Файл: 11_Глава 9.doc

где: - несущая частота ШИР-преобразователя. Эти преобразователи обладают высоким быстродействием, т.к. несущая частота обычно составляет несколько кГц.

Якорная цепь двигателя описывается апериодическим звеном с «большой» постоянной времени Т_я (см.8.16)

. (9.9)

Расчетная структурная схема контура тока представлена на рис.9.14.

Найдем передаточную функцию регулятора тока , который включается последовательно с объектом регулирования. Тип регулятора выбирается из условия, чтобы скомпенсировать «большую» постоянную времени в объекте регулирования, т.е.Т_я. Для этого в составе регулятора должно быть форсирующее звено , которое компенсирует запаздывание, обусловленное апериодическим звеном в объекте регулирования (см. 10.8).

Поясним, что ликвидировать постоянную времени в объекте регулирования нельзя, она вызвана физической природой объекта. Уменьшить вызванное ею запаздывание можно, приложив к цепи якоря большее форсировочное напряжение, которое затем регулятором будет снято.

Исходя из указанных соображений, передаточную функцию регулятора тока принимают в следующем виде:

, (9.10)

где: - постоянная времени интегрирования регулятора тока;

- коэффициент усиления регулятора тока.

Следовательно, регулятор тока представляет собой пропорционально-интегральное звено. Передаточная функция контура тока, оптимизированного в соответствии с (9.10) имеет вид:

Учитывая, что очень мало, это выражение можно упростить и считать, что оптимизированный контур тока имеет передаточную функцию

. (9.11)

При ступенчатом сигнале u_зТ установившаяся ошибка регулирования тока равна нулю.

Передаточной функции контура тока в виде (9.11) соответствует так называемая настройка на модульный оптимум. При стандартной настройке принимается равной. При такой настройке при подаче на вход контура единичного ступенчатого сигнала переходный процесс будет иметь следующие показатели: время нарастания до заданного значения, время переходного процесса, перерегулирование%.

Переходный процесс в контуре тока при настройки на модульный оптимум показан на рис.9.15.

Коэффициент обратной связи по току рассчитывается из соотношения

где: u_з_T_макс=8В - для серийных операционных усилителей с учетом возможных перерегулирований.

I_{макс
доп} - максимально допустимый ток якоря.

ПИ-регулятор тока обычно реализуется на операционных усилителях по схеме рис.9.16. Для этой схемы

, Т_ИТ=R_вхС_ос.

системе подчиненного регулирования заданием на контур тока является выходной сигнал регулятора скорости.

В контуре скорости объектом регулирования в соответствии со структурной схемой двигателя постоянного тока (см. рис.8.5) является механическая часть электропривода, представляющая собой интегрирующее звено с передаточной функцией (см.8.11)

и контур тока, имеющий передаточную функцию (9.11)

Расчетная структурная схема контура скорости приведена на рис.9.17.

При настройке контура скорости на модульный оптимум будем стремиться компенсировать «большую» постоянную времениТ_м, а «малая» постоянная времени остается нескомпенсированной.

Полагая некомпенсируемую постоянную времени контура скорости , получим передаточную функцию регулятора скорости, который должен иметь передаточную функцию

. (9.12)

Таким образом, для настройки контура скорости на МО следует применять П-регулятор с коэффициентом усиления К_рс. Значение а_мс при стандартной настройке принимают равным а_мс=2.

Передаточная функция контура скорости по задающему воздействию при настройке на модульный оптимум (МО) будет:

, (9.13)

Характер переходного процесса в контуре скорости при подаче на вход контура единичного сигналах=1 и к_с=1 идентичен показанному на рис.9.15: время нарастания до заданного значения , время переходного процесса, перерегулированиеσ=4,3%, число колебаний n_к=1.

Коэффициент обратной связи по скорости рассчитывается из соотношения

где: u_зсмакс=8 В – для серийных операционных усилителей с учетом возможных перерегулирований.

Передаточная функция контура скорости, по возмущению от момента сопротивления при настройке на МО имеет следующее выражение

, (9.14)

Из передаточной функции (9.14) следует, что контур скорости при настройке но МО имеет статизм при воздействии по нагрузке М_с, и установившееся отклонение скорости от ступенчатого воздействия момента сопротивления при р0 равно

. (9.15)

Соответственно модуль жесткости механической характеристики при настройке контура скорости на МО определяется соотношением

Уравнение механической характеристики системы регулирования скорости при настройке контура скорости на МО

. (9.16)

Статизм по моменту сопротивления при настройке системы регулирования скорости на МО вычисляется из соотношения

где: – заданная скорость электропривода.

Самый большой статизм система имеет на нижней характеристике диапазона регулирования. Поэтому с точки зрения возможного диапазона регулирования скорости система с настройкой на МО имеет сравнительно низкие показатели и соответственно ограниченное применение.

На рис.9.18 приведены графики переходных процессов компенсации возмущения от М_с.

Реализация схемы подчиненного регулирования показана на рис.9.19.

В этой схеме электропривод по системе ТП-Д имеет двухконтурную схему подчиненного регулирования с внутренним контуром тока, настроенным на модульный оптимум, и внешним контуром скорости, настроенным также на модульный оптимум. Двигатель постоянного тока независимого возбуждения питается от тиристорного преобразователя УП. Напряжение преобразователя регулируется посредством системы импульсно-фазового управления СИФУ. Управляющий сигнал u_у на СИФУ поступает с выхода регулятора тока. Обратная связь по току якоря реализуется с помощью датчика тока ДТ. Измерительным элементом для этого датчика является шунт R_ш, включенный в цепь якоря.

Контур тока подчинен контуру скорости. Задание на ток u_ЗТ поступает с выхода регулятора скорости РС. Ограничение этого задания (отсечка по току) реализуется с помощью стабилитронов V1 и V2, включенных параллельно регулятору скорости.

Задание на контур скорости u_зсподается на вход регулятора скорости. Обратная связь по скорости выполняется с помощью тахогенератора ТГ.

Пример 9.1. Электропривод по системе ТП-Д с двухконтурной системой подчиненного регулирования выполнен по структурной схеме 9.19. Контуры тока и скорости настроены на модульный оптимум. Требуется рассчитать величины настроечных резисторов R_ос, R_вх, R_осс, R_вхс и емкости С_ос.

Исходные данные. Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением имеет мощность Р_н=18 кВт. U_ян=440 В, I_ян=41,4 А, ω_н=104,5 1/с, С=4,16 В.с., R_яц=0,45 Ом, L_яц=0,01 Гн, J_Σ=0,9 кг.м², u_зс=0-8 В, Т_μ=0,0066 с, U_ТГ=48 В.