Принцип построения систем авто регулирования (САР) угловой скорости и момента Эл. Обратные связи в Эл.

Ранее было показано, что в разомкнутых системах регулирования вследствие значительного перепада угловой скорости при изменении нагрузки на валу двигателя не удается получить большого диапазона регулирования угловой скорости и обеспечить высокую точность регулирования.

Разомкнутые электроприводы, осуществляющие параметрические способы регулирования, просты по своему исполнению, дешевы и надежны.

Однако, есть существенные недостатки: низкая стабильность частоты вращения при различных возмущающих воздействиях и, как следствие, малый диапазон регулирования.

Для расширения диапазона регулирования и повышение точности используется замкнутые системы регулирования. Для этого вводят одну или несколько обратных связей ( ОС ).

В замкнутых системах с помощью ОС автоматически компенсируется воздействие возмущающих факторов и угловая скорость и момент могут с большей точностью поддерживаться на требуемом уровне.

За счет чего это происходит видно из рис.1, где приведена механическая характеристика разомкнутого привода, в котором двигатель запитывается от преобразователя ( например, тиристорного управляемого выпрямителя ).

Рис.1. Механическая характеристика разомкнутого привода при изменении напряжения на выходе преобразователя.

Предположим, что двигатель работает близко к т. А ( М_н=0 ) и угловую частоту близкую к w₀ - идеального холостого хода. При увеличении нагрузки М_ст=М₁ двигатель будет работать в т. В.

Для поддержания угловой скорости на прежнем уровне надо скомпенсировать падение скорости Dw₁. Для этого необходимо увеличить напряжение преобразователя с U₁ до U₂.

Можно рассматривать этот пример и дальше, увеличивая напряжение на двигателе до U_ном .

Т.о. для получения характеристики с высокой жесткостью ( I ) и расширения диапазона регулирования необходимо автоматически, с ростом нагрузки, повышать напряжение на выходе преобразователя. Для этого и вводятся обратные связи ( ОС ).

ОС делятся на жесткие и гибкие.

Жесткие действуют в установившемся и переходном режимах, гибкие - только в переходном. Различают положительную ОС и отрицательную ОС.

При увеличении регулируемой величины положительная обратная связь еще больше её увеличивает, а отрицательная, наоборот, уменьшает.

ОС могут передавать сигналы пропорциональные значению или производной ( иногда интегралу ) от значения напряжения, тока ( или момента ), скорости, угла поворота. В этом случае они называются жесткими или гибкими, положительными или отрицательными ОС по напряжению, току, скорости, углу.

Для осуществления автоматического регулирования необходимо измерить сигнал ОС, сравнить с сигналом задания и результат, в виде напряжения, направить к регулируемому объекту ( двигателю ).

Обычно, для создания необходимой мощности управляющего сигнала, необходим усилитель.

Т.о. измерительное устройство, усилитель, регулирующее устройство входят в состав регулятора, осуществляющего процесс регулирования. Т.е. САР состоит из регулируемого объекта и регулятора, реагирующего на изменение регулируемой величины.

51. Система авто регулирования (САР)угловой скорости дпт с жесткой отрицательной обратной связью по напряжению.

Структурна схема системы автоматического регулирования ( САР ) угловой скорости с жесткой ОС по напряжению на якоре двигателя имеет вид ( рис.2, а) ):

а) б)

Рис.2. Структурная схема САР угловой скорости с жесткой ОС по напряжению а) и характеристики двигателя б)

Система уравнений в установившемся режиме всех элементов имеет вид:

U_вх = U_З-aU_Д ; Е_П = k_уk_пU_вх ;

U_Д = Е_п-JR_g ; U_Д = E_Д+ JR_Д ; ( 1 )

E_Д = сw ; М = сJ ;

где k_у=U_у / U_вх ; k_п=E_п / E_у - соответственно коэффициенты усиления усилителя ( У ) и преобразователя ( П ); E_п , Е_Д - соответственно ЭДС преобразователя и двигателя; R_п , R_Д - сопротивления преобразователя и двигателя; a=U_oc / U_Д - коэффициент усиления обратной связи по напряжения.

После преобразования получим уравнение механической характеристики в замкнутой системе:

, ( 2 );

или

, ( 3 );

где k_c=k_ck_g .

Если k_п и k_у - const , то ( 3 ) - уравнение прямой. Правый член уравнения ( 3 ) определяет угловую скорость идеального холостого хода, пропорциональную задающему напряжению U₃ ( характеристики 3, 3^’ рис.2, б) ).

Анализ ( 3 ) показывает, что при k_c=k_ck_g ® ¥ жесткость мешанической характеристики в рассматриваемой системе не превосходит жесткости естественной характеристики двигателя ( характеристика 1 рис.2, б) ), подключенного к сети с напряжением U_Д=сw₀ .

Следовательно, в такой системе наибольший диапазон регулирования будет обуславливаться падением напряжения в якорной цепи двигателя. Статизм в замкнутой системе регулирования при нагрузке равной М_ном , определяется отношением перепада угловой скорости из ( 3 ) к текущему значению идеального холостого хода.

; ;

, ( 4 )

где R_Я=R_П+R_Д .

Относительное снижение скорости под нагрузкой - статизм.

, т.к. ;

.

Уравнение механической характеристики двигателя :

, где - модуль жесткости.

, учитывая

, получим

- для разомкнутой системы.

Из анализа ( 4 ) следует:

1) При конечном значении коэффициента усиления 0<k_c<¥ статизм будет возрастать по мере снижения задающего напряжения;

2) Минимальный перепад скорости ( при k_c®¥ ) обусловлен внутренним сопротивлением цепи якоря двигателя, т.е. предельная жесткость характеристики определяется жесткостью естественной характеристики. Относительная жесткость падает по мере снижения задающего напряжения. Потому такая система автоматического регулирования не может обеспечить большой диапазон регулирования и не обладает высокой точностью поддержания скорости.

На рис.2, б) показаны: естественная механическая характеристика 1 двигателя, к которой стремится характеристика замкнутой системы регулирования при k_c®¥. Характеристика 2 - разомкнутой системы с учетом общего сопротивления якорной цепи двигателя и преобразователя; характеристика 3 и 3^’ - характеристики замкнутой системы при конечном значении коэффициента усиления системы.

В данной системе обратная связь компенсирует падение напряжения на внутреннем сопротивлении преобразователя сети, т.е. стабилизирует выходное напряжение преобразователя.