Система «преобразователь-двигатель с отрицательными обратными связями по скорости и току с отсечками»

Функциональная схема рассматриваемой системы электропривода приведена на рис. 6.15.

Здесь двигатель М управляется по цепи обмотки якоря от отдельного преобразователя U. На валу двигателя находится датчик скорости — тахогснсратор BR, который формирует сигнал отрицательной обратной связи , пропорциональный скорости вращения двигателя. Сигнал, пропорциональный току двигателя, вырабатывается датчиком тока ДТ. Опорное напряжение создается стабилитроном VD1.

На первом участке электромеханической характеристики, т. е. при , электропривод работает в режиме стабилизации угловой скорости двигателя с отрицательной обратной связью по скорости.

Рис. 6.15. Функциональная схема электропривода с отрицательными обратными связями по скорости и току с отсечками.

Напряжение управления преобразователем в соответствии с функциональной схемой рис. 5.16 определяется выражением.

(6.23).

где - коэффициент усиления регулятора скорости; - коэффициент передачи сумматора; - напряжение отрицательной обратной связи по скорости;

(6.24).

где - коэффициент обратной связи по скорости, В с/рад; - коэффициент передачи датчика скорости, В • с/рад; - коэффициент согласования, о. е.

Подставляя из (6.23) в уравнение (6.5) электромеханической характеристики разомкнутой системы и принимая, что , получим после преобразований уравнение электромеханической характеристики системы с отрицательной обратной связью по скорости.

(6.25).

Структурная схема электропривода, соответствующая статическому режиму работы на участке стабилизации скорости, приведена на рис. 6.16.

Рис. 6.16. Структурная схема электропривода, соответствующая статическому режиму работы на участке стабилизации скорости.

На втором участке электромеханической характеристики () вступает в действие токовая отсечка и напряжение управления преобразователя равно.

(6.26).

где - напряжение обратной связи по току; коэффициент обратной связи по току, Ом; - коэффициент передачи датчика тока, Ом; - коэффициент согласования, о. е.

Структурная схема электропривода, соответствующая статическому режиму работы на участке действия токовой отсечки и отрицательной обратной связи по скорости, приведена на рис. 6.17.

Совместное решение выражений (6.5) и (6.26) позволяет получить уравнение электромеханической характеристики, где действуют обе обратные связи:

Рис. 6.17. Структурная схема электропривода на участке действия токовой отсечки и стабилизации скорости.

Анализ выражений (6.25) и (6.27) показывает, что при действии токовой отсечки наклон характеристики (6.27) к оси абсцисс возрастает в раз вследствие увеличения коэффициента при аргументе I. На втором участке электромеханической характеристики отрицательная обратная связь по току и отрицательная обратная связь по скорости, осуществляющая стабилизацию скорости, противодействуют друг другу. Обратная связь по току, стабилизируя ток, снижает скорость двигателя, а связь по скорости старается ее повысить. Поэтому для эффективной стабилизации тока отрицательную обратную связь по скорости отключают путем введения узлов отсечки, ограничивающих разность сигналов на определенном уровне. В схеме, представленной на рис. 6.15, такую отсечку выполняет стабилитрон VD2, который в большинстве электроприводов используется и для защиты входных цепей регулятора скорости от перенапряжений. При возрастании разности до напряжения пробоя стабилитрона VD2, определяемого его типом, дальнейший рост напряжения на входе регулятора прекращается.

При больших коэффициентах усиления регулятора отрицательная обратная связь по скорости отключается при входе в режим насыщения операционного усилителя регулятора скорости. На выходе регулятора скорости устанавливается максимальный сигнал . В этом случае напряжение управления преобразователем.

(6.28).

Таким образом, на третьем участке статической характеристики при и действует только одна отрицательная обратная связь по току, а электромеханическая характеристика системы «преобразователь — двигатель» определяется выражением.

(6.29).

Структурная схема электропривода для режима стабилизации тока приведена на рис. 6.18.

Отметим, что разность при любом достигает напряжения UVD2 при одном и том же изменении угловой скорости , которое определяется выражением.

(6.30).

Рис. 6.18. Структурная схема, соответствующая статическому режиму работы электропривода — стабилизации тока.

Коэффициент передачи обратной связи по току в этом случае можно найти из выражения (6.29), полагая, что при угловая скорость , а опорное напряжение определяется зависимостью (6.15). Тогда.

(6.31).

Электромеханические характеристики для различных приведены на рис. 6.19. При постоянных коэффициентах передачи элементов системы ТП-Д три участка электромеханических характеристик взаимно параллельны и нс пересекаются.

Рассмотренные электроприводы с токовой отсечкой (задержанной отрицательной обратной связью, но току) дают лишь общее представление о способах стабилизации тока и скорости. В настоящее время токовая отсечка применяется в ограниченном типе электроприводов, в основном в электроприводах экскаваторов.

Рис. 6.19. Электромеханические характеристики электропривода с отрицательными обратными связями по скорости и току с отсечками.

Двухконтурные электроприводы постоянного тока, разрабатываемые в 70-х годах двадцатого века, применяемые и в настоящее время, строились исключительно по принципу подчиненного регулирования.