Управление ЭП с помощью вибрационного ослабления поля.

Принцип тока нашел довольно широкое применение при управлении полем двигателя независимого возбуждения в режимах автоматического пуска, торможения и реверсирования.

На рисунке 6 представлен узел схемы пуска двигателя с использованием принципа тока при разгоне двигателя до заданной скорости, превосходящей номинальную.

В исходном положении обмотка возбуждения L(М) обтекается максимальным током, и двигатель имеет номинальный магнитный поток Фн. Нажатие на кнопку SВ2 (пуск) приводит к включению якоря двигателя с последовательным сопротивлением R1 на напряжение сети. Начинается пуск двигателя, и реле управления полем К2 закрывает свой замыкающийся контакт в цепи возбуждения двигателя. При определенной скорости вращения включается контактор ускорения КЗ, после чего двигатель работает в соответствии со своей естественной характеристикой. Когда ток якоря уменьшится до тока "отпадания" реле К2, открывает свой контакт и начинается процесс ослабления поля. Если при этом ток в якоре достигнет тока втягивания, то реле К2 закроет свой контакт и начнет возрастание магнитного потока при одновременном увеличении скорости двигателя, т.к. ток якоря превышает ток, вызываемый моментом сопротивления Мс в установившемся режиме. Реле К2 может срабатывать несколько раз, прежде чем двигатель достигнет скорости, заданной регулятором возбуждения R4. Кривые тока скорости, магнитного потока приведены на рисунке 6, в. Сложный характер кривой тока объясняется следующими обстоятельствами.

1 Непрерывным изменением электромагнитной постоянной времени обмотки возбуждения за время процесса ослабления поля, начиная с минимальных значений при ненасыщенной машине и до максимальных при насыщенной.

2 Изменениями значений этой постоянной времени после каждого срабатывания реле К2, снижением постоянной при введении в цепь обмотки сопротивления регулятора возбуждения и увеличением при его закорачивании.

3 Изменением собственного времени срабатывания реле К2 и др.

Для приближенного расчета скорости сделаем следующие допущения:

Пренебрегаем инерционностью К2, считая ток якоря постоянным (Iя=соnst;) и равным средней величине между максимальным и минимальным значениям. Используем уравнения равновесия,

(4.1)

(4.2)

Uн - напряжение питающей сети;

Ф, w - магнитный поток и скорость дви-гателя;

Rя - сопротивление якорной цепи;

Мс, J - статический момент и момент инерции привод

Исключив магнитный поток Ф из уравнений, получим:

где - среднее значение между током втягивания и отпускания К2;

с учетом этого обозначения запишем

где ωнач - скорость вращения машины в начале вибрационного ослабления поля.

Полученное выражение (4.6) позволяет при сделанных допущениях построить кривую скорости в процессе вибрационного ослабления поля. По кривой скорости, используя выражение (4.1), можно построить кривую потока машины, а затем, пользуясь кривой намагничивания Ф(Iв), - кривую тока возбуждения.

При торможении контактор К1 замыкает якорь на тормозное сопротивление R2. В начале торможения поле ослабляется до определенного значения, т.к. тот же контактор отключает ползунок регулятора возбуждения. Когда скорость значительно снизится, контактор КЗ своим размыкающим блок-контактом зашунтирует регулятор возбуждения, поле усилится, что приведет к увеличению тормозного момента. Второй размыкающий блок-контакт контактора КЗ (в цепи кнопки SВ2 "Пуск") запрещает пуск при незаконченном торможении с неполным потоком Ф.

Достоинства: 1) вибрационные устройства автоматически управляют полем машины в динамике (при пуске и торможении), используя принцип тока;

2) значительно упрощаются схемы управления возбуждением машины (по сравнению со схемами, построенными по принципу времени).

(11в) Типовая система управляемый преобразователь-двигатель с суммирующим усилителем.

Широкое применение в электроприводах постоянного тока получили статические и астатические системы непрерывного действия стабилизации скорости двигателя постоянного тока при изменении нагрузки на его валу, обеспечивающие регулирование скорости и ее стабилизацию с высокой точностью в статических и динамических режимах, функциональная схема подобной системы приведена на рисунке 4.1. Она содержит двигатель постоянного тока М, преобразователь U, промежуточный усилитель А, измерительный элемент АW (сумматор) и обратные связи. В качестве преобразователей в таких системах электропривода используются генераторы постоянного тока, электромашинные, магнитные и полупроводниковые (транзисторные и тиристорные) управляемые выпрямители.

Рисунок 4.1 – Функциональная схема системы УП-ДПТ.

Поддержание скорости вращения двигателем постоянного тока с обратной связью по напряжению

Первым узлом является узел с двигателем, управляемым при помощи преобразователя U с приблизительно постоянным выходным напряжением, которое питает якорь двигателя, имеющего постоянный магнитный поток (рис. 4.2.).

Рисунок 4.2 – Структурная схема системы «П-Д» с обратной связью по напряжению якоря.

Рисунок 4.3- Механические характеристики системы «П-Д»

В зависимости от значений Кн, Кп, преобразователь будет поддерживать напряжение двигателя с большей или меньшей точностью (здесь Кн – коэффициент передачи ОС по напряжению, Кп - коэффициент усиления преобразователя U по напряжению). Однако выходной переменной является скорость двигателя, которая даже при постоянном напряжении Uд изменяется с изменениями нагрузок на валу за счет падения напряжения на сопротивлении якоря двигателя Rд. Из уравнения скоростной характеристики двигателя:

; (4.1)

следует, что при Uд = const первое слагаемое неизменно, а второе зависит от тока нагрузки. Уравнение скоростной характеристики двигателя, входящего в рассматриваемый узел, получим из уравнений:

; (4.2)

; (4.3)

; (4.4)

; (4.5)

, (4.6)

Исключив переменные кроме Uз, ω и I получим искомое уравнение скоростной характеристики двигателя:

(4.7)

Это уравнение прямой линии, если Кп и Rп принять постоянными (характеристика 2 на рис.4.3; характеристика 1 относится к разомкнутой СУЭП). Первое слагаемое в выражении (4.7) можно рассматривать как скорость идеального холостого хода ω₀. Эта величина приблизительно постоянна даже в том случае, когда коэффициент Kп(U_Σ) изменяется существенно, но всегда остается высоким. Происходит это потому, что ω₀ зависит от коэффициента усиления замкнутой системы:

,который в статике приблизительно постоянен. Задающее напряжение Uз в замкнутой системе выше задающего напряжения в разомкнутой при одинаковых скоростях идеального холостого хода. Это объясняется тем, что коэффициент усиления Кз, стоящий в первом слагаемом (4.7) значительно меньше, чем Кп. Следовательно, для получения одной и той же скорости идеального холостого хода в замкнутой системе необходимо большее задающее напряжение. В реальных условиях Кп и Rп могут существенно изменяться, и тогда следует эти изменения учитывать при нахождении параметров.

Статизм для замкнутой системы получается из выражения (4.7) как уменьшение скорости, происходящее при увеличении тока от нуля до номинального:

.

(12в) Учет особенностей системы УВ-Д

В качестве промежуточных усилителей в электроприводах используются электромашинные, магнитные, транзисторные и интегральные усилители.

В системах электропривода применяются три основные жёсткие обратные связи: по скорости, напряжению и току двигателя, а также их различные комбинации.

Для усвоения работы системы в целом целесообразно рассмотреть систему с раздельными связями, а затем в комплексе.

Рассмотрим типовые узлы, которые применяются в управлении электроприводами, поддерживающие заданные переменные на требуемом уровне с высокой точностью.

Изображения узлов упрощены и представлены в форме удобной для изучения. Каждый входящий в узел элемент сохраняет свои принципиальные особенности, подлежащие учету при рассмотрении его действия.

Предполагается, что преобразователь усиливает входные сигналы и имеет коэффициент усиления (передачи) зависящий от входной или выходной переменной. В частных случаях этот коэффициент считается постоянным. Второй особенностью преобразователя считается то, что он имеет выходное сопротивление, на котором выходной ток создает падение напряжения (иногда поддающееся учету). В динамике преобразователь считается либо безинерционным, либо инерционным элементом, эквивалентным по действию апериодическому или колебательному звену. Постоянные времени преобразователя могут также зависеть от переменных, двигатель постоянного тока независимого возбуждения, в динамике при управлении изменениями напряжения якоря считается эквивалентным по действию колебательному динамическому звену. Тахогенераторы считаются безинерционными элементами с выходным напряжением, пропорциональным скорости. Источники задающих напряжений и напряжений сравнения принимаются имеющими бесконечно большие мощности и внутренние сопротивления, равные нулю. Упругие механические звенья считаются безинерционными и подчиняющимися закону Гука.

Особое внимание следует уделять обратным связям, т.к. изучая возможности каждой связи можно решать вопросы выбора типовых узлов - их схем и параметров. Для обеспечения точного поддержания переменных на заданном уровне необходимо рассмотреть типовые узлы систем управления электроприводами, позволяющие поддерживать постоянство напряжения, тока, скорости, вращающего момента и мощности двигателей; привести физические описания действия обратных связей и с их помощью точного поддержания заданных переменных.