ГЭУ как системы подчиненного управления

Многоконтурную систему неизменного тока, в конечном счете, можно представить в виде двухконтурной системы, в которой первый контур является регулятором тока, а второй контур - регулятором мощности.

В системе неизменного тока регулирование осуществляется по отклонению тока в цепи генератор-двигатель (главной цепи) и по отклонению скорости вращения электродвигателя. Эти системы регулирования связаны только через противо-э.д.с. электродвигателя в момент его вращения, т.е. через объект регулирования.

Первая система регулирования поддерживает постоянство тока в главной цепи по принципу его отклонения. Вторая система изменяет магнитный поток электродвигателя и является регулятором мощности. Внешняя взаимосвязь между регуляторами отсутствует. Скорость вращения электродвигателя не поддерживается неизменной, а ее отклонение служит косвенным измерением возмущения по нагрузке. Отклонение скорости вращения электродвигателя вызывает изменение его магнитного потока, пропорциональное увеличению нагрузки на гребном винте или в технологическом механизме, второй регулятор действует по возмущению. Таким образом, система регулирования гребной установки является комбинированной.

Во время движения в свободной воде, при отсутствии возмущения по нагрузке (нет волнения), скорость вращения гребного электродвигателя и его магнитный поток остаются постоянными. В этом случае действует только регулятор тока. То же самое происходит при движении в ледовых условиях. Магнитный поток электродвигателя максимальный, скорость вращения ГЭД не превышает значения, установленного регулятором мощности, поэтому действует также только регулятор тока. Регулятор мощности действует при переменных нагрузках.

Следовательно, в указанных режимах система регулирования тока должна действовать независимо от регулятора мощности и быть устойчивой. Это позволяет, в первом приближении, рассматривать регулятор тока независимо от регулятора мощности.

Постоянство тока должно сохраняться и в режиме заклинивания гребных винтов, когда в контуре главного тока отсутствует противо-э.д.с. гребного электродвигателя. Это еще в большей степени упрощает задачу и позволяет исследовать систему регулирования тока без учета противо - э.д.с. ГЭД и регулятора мощности.

Переходный процесс в регуляторе мощности происходит значительно медленнее, чем переходный процесс в регуляторе тока. Это объясняется более медленным изменением скорости вращения ГЭД по сравнению с частотой изменения тока при одном и том же возмущении. Э.д.с. электродвигателя изменяется прямо пропорционально его скорости вращения, а ток определяется разностью между напряжением генератора и э.д.с. электродвигателя. Эта разность мала, вследствие чего малое отклонение скорости приводит к большому изменению тока главной цепи.

Регулятор тока имеет больший коэффициент усиления, чем регулятор мощности, вследствие чего создается большое форсирование (или дефорсирование) возбуждения генератора по сравнению с гребным электродвигателем. Все это приводит к более быстрому установлению тока главной цепи.

В теории автоматического регулирования считается, что если переходный процесс в одной из взаимосвязанных систем имеет меньшее время, то устойчивость таких систем может рассматриваться независимо. Примером могут служить все турбо- и дизель-генераторы, у которых регуляторы скорости вращения и регуляторы напряжения проектируются и изготавливаются независимо друг от друга. Это позволяет рассматривать регулятор мощности независимо от регулятора тока, принимая ток главной цепи постоянным.

Разделение систем является первым и существенным упро­щением. Это позволяет проектировать регулятор тока и регуля тор мощности для систем неизменного тока отдельно, независимо друг от друга.

В действительности же системы влияют друг на друга и изменяют качество переходных процессов. Если каждая из систем в отдельности устойчива и имеет большой запас устойчивости, то их взаимное влияние сказывается только на качестве переходного процесса. При этом разница во времени действия не отражается на первом перерегулировании, а только на времени переходного процесса.

Системы неизменного тока можно отнести к автоматическим системам с подчиненным регулированием параметров (системы "трансидин").Впервые такие системы были разработаны фирмой "Сименс" и исследовались применительно к вентильному электроприводу.

В системах с подчиненным регулированием параметров на входе регулятора каждого из контуров сравниваются сигналы, пропорциональные заданному и действительному значениям регулируемого в данном контуре параметра, а выходное напряже­ние регулятора служит задающим сигналом для регулятора по­следующего контура.

Поддержание постоянства тока главной цепи в системе неизменного тока имеет большое значение. Точность системы в установившемся режиме из условия нагрева электрических машин теоретически должна составлять 0,97÷0,98 (погрешность 0,02÷0,03).

Решением проблемы может служить синтез регулятора тока, т. е. предлагается система регулирования тока с астатической активной последовательной коррекцией. Введение астатического регулятора тока позволяет сохранить высокую точность в системе неизменного тока при снижении коэффициента усиления.

При исследовании синтезированной гребной установки неизменного тока некоторое снижение быстродействия не ухудшает работу системы. Время переходного процесса находится в пределах, удовлетворяющих требованиям по качеству регулирования, и составляет десятые доли секунды.

При этом величина перерегулирования тока главной цепи в переходном процессе не должна превышать определенного заранее выбранного значения, устанавливаемого в соответствии с типовой оптимальной настройкой.