%. Степень компенсации ЭМУ определяется по наклону внешней характеристики и уравнению

(3.16),

из

которого

 

 

 

 

 

 

к к = = Е ( І 0 - I d r d - u d ^

 

 

 

( З Л 7 )

 

 

Id

 

 

 

 

где Ed0

=

KyIB — э. д. с. на продольных

щетках

dd

при

холо­

стом ходе.

чтобы rd

+

kK =

 

Если

перекомпенсацию выбрать так,

0, то

напряжение на зажимах ЭМУ не будет зависеть от нагрузки. В этом случае скорость вращения электродвигателя также не будет зави­ сеть от статического момента нагрузки.

Механические характеристики системы при этих условиях будут параллельны оси моментов (рис. 14). При больших значениях тока в обмотке управления и при больших нагрузках характеристики несколько искривляются вследствие насыщения магнитной системы ЭМУ. Однако это не влечет уменьшения диапазона регулирования скорости вращения электродвигателя, поскольку его ограничивают малые скорости, при которых насыщение отсутствует.

В маломощных системах автоматического управления

ЭМУ

с поперечным полем нашли преимущественное применение по

срав­

нению с ЭМУ независимого возбуждения вследствие лучших каче­ ственных показателей: меньшей инерционности и большего коэффи­ циента усиления. В табл. 3 приведены основные технические дан­ ные некоторых типов ЭМУ с поперечным полем малой мощности.

ЭМУ с поперечным полем, в первом приближении, можно пред­ ставить состоящим из двух инерционных звеньев. Инерционными звеньями являются обмотка возбуждения ЭМУ с постоянной вре­ мени Тв и цепь короткозамкнутых щеток qq (см. рис. 12) с постоян­ ной времени Tq. Тогда передаточную функцию ЭМУ с поперечным

31


полем можно записать в виде

(3.18)

(1 + 7 » (1 H- 7 »

где

т

т

1 в>

J q

коэффициент усиления по напряжению; постоянные времени обмоток, определяе­ мые по справочным данным или опытным путем,

Т = ~в -

и Т

=—q--

L„; L q и rn ; rq—"индуктивные

и омические сопротивления

обмотки возбуждения и якоря ЭМУ по по­

перечной

оси.

 

О)

ІУ2

 

 

 

 

 

 

 

Ми

 

•M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.

 

 

 

Рис. 14

 

 

На практике постоянную времени обмотки управления Тв

 

оп­

ределяют по характеристике / в

= f (/), когда

 

на вход обмотки

при­

кладывается

мгновенно сигнал

управления

«в , а постоянную

вре­

мени цепи короткозамкнутых щеток Tq — по

характеристике

I q

- ^ / (і),

когда на вход разомкнутой обмотки

подается

единичный

импульс

напряжения.

 

 

 

 

 

 

 

Для улучшения характеристик электропривода с ЭМУ в систему

вводятся обратные связи: жесткая отрицательная обратная

связь

по напряжению и положительная обратная связь по току (рис.

15).

Введение

отрицательной обратной связи

 

приводит

к тому,

что

на обмотку управления подается разность напряжений,

снимаемых

с потенциометра управления Rx

и потенциометра обратной связи

R%,

т. е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в. э

 

 

 

 

 

где а -

~

коэффициент,

определяющий

положение

движка

по­

 

 

тенциометра

управления;

 

 

 

 

 

а — напряжение на потенциометре управления Rx;

32


г

Тип

Р, кет

УДМ-ЗОА 0,036

УДМ-150

. 0,12

ЭМУ-ЗА 0,2

ЭМУ-0,ЗП 0,3

ЭМУ-ЗП 0,3

ЭМУ-0,5А 0,5

ЭМУ-5А 0,5

ЭМУ-5П 0,7

Т а б л и ц а 3

Данные обмоток управления

Приводной

V

"я- в

 

количе­

 

 

 

ство

 

 

 

обмоток

0,6

6 0 ± 3

 

2

2,0

6 0 ± 1 0 %

 

2

1,75

ПО

 

2

60

 

 

 

 

5,0

60

I

9

2,7

ПО

 

z

5,0

60

J

2

2,7

ПО

1

8,3

60

 

2

4,5

п о

 

 

 

8,3

60

 

2/3

4,5

п о

 

 

 

11,7

60

 

2

5,4

п о

 

 

 

вm

°' 4

!0,35

0,13

0,3

0,2

0,25

0,15

0,25

0,2

0,25

0,2

0,25

/,

ма

каждой

род питания тока

 

 

обмотки

 

\

12 J

2600 1

Постоянный

 

12

1270

Постоянный

 

10

1000

Трехфазный

 

10

1300

Постоянный

 

15

 

 

 

 

8

1300

Постоянный

 

9

 

 

 

 

9,5

1600

Трехфазный

12,5

 

 

8,5

Трехфазный

10

 

8,5

Постоянный

10

 

двигатель

 

и, в

п, об/мин

2 7 ± 1 0 %

8000

± 8 0 0

 

27+10%

7000

± 1 0 %

 

127

2850

220

 

24

5000

ПО

 

24

5000

ПО

 

 

127

 

220/380

 

127/220

2850

220/380

 

ПО

5000


•коэффициент отрицательной обратной связи по на­

я .

пряжению;

эквивалентное сопротивление цепи управляющей обмотки, которое определяется выражением

:/-B + a t f i ( l - a ) + ß f l 2 ( l - ß ) -

(3.20)

Стабилизирующее действие отрицательной обратной связи вы­ текает из выражения для тока в управляющей обмотке (3.19). При увеличении напряжения ud ток возбуждения за счет отрицательной обратной связи (ß) уменьшается, и, наоборот, при уменьшении ud ток возбуждения увеличивается. Так как ток / в мал, то достаточно небольшого изменения напряжения, чтобы произошло значительное

 

изменение тока возбуждения.

 

 

Введя положительную обратную

 

связь по току в

цепи

якорей —

ЭМУ

с помощью сопротивления R3

— по­

лучим

следующее

уравнение для

 

 

тока в управляющей обмотке:

 

 

L

= au — ßud

 

IdR3

(3.21)

 

где R3 — сопротивление

положи-

 

тельной

обратной

связи.

 

 

Рис. 15

 

Положительная

обратная

связь

 

по току обеспечивает более жест­

кую механическую

характеристику

электропривода.

 

 

При увеличении нагрузки электродвигателя уменьшается его

скорость вращения,

увеличиваются

ток якоря и падение

напряже­

ния на сопротивлении R3 (IdR3). Поскольку это напряжение скла­ дывается с управляющим напряжением, увеличиваются ток в об­ мотке управления ЭМУ [формула (3.21)] и напряжение на выходе ЭМУ, в результате компенсируется падение скорости вращения электродвигателя.

Следует иметь в виду, что при значительном коэффициенте по­ ложительной обратной связи работа электропривода может быть неустойчивой.

Скорость

вращения электродвигателя

при совместной работе

с ЭМУ с поперечным полем определяется

аналогично выведенной

формуле

(3.9)

выражением

 

 

 

 

СО _

uà !d (Гя, г + гя. д)

(3.22)

 

 

 

СеФд

 

 

 

 

Решая совместно уравнения (3.16), (3.20), (3.21) и (3.22) отно­

сительно

со, окончательно

получим

 

 

 

1

Гц. Э {Г<1 + kK)

 

 

Се Ф„

 

 

34


 

• Г я - д - Т - Я з ) —

KvR

я

(3.23)

 

у",

 

•/•в. э + Р/Су

или, принимая во внимание формулу (3.11),

 

 

со —-

1

H. Э +

ßtfy

 

 

+ (''я. г +

гя. д + R3)

ß * >

 

(3.24)

 

'в. 9 +

 

'«I

 

 

 

 

по току (при R3 0), последняя применяется редко. К тому же обратная связь по току усложняет стабилизацию работы электро­ привода. Выражения (3.23) и (3.24) показывают, что скорость вра­ щения электродвигателя зависит от отклонения ползунка управ­ ляющего потенциометра а, т. е. м — / (а). Зависимость эта близка к линейной, так как в реальных схемах с изменением а гв э меняется мало и называется регулировочной характеристикой электропри­ вода (рис. 16). Около значения а = 0 имеется зона нечувствитель­ ности, величина которой зависит от момента нагрузки на валу элек­ тродвигателя.

Из выражения (3.24) можно определить величину отклонения

 

ползунка потенциометра управления, при которой начинается вра­

щение электродвигателя, если вначале ю =

0 и Л ! =

М н о м :

 

 

« тр = [Гв. э (rd + К) + (гп. э + PK у) (г, г

+ гя. д )]

М«™

. (3.25)

-

 

 

 

ЬмФдАуМ

 

 

Практически компенсация

выбирается

так, что

rd+kK^'0,

 

тогда а т р

определяется в основном вторым

слагаемым. При номи­

 

нальной

нагрузке (М н о м ) а т р

= 0,05.

 

 

 

 

Выражения (3.23) и (3.24) показывают, что скорость вращения электродвигателя зависит не только от величины ос, но и от момента

3*

35