Файл: Глава 5.doc

В

Рис.5.5. Пояснения действия отрицательной обратной связи по скорости

замкнутой сис-теме регулирования процесс изменения скорости протекает иначе. После прило-жения нагрузки ско-рость начнет сни-жаться. При этом будет уменьшаться сигнал обратной связи по скоростик_с, в результате чего разность (х_зад-х_0сс) увеличится, а следовательно увеличится сигнал задания скорости _0зад (см. формулу 5.5). Увеличение сигнала задания произойдет до величины _об, и двигатель автоматически перейдет на механическую характеристику _об-б и после завершения переходного процесса будет работать в точке б. В результате установившаяся просадка скорости составит , определяемую отрезкомаб, существенно меньшим, чем это было бы в разомкнутой системе

. (5.10)

Если статический момент равен М_сг, то привод будет работать в точке г, если М_с=М_се, то привод будет работать в точке е.

Мы видим, что механическая характеристика замкнутой системы представляет собой совокупность точек _0зад-г-б-д-е, принадлежащих механическим характеристикам разомкнутой системы с различными значениями скорости холостого хода. Жесткость механической характеристики замкнутой системы (прямая 2) будет выше жесткости характеристик разомкнутой системы, как это следует из (5.8).

Как следует из структурной схемы (см.рис.5.4), передаточная функция электропривода по управлению будет:

. (5.11)

Передаточная функция по возмущению по нагрузке выражается формулой (5.6). Как следует из этих выражений, использование отрицательной обратной связи по скорости позволяет повысить быстродействие электропривода при изменении сигнала управления и при отработке возмущающего воздействия. Это следует из того, что электромеханическая постоянная времени Т_М, характеризующая инерционность механической части электропривода, уменьшается в (К+1) раз, т.е. .

Это очень важное свойство - повышение быстродействия привода - которое дает отрицательная обратная связь по скорости, сопряжено с существенным недостатком - возрастанием колебательности привода. Выше (см.§3.4) было показано, что, если, то переходные процессы в приводе носят экспоненциальный характер без колебаний. Если же, то переходный процесс носит колебательный характер с частотой и декрементом затухания, определяемыми формулами (3.13).

---

Обычно электромеханическая постоянная времени Т_М больше, чем 4Т_э, и в разомкнутой системе регулирования скорости колебания не наблюдаются. Введение отрицательной обратной связи по скорости уменьшает эквивалентную электромеханическую постоянную времени Т_Мэкв, причем, чем больше коэффициент обратной связи по скорости к_с, тем меньше Т_Мэкв. Поэтому в замкнутых системах при использовании отрицательной обратной связи по скорости Т_Мэкв становится меньше 4Т_э, и переходные процессы в системе приобретают колебательный характер.

Таким образом, введение отрицательной обратной связи по скорости повышает жесткость механических характеристик привода, уменьшает статическую ошибку, расширяет диапазон регулирования скорости, повышает быстродействие привода, но ведет к колебательности переходных процессов. Для снижения колебательности в систему регулирования вводят корректирующие динамические звенья. Способы формирования переходных процессов требуемого характера рассмотрены в разделе II.

---

5.2. Основные системы регулируемого электропривода

Развитие систем регулируемого электропривода исторически было связано с развитием преобразовательной техники. В настоящее время все системы регулируемого электропривода выполняются на основе силовых полупроводниковых преобразователей, построенных на управляемых полупроводниковых приборах. В таблице 5.1. приведены основные характеристики наиболее распространенных систем регулируемого электропривода. Более подробно указанные системы рассмотрены в последующих главах книги.

Таблица 5.1

Основные системы регулируемого электропривода

Тип регулируемого электропривода	Мощность, кВт	Ном. скорость, об/мин	Диапазон регулирования	Области использования
1. Частотно- регулируемый асинхронный электропривод (ПЧ-АД)
1.1. На базе низковольтных (380В) асинхронных к.з. двигателей общего применения и транзисторных преобразователей частоты	0,5-250	До 3000	20:1	Различные технологические машины и оборудование, насосы, вентиляторы и др.
1.2. На базе специальных асинхронных двигателей и транзисторных преобразователей частоты	1,0-100	До 12000	400:1	Электроприводы главного движения металлорежущих и др. станков
1.3. На базе интегрированных конструкций (электрошпиндели, электроверетена)	0,1-60	До 50000	400:1	Металлорежущие станки, текстильное оборудование и др.
1.4. На базе асинхронных к.з. двигателей напряжением до 1150В и транзисторных преобразователей частоты	400-3000	До 3000	20:1	Насосы, вентиляторы, различное технологическое оборудование
1.5. На базе асинхронных двигателей и тиристорных преобразователей частоты	250-8000	До 3000	20:1	Насосы, вентиляторы, различное технологическое оборудование
2. Вентильный двигатель (бесщеточная электрическая машина постоянного тока) – ВД
2.1. На базе синхронных двигателей с возбуждением от постоянных магнитов и транзисторных коммутаторов	0,1-50	До 3000	10000:1 и выше	Приводы подач металлорежущих станков, роботы и др. оборудование
2.2. На базе высоковольтных синхронных двигателей и тиристорных коммутаторов	400-10000	До 3000	10:1	Насосы, турбокомпрессоры, горное и металлургическое оборудование
3. Электроприводы постоянного тока с питанием от управляемого полупроводникового выпрямителя (ТП-Д)
3.1. На базе высокомоментных двигателей постоянного тока и тиристорных (или транзисторных широтно-импульсных) управляемых преобразователей	0,5-30	До 1500	10000:1	Электроприводы металлорежущих и других станков, различное высокоточное оборудование
3.2. На базе двигателей постоянного тока общего применения и тиристорных преобразователей	1,0-1000	До 1500	100:1	Различное технологическое оборудование, краны, подъемные машины
3.3. На базе двигателей постоянного тока индивидуального исполнения и тиристорных преобразователей	1000-10000	До 1000	100:1	Металлургическое, горное и другое технологическое оборудование
4. Асинхронный вентильный каскад (АВК) на базе асинхронных двигателей с фазным ротором и тиристорных преоб-разователей	250-2000	До 1500	2:1	Электроприводы насосов и вентиляторов

---

Указанные системы электропривода подробно рассмотрены впоследующих разделах книги.

---

Глава 6. Электроприводы с двигателями постоянного тока независимого возбуждения

6.1. Электромеханические свойства двигателей постоянного тока независимого возбуждения

Двигатели постоянного тока традиционно являлись основой регулируемого электропривода и широко применяются во всех областях техники. Только в последние годы началось интенсивное использование регулируемых электроприводов на базе двигателей переменного тока.

Двигатели постоянного тока могут иметь независимое, последовательное или смешанное возбуждение. В зависимости от схемы возбуждения существенно разнятся и электромеханические характеристики двигателей.

Двигатели независимого возбуждения могут иметь элект-ромагнитное возбуж-дение, (рис.6.1а) и возбуждение от пос-тоянных магнитов (рис.6.1б). Последнее применяется для высокодинамичных двига-телей мощностью до 20кВт.

Реверсирование (из-менение направления вращения) двигателей независимого возбуж-дения производится изменением полярности напряжения, подводимого к якорю двигателя или к обмотке его возбуждения.

Напряжение, подводимое к якорной цепи двигателя, в установившемся режиме уравновешивается падением напряжения на сопротивлениях цепи якоря и противоэдс якоря, которое наводится в обмотке якоря при его вращении в электромагнитном поле, создаваемом обмоткой возбуждения

. (6.1.)

R_я - сопротивление якорной цепи, складывающееся из сопротивления обмотки якоря R_оя, обмотки дополнительных полюсов R_дп, компенсационной обмотки R_ко (если она имеется) и внутреннего сопротивления источника питания двигателя R_п (если оно учитывается)

_.

Э.д.с. якоря Е_я равна

, (6.2)

Здесь Ф – поток возбуждения (Вб);

- конструктивная постоянная двигателя; где р_п – число пар полюсов машины; N – число активных проводников обмотки якоря; а – число параллельных ветвей обмотки якоря.

---