| Шпаргалка на экзамен по электроприводу | |
| Автор: drug | Категория: Технические науки / Электроэнергетика | Просмотров: | Комментирии: 0 | 04-01-2013 18:37 |
1.Краткий обзор развития теории и практики электропривода. Структурная схема АЭП
АЭП – это электромеханическая система, состоящая из двигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройства для приведения в движение исполнительным органом рабочей машины (ИО РМ).
МЧ – механическая часть привода для передачи механической энергии от электродвигательного устройства исполнительному органу, и для изменения вида и скорости движения, усилия (момент вращения); РМ – рабочий механизм; ПУ – передаточное устройство; ЭД – электродвигательное устройство; ЭМП – электромеханический преобразователь; РД – ротор двигателя, на которую воздействует момент при соответствующей угловой скорости; СУ – система управления; П – силовой преобразователь; У – управляющее воздействие; ЗУ – задающее устройство; ДОСЭ(М) – датчики обратной связи электрический (механический).
Рис 1 - Структурная схема АЭП
Преобразователь П питает двигатель и создает на него управляющее воздействие, преобразует род тока, напряжение и частоту f1, либо меняет иные показатели качества электроэнергии к двигателю. Устройство У, управляющее преобразователем П получает командные сигналы от ЗУ, а информацию о текущем состоянии ЭП от ДОСЭ, с помощью которых I, U, P, M положении ИО преобразуются в пропорциональные. Этим параметрам электрические сигналы и подаются в управляющее устройство. Текущее состояние ЭП и технического процесса сравнивается с заданным и при рассогласовании вырабатывается управляющий сигнал воздействующий через преобразователь П на ЭП в исправлении устранения возникшего рассогласования с требуемой точностью и быстродействием.
2.Классификация АСУ ЭП, обеспечение требуемых режимов работы (скорость, положение, ток, ЭДС, момент)
АУ ЭП сводится к выполнению системами управления ЭП заданного ИО РМ режима работы без непосредственного участия оператора и представляет собой АЭП с управляемым преобразовательным устройством, обеспечивающим ИО РМ переходных и установившихся режимах в соответствии с заданным алгоритмом управления.
Классификация АСУ: 1). Релейные осуществляют управление процессами пуска, реверса и торможения двигателей – и ~ I при питании их от сети с неизменным напряжением; 2). Регулируемые осуществляют стабилизацию скорости и момента с заданной точностью в установившихся и переходных режимах при действии возмущающих воздействий; 3). Следящие представляют собой замкнутую динамическую СУ отрабатывающую произвольный закон движения с допустимой погрешностью; 4). Программно-регулируемые обеспечивают управление индивидуального или группового ЭП по заданной программе; 5). Адаптивные (самонастраивающиеся) – управление с учетом заранее неизвестных параметров ЭП при изменении внешних возмущающих воздействий.
Для обеспечения требуемых режимов работы машин, механизмов и самого ЭП некоторые переменные, характеризующие их работу, должны регулироваться. Такими переменными, часто называемыми координатами, является скорость, ускорение, положение ИО, токи, моменты и т. д.
3.Регулирование скорости. Требования с АСУ и показатели регулирования
Регулирование скорости требуется во многих РМ. С помощью ЭП обеспечивается регулирование и стабилизация скорости ИО с произвольно изменяющимся задающим сигналом или по заранее заданной программе. Скорость двигателя и ИО при его вращательном или поступательном движении связаны между собой соотношениями: ωио = ω/i или Vио = ω /ρ , где I – передаточное число; ρ – радиус приведения механической передачи при постоянной скорости двигателя. Этот способ регулирования получил название механического – коробки передач (ступенчатое регулирование), вариаторы, электромашинные муфты. Применение его ограничено из-за сложности автоматизации малого набора передач, невысокой экономичности и надёжности.
Электрическое регулирование скорости ИО – воздействие на двигатель при неизменных параметрах механической передачи.
Широкое применение из-за больших регулировочных возможностей, простоты, удобства использования в общей схеме автоматизации и экономичность.
1 – Естественная характеристика ω(М);
2 – искусственная характеристика с введением в цепь якоря Rg;
3 – искусственная характеристика с изменением напряжения на якоре
Обе искусственные характеристики обеспечивают при моменте нагрузки (Мс) снижение скорости до требуемого уровня ωн. Увеличение скорости ДПТ НВ выше номинального может быть получено за счёт уменьшения его магнитного потока.
Для количественной оценки и сопоставления различных способов регулирования скорости используют следующие показатели:
1 – диапазон регулирования скорости: Д = ωmax / ωmin;
2 – стабильность скорости характеризуется изменением скорости при колебаниях нагрузки на валу двигателя. Определяется жесткостью его механической характеристики. Чем больше жесткость, тем стабильнее скорость;
3 – плавность регулирования скорости определяется перепадом скорости при переходе с одной искусственной характеристики на другую;
4 – направление регулирования скорости. В зависимости от способа воздействия на двигатель и вид полученных искусственных характеристик скорость может увеличиваться и уменьшаться по сравнению с работой естественной характеристики. В первом случае регулирование идет вверх от основной, во втором вниз.
5 – допустимая нагрузка двигателя – расчеты электродвигателя выполняются таким образом, чтобы, работая на естественной характеристике с номинальными: моментом, мощностью, током и так далее, он не нагревается выше температуры, на которую рассчитана изоляция. При этом нагрев определяется также и условиями охлаждения двигателя. При регулировании скорости двигателя уже работает на искусственных характеристиках, т.е. отличных от паспортных и для сохранения его нормативного нагрева, и тем самым, расчетного срока службы нагрузки двигателя должна быть только такой, при которой в нем протекает ток не выше номинального. Именно такая нагрузка называется допустимой. Все способы регулирования по этому признаку делятся на две группы, для одной из которых характерна нагрузка равная номинальному моменту, а для другой номинальной мощности двигателя.
6 – экономичность регулирования – сопоставление вариантом регулирование ЭП производится по капитальным затратам, эксплуатационным расходам, сроком окупаемости.
4.Регулирование момента и тока электромеханическая характеристика при регулировании тока и момента ДПТ НВ
При формировании заданного графика движения часто бывает необходимо обеспечить требуемое ускорение или замедление. При этом возникает инерционная сила или инерционный момент, которые двигатель должен преодолевать находясь в переходном режиме.
Уравнение равновесия сил при постоянном движении:
F-Fc = m(со штрихом)•dV/dt; Где F – движущая сила;Fc – сила сопротивления; m(со штрихом)•dV/dt – инерционная сила.
Уравнение равновесия моментов для вращающегося движения:
M-Mc=J• dω/dt; Где М – крутящий момент;Mc – момент сопротивления; J• dω/dt – инерционный динамический момент.
Номинальный электромагнитный момент:
M=K•Ф•I;Где Ф – магнитный поток; I – ток якоря;К –конструктивная особенность;
К= , где P-число пар полюсов; N-число активных проводников ОЯ;
a-число пар параллельных ветвей ОЯ.
Регулирование тока и момента требуется для обеспечения нормальной работы самих двигателей. Так при пуске ДПТ для обеспечения нормальной работы коллекторно-щеточного узла ток должен быть ограничен 3Iном.. Необходимость ограничения тока возникает при пуске мощных ЭД постоянного и переменного тока т.к это ведет к недопустимому снижению напряжения в сети.
Для анализа возможностей регулирования тока используется эл.мех. характеристика двигателя (скоростная) ω=f(I). Для ДПТ с НВ при постоянном магнитном потоке скоростная характеристика повторяет механическую. Регулирование момента производится на ток двигателя изменением подводимого U или включением в его цепи Rдобав.. Это осуществляется только в динамическом (переходном) режиме ЭП.
Резистор включенный в цепь двигателя на период пуска обеспечивает работу на участке (1), а затем схемой управления выводится (шунтируется) на (2).
Регулирование тока и момента производится ступенчато и характеризуется не высокой точностью. Для повышение точности используется несколько ступеней, но при этом размах изменения тока и момента сужаются. Этот параметрический способ характеризуется простотой реализации, но не достаточно точный.
Типовая характеристика регулирования I и M в замкнутой системе за счет соответствующего воздействия:
За счет соответствующего воздействия на двигатель с помощью преобразователя формируется близкий к вертикали участок характеристики (3). Точность регулирования тока и момента таких ЭП является высокой (ток в пределе(участок 3) может быть получен в виде вертикальной линии).
5. Регулирование положения системы стабилизации скорости и момента
Регулирование положения.
Для обеспечения выполнения ряда технологических процессов требуется перемещение НОРМ и механизма в заданную точку плоскости и их фиксированной заданной точностью (роботы, манипуляторы, подъемно-транспортный механизм, клапаны, задвижки, механизмы подачи станков).
Перемещение исполнительного органа из одной точки плоскости в другую называется позиционирование. Обеспечивается регулированием положения вала двигателя, когда не требуются высокие точность и качество движения, позиционирование обеспечивается путевыми или конечными выключателями.
Для обеспечения высокой точности позиционирования формируется оптимальный или близкий к нему график движения (третий график движения).
Такой токовый график движения состоит из 3-х участков: разгона, движения с установившейся скоростью и торможением. И предусматривает формирование графиков 1, 2 и соответственно двигателя и по скорости
3-2/1 оптимального позиционирования.
Отметим, что при небольших перемещениях участок установившегося движения может отсутствовать. Такое позиционирование реализуется, как правило, в замкнутой системе преобразователь – двигатель.
Система управления регулируемая ЭП обеспечивает стабилизацию скорости двигателя с заданной точностью. Выполняются в виде замкнутых систем с питанием электрического двигателя от управляемых преобразователей напряжения и частоты и получил название УП – такие системы обеспечивают стабилизацию скорости как основной координаты ЭП с очень высокой точностью (от 0,1% до 0,001%).
Стабилизация моментов используется для ограничения тока двигателя в динамических и статических системах.
В системах стабилизации скорости и момента подразделяются по роду тока и току двигателя и преобразователя. На системных ЭП постоянного J по принципу действия на непрерывные (аналоговые) и дискретные (цифровые).
По принципу регулирования на статические и астатические.
По структуре на системы с суммирующим усилителем и с постепенным регулированием координат. В качестве управляемых преобразователей для ЭП используют вентильные преобразователи с транзисторами и тиристорами.
Наибольшее распространение у тиристорных ЭП, включающие тиристорные реверсивные преобразователи двигателей.
Тиристорные преобразователи широко применяются во всех отраслях промышленности для питания якорей и обмотки возбуждения двигателей и генератора постоянного тока и для питания двигателя постоянного тока.
6.Механика ЭП. Приведение моментов сопротивления, сил сопротивления, моментов инерции, масс.
Обычно двигатель приводит в действие производственный механизм через систему передач, отдельные элементы которой движутся с различными скоростями. Часто в РМ один из элементов совершает вращательное движение, другие поступательные. Механическая часть ЭП представляют собой сложную кинематическую цепь с большим числом движущихся элементов, каждая из которых обладает упругостью, то есть деформируется под нагрузкой, а в соединениях элементов имеются воздушные зазоры. В большинстве практических случаев в инженерных расчетах, не требующих большой точности и для механических звеньев, обладающих небольшими зазорами и незначительной упругостью (большой жесткостью) можно пренебречь зазорами и упругостью приняв механические связи абсолютно жесткими. При этом допущении движение одного элемента дает полную информацию о движении всех остальных и поэтому движение ЭП можно рассматривать на каком-либо одном механическом элементе. Обычно принимают вал двигателя.
Расчетную схему механической части ЭП можно свести к одному обобщенному жесткому механическому звену, имеющему эквивалентную массу с моментом инерции J, на которую воздействует электронно-магнитный момент двигателя М и суммарный приведенный к валу двигателя момент сопротивления МС, включающий все механические потери в системе, в том числе и в двигателе.
Момент сопротивления механизма МСМ состоит из полезной работы и работы трения. Моменты трения всегда направлены против движущегося момента двигателя. Моменты сопротивления механизма (МСМ) делятся на две категории: реактивные и активные (потенциальные) моменты.
В реактивный включаются момент сопротивления от сжатия ? момента трения, то есть препятствующие движению ЭП и изменяющие свой знак при изменении направления вращения. В активные – моменты от силы тяжести, растяжения, скручивания и сжатия упругих тел, то есть связаны с изменением потенциальной энергии отдельных элементов привода. Потенциальные моменты могут тормозить движение или наоборот способствовать этому движению, при этом активный момент сохраняет свой знак при изменении направления вращения привода (пример: подъемный механизм).
Приведение момента в сопротивление от одной оси вращения к другой выполняются на основании энергетического баланса системы.
WД, WM – угловая скорость двигателя и механизма
П – потери мощности промежуточных передач
При наличии нескольких передач in от двигателя к механизму момент сопротивления МС определяется:
Приведение сил сопротивления:
Приведение момента инерции к одной оси вращения основана на том, что суммарный запас кинетической инерции движущихся частей привода отнесенных к одной оси остается неизменным. При наличии вращающихся частей с моментами инерции , , , …, и условными скоростями , , , …, можно заменить их динамическое действие действием одного момента инерции, приведенного, например, к скорости вала двигателя.
- момент инерции ротора двигателя
Откуда результирующий или суммарный момент инерции приведенный к валу двигателя:
Иногда в каталогах для двигателей указывается маховый момент: - маховый момент
Д – диаметр инерции - сила тяжести
Приведение масс
Движущихся поступательно осуществляется также на основании равенства запасов, кинетической энергии:
Если механизм имеет вращающиеся и поступательно движущиеся элементы, то суммарный момент инерции:
7.Механические характеристики производственных механизмов (ПМ) и электродвигателей в установившихся режимах. Классификация
Зависимость между приведенной к валу двигателя скоростью и моментом сопротивления механизма ω = f (Mc) называется механической характеристикой производного механизм.
Различные рабочие механизмы обладают различными механическими характеристиками, однако можно сделать обобщающиеся выводы:
Мсх = М0 + (МСном – М0) ∙ (ω/ ωном),
Где Мс – момент сопротивления ПМ при скорости ω;
М0 – момент сопротивления трения в движущихся частях механизма;
МСном – тоже при изменении скорости;
Х – показатель степени, характеризующий изменение Мс при изменении скорости.
Классификация механических характеристик ПМ
1) не зависящая от скорости, х = 0 (краны, лебёдки);
2) линейно возрастающая, х = 1 (генераторы постоянного тока);
3) нелинейная возрастающая (параболическая), х = 2, Мс зависит от квадрата скорости. Характерно для центробежных насосов, гребенчатых винтов;
4) нелинейная спадающая, х = -1; Мс изменяется обратно пропорционально скорости, а мощность потребляемая ПМ остается постоянной. Характерно для токарных, расточных и фрезерных станков.
Механическая характеристика электродвигателя – это его зависимость угловой скорости от вращающего момента: ω = f (M), т.е. скорость является убывающей функцией момента ЭД. Это относится ко всем двигателям переменного тока. Однако степень изменения скорости с изменением момента у них различна и характеризуется так называемой жесткостью их механических характеристик и это отношение разности.
β = (М2 – М1)/(ω2 – ω1) = ΔМ/Δ ω – жесткость
1 – абсолютно жесткая; β = ∞. Характерно для горизонтальных двигателей.
2 – жесткая, скорость хоть и уменьшается, но в малой степени. Характерна для ДПТ НВ и асинхронных двигателей в пределах рабочей части механической характеристики. Для АД жесткость в различных точках механических характеристик различна и в пределе от Мкр.дв. (для двигательного режима) до Мкр.ген. (генераторного режима) имеет большую жесткость.
3 – мягкая, с изменением момента скорость изменяется значительно в ДПТ НВ, особенно в зоне малых моментов. Для этих двигателей жесткость не остается постоянной величиной на всех участках характеристики. ДПТ СВ могут быть отнесены ко второй и третьей группе, а зависимости от значения и жесткости.
4 – абсолютно мягкая (β = 0). Момент двигателя остается неизменным. ДПТ НВ при питании от источника тока или при работе в замкнутых системах ЭП в режиме стабилизации тока якоря.
Изменение момента сопротивления на валу двигателя приводит к тому, что скорость двигателя и момент, который он развивает, могут изменятся автоматически и привод будет устойчиво работать при другой скорости с новым значением момента при проектировании электромеханическая характеристика ПМ является уже заданной.
Поэтому для получения устойчивой работы в установившемся режиме для определенных скоростей и моментов ПМ необходимо подбирать механическую характеристику двигателя соответствующей формы.
8.Уравнение движения ЭП. Инерционный (динамический) момент
Во многих случаях привод ускоряется или замедляется. Тогда возникает инерционная сила инерционный момент который, двигаясь должен преодолеть, находясь уже в переходном режиме.
Причины переходных режимов изменение нагрузки, либо воздействие на привод, при управлении (к ускорению, торможению), изменение направления вращения, а так же при аварийных ситуациях (изменение направления, или частоты не симметричного направления)
При поступательном движении: инерционная сила
Для вращательного движения: инерционный динамический момент
1. M > Mc - > 0 имеет место ускорение привода
2. M ∆t
Пример: привод вентилятора от AD с короткозамкнутым ротором.
M - Mc =
Подобный метод по строения кривой скорости для определения време6ни пуска применяем и для ДПТ, если их механические характеристики не могут быть выражены аналитически. Метод применяемый и для нормальных режимов.
Кроме метода пропорции скорости ω=f(t) и определения времени пуска движения используется метод площадей сводящейся к графоаналитическому интегрированию уравнению движений задаются механическими характеристиками движения и производств механизма совмещаются, т.е. определяется кривая данных момента Мдин = М - Мс затем делятся на ряд участков равномерных на каждом из которых момент предполагается постоянным и равным среднему значению:
∆f =
При равенстве каждого участка ∆ω то общее время пуска:
Изучение переходных процессов в ЭП связано с надобностью установления линейной скорости, тока момента, а иногда от времени, при пуске, торможении, реверсировании.
9.Время ускорения и замедления привода. Определение наивыгоднейшего передаточного отношения
Время переходных режимов привода (пуска, торможения, переходной одной скорости и другой) влияют на производительность механизма. Из уравнения движения привода
И время необходимое для изменения необходимое для измерения скорости
t1,2=
Для решения этого интеграла необходимо знать зависимость моментов движения и механизма от скорости.
В простейшем случае при постоянных величины М, Мс, I получим
1.2 =
Этим уравнением можно воспользоваться для расчета времени движения.
Мп – значение момента движения в момент пуска
от состояния покоя до конечной скорости при заданном значении Мс
Из уравнения t1,2=y видно, что полное время ПП равно ∞. Действительно поскольку ПП закон заканчивается при: наступление равенства моментом (Мс = М), то величина стоящая под знаком f→ ∞. В практических расчетах считают процесс разбега заканчивается при скорости равной не ω2, а приблизительно ω = 0,95* ω2. Тогда время разбега получит конечное значение.
В тех случаях когда момент имеет “-” значение замедляется:
Привода замедляется и в том случае, когда движение развивается “+” момент по абсолютному значению текущего момента сопротивлений Время торможения tт =
При значениях M, Мс,I = const, то время tт = I .
В ряде случаев возникает необходимость в получении минимального времени разгона и торможения ПМ (дал повышения производительности следующих системах). При заданных моментах инерции Ip, производственного механизма Ic и момент сопротивления Мс уравнение движения привода относительно рабочего вала ПМ пренебрегают потери передачи: i*M-Mc(Ic+kIyi2)
Коэффициент k учитывает момент инерции ПМ
Очевидно, min время разгона имеет место разгона при наибольшем ускорении
Пользуясь правилом определения max значений и пологая MjּMc = const находим оптимальное передаточное отношение
iопт =
В том случае когда Мс оказывается значительное ω0 примет вид:
Графически механические характеристики двигателя в режиме торможения являются продолжением характеристик двигательного режима в область 2го квадрата (в приводах транспортного и подъемного механизма при спуске груза, а также при регулировании скорости двигателя переходящего к низшим скоростям). Применение ограничено, т.к. не во всех приводах ЭП невозможно соблюдать условие: ω>ω0.
15. Механические характеристики ДПТ НВ в режиме динамического торможения
Происходит при отключении якоря двигателя от сети при замыкании его на резистор.
При динамическом торможении, также происходит преобразование механической энергии в электрическую, но эта энергия в сеть не отдается определяется в виде тепла и теплоты сопротивления в цепи якоря. т.к. ЭДС двигателя сохраняет тот же знак (как и в двигательном режиме), а напряжение из вне якоря е прикладывается. Ток якоря определяется: I=-E/R (R-сопротивление якорной цепи).
Тормозной момент при данном торможении (пренебрегая реакцией якоря) выражается
-MТ = К*Ф*I = - К2*Ф2*ω/R при Ф=const
Данное торможение широко используется для остановок привода, при отключении его от сети (особенно при реактивном характере момента). Характерно при спуске грузовых подъёмов. Достаточно экономично, хотя и уступает требованиям.
16. Механические характеристики ДПТ НВ в режиме торможения противовключением
Осуществляется в том случае, когда обмотки двигателя включены для одного направления вращения, а якорь двигателя под воздействием внешнего момента или сил инерции вращается в противоположную сторону. Привод подъемника, когда двигатель включен на подъем, а момент, развиваемый грузом, заставляет привод вращаться в сторону спуска груза. Тот же режим и при переключении обмотки якоря (или ОВ) двигателя для быстрой остановки или реверса.
Механическая характеристика торможения противовключением.
Продолжение характеристики двигательного режима в области квадранта IV. Это видно из уравнения механической характеристики двигателя или полагать, что М > Мк3 и «+» по знаку.
Пуск двигателя при включении возможен тогда, когда Мс1 груза будет
Мс1 900 условие устойчивой работы нарушается, то есть при увеличении нагрузки угол возрастает, а момент уменьшается и СД выпадает из синхронизма.
23. Принцип компенсации внешних возмущений и принцип отключения (обратной связи)
Принцип компенсации ( на примере компенсации момента нагрузки при регулировании его скорости).
Основной признак – наличие в цепи, по которой на вход ЭП в месте с заданным сигналом Uзс подается сигнал пропорциональный моменту нагрузки.
UM=KM*MC
KM - коэффициент пропорциональности.
Управление ЭП осуществляется суммарным сигналом U∆ который автоматически изменяясь при колебаниях момента нагрузки обеспечивает поддержание скорости ЭП на заданном уровне. Применяется редко из-за отсутствия простых и надежных датчиков момента нагрузки МС.
Принцип отклонения характеризуется наличием цепи обратной связи, соединяющий выход ЭП с его входом, по которой информация о текущем значении скорости подается на вход ЭП, где он вычитается из сигнала задания скорости Uзс. Управление осуществляется сигналом отклонения:
U∆= UЗС-UОС
Сигнал рассогласования ошибка, который при изменении скорости от заданной автоматически изменяется и с помощью системы управления ЭП устраняет эти отклонения.
Обратные связи делятся:
1).положительные и отрицательные;
2).линейные и нелинейные;
3).жесткие и гибкие;
ПОС ( положительная обратная связь )-сигнал направлен согласно задающим, т.е. складывается.
ООС (отрицательная обратная связь) - сигнал направлен встречно.
Жесткая ОС действует как в установившемся режиме, так и в переходном.
Гибкая ОС вырабатывается точно в переходных режимах и служит для обеспечения требуемого качества установившегося движения.
Линейная ОС характерно пропорциональная зависимость между регулируемой координатой и сигналом обратной связи. При реализации же нелинейной связи эта зависимость нелинейная.
24.Функциональная схема ЭП с общим усилителем
В зависимости от вида регулирования координаты в ЭП используются связи по скорости, положению, току, напряжению, магнитному потоку, ЭДС. Для обеспечения заданного хода и качества технологического процесса на ЭП кроме указанных (внутренней обратной связи) часто подаются сигналы различных технологических датчиков (температура, положения, усилия резанья, давления). В этом случае ЭП вместе с рабочей машиной образуют систему автоматического регулирования САР. В этой системе ЭП является силовым регулирующим устройством, выходная координата которого Хвых является управляющим воздействием для рабочей машины РМ и обеспечивает заданный ход технологического процесса при изменениях задающего сигнала технологического параметра (Хзт), так и возмущающего воздействия (Хвозм).
Сигналом задания для ЭП является сигнал отклонения Хзт сигналом Хтехнол. ос. Отметим, что сигналов Хтехнол. ос может быть несколько и для выработки задающего сигнала используются ЭВМ или микропроцессор.
Иногда требуется регулирование нескольких координат ЭП (ток, момент, скорость). Здесь замкнутые ЭП выполняются по одной из следующих схем:
1) – схема ЭП с общим усилением;
2) – схема ЭП с подчиненным регулированием координат.
Схема ЭП с общим усилением.
ЭЧД – электрическая часть двигателя; МЧД – механическая часть двигателя.
Схема обеспечивает регулирование двух координат скорости и тока (момента). Здесь сигналы ОС (обратная связь) по току и скорости подаются на вход УУ вместе с задающим, где алгебраически суммируются. Схема отличается простотой, но не позволяет регулировать координаты независимо друг от друга. За счёт использования не линейных ОС (отсечек) удаётся в некотором диапазоне осуществить их независимое регулирование, что частично устраняет указанный недостаток.
25.Функциональная схема ЭП с подчиненным регулированием координат
ЭЧД – электрическая часть двигателя; МЧД – механическая часть двигателя.
Схема принципиально отличается от схемы с общим усилителем. Регулирование каждой координаты осуществляется собственным регулятором тока (РТ) и регулятором скорости (РС), которые соответствующими обратными связями образуют замкнутый контур и располагаются таким образом, чтобы входным (задающим) сигналом для контура тока (Uзт) является входной сигнал внешнего по отношению к нему контура скорости.
Т.о. внутренний контур тока будет подчинен внешнему контуру скорости – основной регулируемой координаты ЭП.
Достоинство – это возможность оптимальной настройки регулирования каждой координаты.
Схема нашла самое широкое применение в ЭП, кроме того, подчинение контуров тока контуру скорости позволяет упростить процесс ограничения тока и момента. Для чего необходимо лишь поддерживать на соответствующем уровне сигнал на входе регулятора скорости (сигнал задания уровня тока). Для регулирования положения вала двигателя в эти схемы необходимо ввести соответствующую обратную связь.
Для выработки законов управления двигателем (реализуемый силовым преобразователем) замкнутые схемы ЭП содержат определенный набор управляющих элементов:
1 – задающее устройство (программное) – определяют уровень и характер изменения регулируемой координаты;
2 – датчики регулируемых координат и технологических параметров дающих информацию о ходе техпроцесса и работе самого ЭП;
3 – регуляторы и функциональные преобразователи – вырабатывают управляющие воздействия на основе сигналов задающих устройств датчиков координат и положения;
4 – согласующие элементы позволяют соединить в единую схему все указанные элементы за счет согласования их входных и выходных сигналов по роду тока, уровням и видам сигналов и т.д.
По х-ру преобраз. сигналов УУ делятся на:
-аналоговые, х-ся наличием функц-ой (линейной или нелинейной) в зависимости от вх. и вых. сигналов. При этом вых. сигнал может принимать любое значение, у которых напряжение и частота на выходе регулируется в широких пределах в зависимости от уровня управляющего сигнала.
-дискретные, имеют нулевой или максимальный вых. сигнал, который появ-ся или исчезает при достижении вх. сигналом опр. зн-ия (реле, бесконтактные лог. элементы)
На дискретных создаются цифровые схемы управления ЭП.
26.Регуляторы и функциональные преобразователи
Основной элемент аналоговой системы - это усилитель с очень большим коэффициентом усиления (до 10 000).
Предназначение: усиление и формирование требуемых законов управления (интегрирование, дифференцирование, суммирование).
При включении во входящие цепи и цепи обратной связи резисторов и конденсаторов получаются соответствующие регуляторы.
Пропорциональный регулятор
Roc
Uвх R1 Uвых U Uвых
Uвх
t0 t
Интегральный регулятор
Сос U
Uвх R1 Uвых Uвх
Uвых
t0 t
Дифференциальный регулятор
Rос
U
Uвх с1 Uвых Uвх
t0 t
П – регулятор осуществляет масштабное пропорциональное преобразование входного сигнала с коэффициентом К=RocR1 и инвертирование его знака. Выходной сигнал повторяет входной с соответствующим коэффициентом преобразования K при подаче на него ступенчатого входного сигнала в момент времени T0.
И – регуляторы в цепи обратной связи приобретают свойства интегрированного устройства и напряжение выхода определяется от входного сигнала.
Д – регуляторы обеспечивают дифференцирование входного сигнала с коэффициентом Т=RocC1.
Пи, П, Д осуществляют комплексное преобразование входных сигналов.
Функциональный преобразователь
Входит в состав в УБСР (унифицированная блочная система регулирования) позволяет возводить в квадрат и извлекать квадрат, умножать и делить входные аналоговые сигналы, выделять модуль сигнала, осуществлять различные зависимости между входным и выходным сигналами (на базе одного или нескольких ОУс).
Рассмотрим схему включения ОУс , обеспечивающего ограничения сигналов. Для чего в схему ОС параллельно резистору РОС включаются стабилитроны VD.
VD1 VD2 Uвых
Uст Uвх
Uвх R1 Uвых
-Uст
До уровня выходного напряжения соответствующего напряжению пробоя стабилитрона ОУ работает как обычный масштабный преобразователь с линейной характеристикой Uвых=f(Uвх). При достижении выходного напряжения, равного Uстаб происходит пробой стабилитрона. Эквивалентно к сопротивлению цепи ОС коэффициент усиления становится равным нулю. Напряжение на выходе перестаёт изменяться (ограничивается). Два стабилитрона в цепи обеспечивают получение симметричных характеристик Uвых и Uвх.
27.Датчики регулируемых координат (командные устройства, датчики напряжения и тока, ускорения и положения, цифровые
Командные задающие устройства
Реализуются на базе сельсинного командно аппарата (вращающиеся тр-ры и потенциометры). Ротор сельсинного датчика (СД) командным валом с ротор сельсинный приемник СП с исполнительным валом.
Однофазная обмотка СД подключается к сети ~J с напряжением U1 к трех фазной обмотке СП и СД соединены между собой электрической связью. СП работает по такой же схеме в режиме тр-ра. Напряжение по фазной обмотке
подается в схему управления. Допустим ротор СД повернут на угол Q вх, а ротор СП на угол Qвых, т.к. имеем определенный угол рассогласования
δ= Qвх- Qвых. Тогда Uвых= Umax COS(Qвх- Qвых.)= Umax* COS δ
Umax=K U1
Величина K определяется параметром схемы. Из уравнения видно что при угле рассогласования равном нулю, выход напряжения равен max (согласованное положение роторов). Практически нужен чтобы Uвых=0 при δ =0. Это достигается преднамеренным сдвигом роторов сельсинов на постоянный угол рассогласования.
Тогда новое положение роторов принимается за начальное и уравнение получает вид: Uвых= Umax* SIN δ
Т.е. Uвых сельсинного измерителя рассогласования изменяется пропорционально синусу угла рассогласования. При изменении знака δ фазы выходного напряжения изменяется на величину П поэтому измеритель рассогласования не только измеряет величину рассогласования, но и определяет направление в котором произошло рассогласование. Сельсинные измерители рассогласования могут работать и временные непрерывного вращения. В качестве датчиков положения также используем путевые и кольцевые выключатели (бесконтактные и контактные). Контактные в свою очередь делятся на вращающиеся, рычажные и нажимные.
Кроме сельсинных используют магнесин – это бесконтактный электра - механический датчик угла поворота вала. Имеет более простое устройство, меньшую массу и габариты, высокую точность измерения.
Индуктосин для измерения линейных перемещений механических элементов ЭП и ИОРМ. По устройству напоминают линейный АД и имеет плоский статор и подвижный ротор. Первичная обмотка на статоре подключается к сети переменного тока, при этом во вторичной обмотке при перемещении ротора будет наводится ЭДС зависящее от его положения. Точность может достигаться до нескольких микрон.
Датчик напряжения ДН и датчик тока ДТ
ДН –потенциометры; ДТ -отдельные шунты; при больших токах –тр-ры тока и двигателя- J часто используют обмоткой допол. полюсов компенсационных обмоток.
Тр-р- дроссельный магнитный усилитель, сердечник которого выполнен из материала с прямоугольной петлей гистерезиса . Обмотки W2 усилителя включены в цепь измеряемого тока.
Магнитный усилитель работает временно вынужденного намагничивания и представляет собой модулятор сигнала -J, где модулятором служит выпрямительное устройство. Датчики тока в системах за приводов с тиристорным приводом включают в ряде случаев в цепи~J.
Вторичные обмотки тр-ов тока нагруженны на резистор R2 в напряжении снимаемое с этих резисторов выпрямляется трехфазным мостом и сглаживается фильтром Сф; выпрямленное рассогласования Uвых на вых. датчика снимаемого с потенциометра K1 практически пропорциональный току первичной цепи, который в свою очередь пропорционален току нагрузки транз-го преобразователя.
Для получения от датчика тока или напряжения сигнала с отсечной на выходе датчика включается стабилитрон напряжения пробой которого определяет ток (напряжение отсечки) .
Датчики дополнительного тока (датчик ускорения)
Простейшим датчиком может быть дирекционная цепочка RC , включается на выход техогенератора
Датчики скорости. Широкое распространение получили ТГ – J с независимым возбуждением и постоянными магнитами. Использование ТГ на –J обусловлено тем, что АСУ ЭП имеет вход на постоянный вход на –J до и сами приборы требуют питание от –J. ТГ ~J (асинхронный, синхронный, и индукционные) с выходом на –J через полупроводниковый выпрямитель. Асинхронный ТГ (2-3 Вт) имеют две обмотке статора сдвинутые между собой на угол П/2
Короткозамкнутый ротор выполняют в виде тонкостенного цилиндра, на одну из обмотки подают одну фазную напряжение сети, с другой снимают напряжение пропорциональное скорости ротора. Применяется в ЭП с большим диапазоном регулирования скорости при небольших диапазонах регулирования и рабочих скоростей(200-300 рад/с). хорошо работают однофазные синхронные ТГ с постоянными магнитами. При более низких скоростях 3-х фазные синхронные ТГ и индукционные высокочастотные ТГ.
Напряжение ТГ ~J перед его выпрямлением может быть повышенно с помощью тр-ров. Это уменьшает влияние нелинейности выпрямителя на характеристику ТГ.
Потенциометрические датчики положения.
С линейным и вращательным дв-ем ползунка.
При подключении ползунка к исполнительному двигателю потенциометр выполняет функции за датчика интенсивности и его Uвых будет пропорционально положению вала, кроме сельсинов принимают бесконтактный эл. мех. датчика, угол поворота вала имеет более простое устройство, высокую точность измерения, и малые габариты.
Индуктосин применяют для измерении линейных перемещении и мех. хар. ЭД или ИО РМ.
По устройству напоминает лин.АД и имеет плоский статор и подвижный ротор. Первичная обмотка на статоре подключается к 1 фазной сети ~J при этом на вторичной обмотке при перемещении ротора будет наводиться ЭДС зависящее от положения точности
Цифровой фотоэлектрический датчик положения.
Первичный элемент - кодирующий диск, соединенный с валом двигателя или рабочей машиной. Диск состоит из нескольких концентрированных колец (дорожек), каждая из которых имеет сегменты и участки (прозрачные и непрозрачные). Кольцо с минимальным радиусом имеет два таких участка и относится к старшему разряду выходного числа; в каждом последующем кольце число этих участков удваивается, что соответствует в двоичном представлении чисел к переходу к следующему разряду. Диск состоит из трех колец, что позволяет формализовать трехразрядное двоичное число.
Получение сигнала фотоэлектрическим способом. Для этого с одной стороны диска устанавливаются (по числу колец) светодиоды, а с другой стороны приемники фотодиоды. Когда между ними проходит прозрачный участок диска светодиод освещает фотодиод. Электрическое сопротивление последнего резко изменяется, что и является входным воздействием для последующей работы датчика (Д) положения. Схема одного канала Д положения соответствует одному разряду. Фотодиод включен на вход ОУс работающего времени реле. В исходном положении ОУс закрыт отрицательным опорным напряжением. При освещении фотодиода ОУс открывается и на его выходе появляется электрический сигнал, соответствующий 1 двоичного числа. Любому положению кодирующего диска в пределах 360º , т.е. одному обороту соответствует определенное сочетание нулей и единиц на выходах усилителей, т.е. определенное числовое положение угла.
Из трехразрядного датчика видно, что при повороте диска на 360º имеет место восемь комбинаций сигналов с выходов усилителей (от 000 до 111), что соответствует изменению числа в десятичной (от 0 до 7) системе.
Вместо фотоэлементов в качестве первичных датчиков положения могут применяться индуктивные датчики с индуктивными силами, позволяющие получать выходные сигналы более высокой точности. Разрешающая способность таких датчиков, характеризующая их точность, определяется Δφ = 360 / р2n , где р - число пар полюсов индуктосин
А так как это число р может составлять несколько сотен, то точность измерения может быть обеспечена в несколько единиц (десятков) угловых секунд
28.Информационные свойства АЭП
Информацию, воплощенную и зафиксированную в некоторой материальной форме, называют сообщением и передают с помощью сигналов. Природа большинства физических величин такова, что они могут принимать любые значения в каком-то диапазоне. Сигнал отображает эту информацию и возникающий на выходе соответствующего Д может иметь бесконечное число значений, т.к. в данном случае непрерывный сигнал изменяется аналогично выходной информации, его называют аналоговым, а устройство, в котором действуют такие сигналы, аналоговыми. Существуют дискретные сообщения, параметры которых содержат фиксированный набор отдельных значений, а т.к. этот набор конечен, то и объем информации конечен.
На практике непрерывные сообщения можно представить в дискретной форме. Непрерывность сообщений по величине не может быть реализована в связи с погрешностью источников приемников информации и наличием в канале информации.
Поэтому к непрерывным сигналам можно применять квантование по уровню и по времени, при этом каждая выборка будет принимать ближайшее разрешенное значение из выбранного конечного набора значений. Совокупность всех выборок образует дискретный или цифровой канал. В цифровой технике такой процесс называется кодированием, а совокупность полученных чисел - кодом сигнала. Вместо преобразования или передачи конкретных сигналов эти операции могут быть выполнены над их кодами (в устройствах цифровой техники). При этом можно оперировать и аналоговыми сигналами, которые преобразуются в цифровые с помощью АЦП.
Т.обр., дискретное сообщение состоит из чисел и символов ("+" и "-"), каждое число состоит из чисел.
Способ записи чисел с цифровыми знаками называется счислением. Значение каждой входящей в число цифры зависит от его положения в записи числа. Количество различных чисел, применяемых в позиционной системе, называется основанием системы. В зависимости от основания системы позиционные системы счисления могут быть десятичными, двоичными и т.д.
В цифровой технике наибольшее распространение получила двоичная система, содержащая только цифры 0 и 1. Значительно реже используют 8-ые и 16-ричные системы. Их в частности применяют при составлении программ для более удобной и короткой записи двоичных кодов команд, т.к. эти системы не требуют специальных операций для перевода в двоичную систему
31.Микропроцессорная система в АЭП
Состав микропроцессорной системы (МПС) наряду с МП входят устройство памяти оперативной и постоянной, интерфейсное устройство (ИУ), устройство сопряжения (УС) с внешними объектами, внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), силовая часть ЭП (СЧ ЭП), система управления ЭП, устройство ввода-вывода (УВВ), датчик (Д).
ОШ – общая шина.
Устройство памяти ОЗУ, ПЗУ служат для размещения подлежащих обработке данных и программы, в соответствии с которой эта обработка должна вестись, а также результатов обработки. Для расширения возможности МПС кроме ОЗУ и ПЗУ могут использоваться ВЗУ, к числу которых относятся накопители информации (магнитные диски, ленты). УВВ – для обеспечения взаимодействия МПС и оператора в удобной для него форме. К УВВ относится клавиатура, печатающие машины, принтеры, плоттеры, устройства визуального представления информации (дисплеи).
УС обеспечивают связь МПС с различными внешними периферийными уставами и могут иметь самые разнообразные схемные и элементные способы реализации. Например, для связи МПС с датчиками координат ЭП и блоками схемоуправления ЭП. Широко используют АЦП, ЦАП.
ИУ обеспечивает управление передачей информации между МПС, УВВ, Д и т.д.
32.Принципы измерения координат хода технологического процесса в замкнутой системе "П - Д" с ООС по скорости ДПТ НВ
Рассмотрим на принципах построения и движения замкнутых систем регулирования скорости, тока и положения двигателя с использованием различных обратных связей.
На валу ДПТ с НВ находится датчик скорости, тахогенератор, выходное напряжение которого прямо пропорционально скорости ДПТ и является сигналом ОС.
Коэффициент пропорциональности γ называется коэффициентом ОС по скорости и может регулироваться за счет изменения тока возбуждения ТГ, поэтому в цепи ставим сопротивление.
Сигнал ОС Uтг= j•ω= Uос сравнивается с задающим сигналом скорости и их разность в виде сигналов рассогласовываются, или ошибки (Uвх) подается на вход дополнительного усилителя (У), который с коэффициентом Ку усиливает сигнал рассоглосования Uвх и подает его в виде сигнала управления на вход преобразователя П.
Рассмотрим физическую сторону процесса регулирования скорости в данной системе. ДПТ работает под нагрузкой в установившемся режиме и по каким то причинам происходит увеличение момента сопротивления, так как развиваемый ДПТ момент становится меньше момента нагрузки, его скорость начинаем снижаться и соответственно будет уменьшаться сигнал ОС по скорости Uтг= j•ω , что в свою очередь вызовет увеличение сигналов рассогласования (Uвх и управления Uу) и приведет к повышению ЭДС преобразователя, а следовательно напряжение и угловая скорость ДПТ начнут увеличиваться, система придет в установившийся режим. При уменьшении нагрузки ОС действует в другом направлении. Т.о. благодаря наличию ОС осуществляется автоматическое регулирование ЭДС преобразователя, а значит и подводимого к ДПТ напряжения, за счет чего повышается жесткость характеристик ЭП.
33.Регулирование тока и момента ДПТ с помощью нелинейной ООС по току
β - коэффициент обратной связи по току (Ом).
В качестве датчика тока используются цепи Rш, падение напряжения на котором пропорционально Iя. В качестве шунта часто используется обмотки дополнительных полюсов или коллектор обмотки двигателя. Сигнал обратной связи шунта в виде Uот = β∙I поступает на узел тока ограничения (УТО) или угол токовой отсечки. Вместе с сигналом задания тока (Uзт) определяющим уровень тока отсечки (Iотс), с которого начинается регулирование (ограничение) тока.
Работа УТО происходит следующим образом, при токе в якоре меньшим заданного тока отсечки Iя ≤ Iотс сигнал обратной связи на выходе УТО равен нулю, т.к. ЭП в диапазоне тока якоря от 0 до тока отсечки является разомкнутым, поэтому имеет характеристики в зоне (I).
При токе I > Iотс на выход УТО появляется сигнал ООС. ЭП становится замкнутым и начинает работать в соответствии с характеристиками в зоне (II). Uвх = Uзс - β∙I,
т.е. при увеличении тока значение Uвх уменьшается, что вызывает уменьшение напряжения управления преобразователем и соответственно ЭДС преобразователя. При этом уменьшается напряжение на двигатель, соответственно уменьшается ток якоря. Характеристики двигателя становятся круто падающими, т.е. мягкими, что и отражает эффект регулирования тока (соответственно момента).
При увеличении коэффициента усиления системы характеристики в зоне (II) все ближе приближаются к вертикальным линиям. Уровень ограничения тока определяется сигналом (уставкой Uзт). Ток при нулевой скорости двигателя измеряется током стопорения
34.Замкнутая схема ЭП с ДПТ с обратной связью по скорости и току
Для получения жестких характеристик ЭП необходимых для регулирования скорости и мягких характеристик, требуемых для ограничения тока и М (т.е. при регулировании двух координат), применяют соответствующую обратную связь.
В схеме ЭП с нелинейными обратными связями по скорости и току для обеспечения целей ОС используется узел тока ограничения (УТО) и узел ограничения скорости (УОС), характеристики которых показаны внутри соответствующих условных изображений.
Область некоторых характеристик с делением на три зоны. В зоне (I) в диапазоне токов от 0 до Iотс действует только обратная связь по скорости, обеспечивая жесткие механические характеристики ЭП. В зоне (II) при токе большем Iотс вступает в действие ОС по току, характеристики становятся мягче. При дальнейшем увеличении тока и падении скорости отсечки, перестает действовать ОС по скорости, а за счет действия связи по току характеристики становятся еще мягче, зона (III), т.е. обеспечиваются требуемые ограниченные токи и М. После формирования требуемых статических характеристик в замкнутом ЭП, построенном по схеме с общим усилителем, может оказаться, что его характеристики не приемлемы, т.е. двигатель в переходный процесс оказывается неустойчивым, или характеризуется нерегулированием или колебаниями, или имеет место значительное время протекания.
В этих случаях требуется коррекция законов управления ЭП. Сущность коррекции характеристик ЭП заключается в том, что в схему включаются дополнительные корректирующие устройства, позволяющие нужным образом изменить эти характеристики.
Цель коррекции – в получении и использовании в схеме ЭП дополнительных сигналов управления, пропорциональных производным и интегралам от основных характеристик. Другими словами, использование дополнительных гибких обратных связей. Эти связи проявляют себя только в переходных процессах. Участвуя в формировании заданных характеристик ЭП и не изменяя в то же время полученные с помощью жестких (постоянно действующих ОС) статических характеристик.
35.Замкнутая система ЭП с подчиненным регулированием координат
Эффективное и качественное регулирование координат в системе преобразователь-двигатель обеспечивает принцип подчиненного регулирования реализуемый по схеме из прошлой лекции, где этот принцип предусматривала регулирование каждой координаты с помощью своего отдельного регулятора и соответствующей обратной связи, т.е. регулирование каждой координаты происходило в собственном замкнутом контуре. Требуемая характеристика эл. привода в статике и динамике можно получить за счет выбора схемы и параметров регуляторов этой координаты и цепи её ОС. Управление внутренним контуром с помощью выходного сигнала внешнего контура определяет еще одно ценное свойство таких систем. Оно в возможности простыми средствами ограничить любую регулируемую координаты, например, ток и М на заданном уровне. Для этого требуется всего лишь ограничить сигнал поступающий с внешнего контура. Регуляторы скорости и тока в большинстве схем ЭП этого типа выполняются на базе операционных усилителей. включение в цепь задающего сигнала регулятора скорости(РС) и его обратной связи(R1, Rос1). Обеспечивает изменение (усиление или ослабление) этого сигнала с коэффициентом усиления К1 = Rос1/R1. Аналогично изменение ОС по скорости (Иос): К2 = Rос1/R2.
Такой регулятор получил название пропорционального регулятора скорости.
При включении в цепь ОУ конденсаторов (реактивных электрических элементов). Его функциональные возможности по преобразованию эл. сигналов становится шире. Так включение в цепь ОС регулятора тока конденсатора тока Сос2 последовательно с Rос2 позволяет получить на выходе регулятора тока сигнал в виде суммы 2х составляющих
Иу =К3•Ивх + К4 ∫ Исх dt, где К3 К4 – коэффициенты усилителей сигнала.
Здесь сигнал Uу управление содержит пропорциональную и интегральную составляющую входного сигнала, т.е. регулятор тока является = ПП = регуляторам.
Основное условие желаемой (заданной) характер ПП при регулировании координат. Из всех возможных их видов обычно выбирают ПП с затухающими колебаниями, что является оптимальным в том смысле, что позволяет обеспечить устойчивость этих процессов при небольших длительностях и перерегулировании. Распространенным методом настройки регуляторов является так называемый технологический оптимум, при котором перерегулирование ∆Х = Хмах – Хуст и составляет 4,3% от установившегося уровня, а время переходного процесса tПП = 4,1 Т П(ТП – электромагнитная постоянная времени тиристорного преобразователя и принимается обычно равной 0, 01 секунды). Как уже отмечалось схема подчиненного регулирования позволяет простыми средствами ограничить координаты ЭП с заданным уровнем. Для этой цепи в цепь ОС регулятора скорости включаются стабилитроны, которые ограничивая выходное напряжение РС являющееся входным задающим сигналом (установка тока) ограничивают тем самым ток и момент двигателя с заданным уровнем.
Особенностью этих статических характеристик является наличие вертикального участка, на котором обеспечивается ограничение тока и момента, и участка (2) с жесткими характеристиками. Наклон зависит от 2х постоянных времени.
ТМ – электромеханическая постоянная времени двигателя;
ТП – электромагнитная постоянная времени преобразователя.
Такие схемы нашли самое широкое применение в регулируемых ЭП как постоянного тока, так и переменного тока.
36.Замкнутая схема управления ЭП по системе "источник тока - ДПТ"
Силовую часть этой схемы образует источник тока (ИТ) ДПТ, обмотка возбуждения которого подключена к усилителю У, имеющему два входа. По первому входу на усилитель с потенциометра ЗПМ поступает задающий сигнал момента Uзм, который определяет значение момента на вертикальном участке характеристики. На второй вход усилителя подается сигнал нелинейной отр. ОС по скорости в виде сигнала Uос, которая образует Тr обр.связь вентиль V и задающий потенциометр скорости ЗПС.
Цепь ОС собирается т.о., чтобы вентиль V начал пропускать ток по этой цепи только тогда, когда ЭДС Tr превысит задающий сигнал по скорости Uзс, что произойдет при скоростях > скорости отсечи (ωотс). При скорости
tпп = 3 ∙ Тм
Тм – электромеханическая времени
Тм = J/β = J∙ω0 /Мкз
ωуст = (Мкз – Мс)/β
44.Схема пуска ДПТ в две ступени в функции ЭДС и динамического торможения в функции времени
В качестве датчика ЭДС используют якорь двигателя, к которому подключены контакторы ускорения КМ1, КМ2. С помощью регулировочных Ry1 и Ry2 контакторы настраиваются на срабатывание при определенных скоростях движения двигателя. Для торможения предусмотрен Rg3, включение и отключение которого осуществляется контактором торможения КМ3. Для обеспечения необходимой при торможении выдержки времени используется электромагнитное реле КТ, замыкающий контакт которого включён в цепь КМ3. При подключении происходит возбуждение ДПТ. Пуск от SB1 приводит к срабатыванию КМ и подключение двигателя к источнику питания и началу разбега с резисторами в цепи якоря (Rg1 + Rg2)
По характеристике (1) по мере увеличения скорости растет ЭДС двигателя и соответственно напряжение на катушках КМ1 и КМ2. При скорости ω1 срабатывает КМ1, закорачивет первую ступень Rg1. Двигатель переключается на работу по характеристике (2). Соответственно, при ω2 срабатывает КМ2 и закорачивает вторую ступень Rg3. ДПТ переключается на работу по естественной характеристике (3) и закорачивает свой разбег в точке установившегося режима (Iн; ωн).
Режим торможения включается нажатием SB2 (стоп). КМ теряет питание и размыкает свой контакт в цепи якоря, отключает его от источника питания. Размыкающий блок-контакт КМ в цепи КМ3 замкнется и КМ3 подключит Rg3 к якорю, переводя ДПТ в режим динамического торможения по характеристике (4). Одновременно размыкается блок-контакт КМ в цепи реле времени КТ. КТ теряет питание и с этого момента начинается отсчет выдержки времени. Через интервал времени, необходимый для снижения скорости двигателя до нуля. Реле времени отключится и своим контактом разорвет цепь питания КМ3. При этом тормозной резистор Rg3 отключается от якоря, торможение заканчивается и схема возвращается в свое исходное состояние
45. Пуск ДПТ в одну ступень в функции времени и динамическое торможение в функции ЭДС
Управление ДПТ при пуске происходит по аналогии с предыдущей схемой. Отметим только, что блок-контакт в цепи КМ2 предотвращает перевод двигателя в режим торможения. SB1 включает КМ1. Торможение при нажатии на SB2 (стоп). При этом КМ теряет питание и отключает двигатель от источника питания, и своим блок-контактом включает КМ2, который под действием наведенной в якоре ЭДС срабатывает и замыкает якорь на Rg2. Процесс динамического торможения идет до тех пор, пока его ЭДС при уменьшении скорости не станет меньше напряжения отпускания КМ2 и схема вернется в исходное положение.
47.Пуск ДПТ ПВ в функции тока
Катушка реле тока КА включена в цепь якоря, а его размыкающий контакт в цепь контакта ускорения КМ2. Реле тока КА настраиваются таким образом, чтобы его ток отпускания соответствовал току I2. В схеме имеется дополнительное блокировочное реле KV с временем срабатывания больше, чем у КА. При включении SB1 срабатывает КМ1, двигатель начинает разбег. Бросок тока в якорной цепи при пуске вызывает срабатывание КА, размыкающее контакт цепи КМ2, через некоторое время срабатывает KV. Замыкает свой контакт цепи КМ2, подготавливая его к включению. По мере разбега ток якоря снижается до значения тока переключения I2. Реле тока отключится, замкнет свой контакт в цепи КМ2, главный контакт которого закорачивает пусковой резистор Rg, а вспомогательный блок-контакт КМ2 шунтирует контакт реле КА в цепи КМ2, поэтому вторичное включение КА после закорачивания Rg и броска тока не вызывает отключение КМ2. Двигатель продолжает разбег по своей естественной характеристики.
46.Пуск ДПТ в функции времени, реверсом и торможения противовключением в функции ЭДС
Предусмотрено два линейных контактора КМ1 и КМ2 обеспечивающие реверс. В якорной цепи помимо пускового Rg1, включен резистор противовключения Rg2, управляемый контактором противовключения КМ3. Управление двигателем при торможении противовключения и реверсом осуществляется двумя реле KV1 и KV2, обеспечивающие включение в цепь якоря, в дополнение к пусковому Rg1, резистора противовключения Rg2, что достигается выбором точки присоединения к Rg2 катушек реле KV1 и KV2.
Пуск ДПТ осуществляется в одну ступень в функцию времени. При пуске (SB1) срабатывает КМ1, который подключает якорь к источнику питания за счет падения напряжения на Rg1. От пускового тока срабатывает реле времени КТ, размыкающая свой контакт в цепи КМ4. Срабатывание КМ1 приводит к включению реле KV1, которая своим контактом включает контактор противовключения КМ3, что приводит к закорачиванию ненужного при пуске резистора противовключения Rg2 и одновременно катушки КТ.
Двигатель начинает разбег по характеристике (2), а реле времени КТ – отсчет выдержки времени, по истечении которой КТ замыкает свой контакт в цепи КМ4, которая закорачивает пусковой Rg1. Двигатель переходит на работу по естественной характеристике (1).
При торможении кнопкой SB2 отключается КМ1, реле KV1, контакторы КМ3 и КМ4. Включается КМ2. Напряжение на якоре двигателя изменяет полярность и он переходит в режим противовключения с двуми резисторами в цепи якоря Rg1 и Rg2. Несмотря на замыкание контакта КМ2 в цепи реле KV2 оно не включается из-за наличия в цепи двух резисторов и недает включится КМ3 и КМ4, и за шунтировать резисторы Rg1 и Rg2.
Перевод двигателя в режим противовключения соответствует его переходу с естественной характеристики (1) на искусственную (4). Во всем диапазоне скорости от ω0 до нуля этой характеристики двигатель работает в режиме противовключения.
Померим снижение скорости на катушке реле KV2 растет напряжение и при скорости близкой к нулю оно достигает значения напряжения срабатывания. Если к этому моменту SB2 отпущена, то отключается КМ2. Схема переходит в исходное состояние. Процесс торможения заканчивается.
Если же при этой малой скорости SB2 будет нажата, то включится KV2 и процесс пуска повторяется, но в противоположную сторону.
Т.о. реверс происходит в два этапа торможения и пуск в противоположном напрвлении. Второй этап реверса соответствует переходу двигателя с характеристиками (4) на (3).
48.Схема управления АД с короткозамкнутым ротором (нереверсивная и реверсивная)
Нереверсивная схема.
Нереверсивная схема обеспечивает прямой пуск без ограничения тока и момента.
Схема обеспечивает отключение от сети, от короткого замыкания, защиту от перегрузки и от минимального напряжения самой катушки.
Реверсивная схема.
Данная схема обеспечивает пуск, реверс, торможение противовключением, отключение от сети, защиту от короткого замыкания, защиту от снижения напряжения, защиту от ошибочного выключения, защиту от перегрузки.
50. Пуск АД с фазным ротором в одну ступень в функции тока и динамического торможения в функции скорости
При нажатии SB1 включается КМ1 статор подключается к сети. Бросок тока в цепи ротора вызывает вкл
АЭП – это электромеханическая система, состоящая из двигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройства для приведения в движение исполнительным органом рабочей машины (ИО РМ).
МЧ – механическая часть привода для передачи механической энергии от электродвигательного устройства исполнительному органу, и для изменения вида и скорости движения, усилия (момент вращения); РМ – рабочий механизм; ПУ – передаточное устройство; ЭД – электродвигательное устройство; ЭМП – электромеханический преобразователь; РД – ротор двигателя, на которую воздействует момент при соответствующей угловой скорости; СУ – система управления; П – силовой преобразователь; У – управляющее воздействие; ЗУ – задающее устройство; ДОСЭ(М) – датчики обратной связи электрический (механический).
Рис 1 - Структурная схема АЭП
Преобразователь П питает двигатель и создает на него управляющее воздействие, преобразует род тока, напряжение и частоту f1, либо меняет иные показатели качества электроэнергии к двигателю. Устройство У, управляющее преобразователем П получает командные сигналы от ЗУ, а информацию о текущем состоянии ЭП от ДОСЭ, с помощью которых I, U, P, M положении ИО преобразуются в пропорциональные. Этим параметрам электрические сигналы и подаются в управляющее устройство. Текущее состояние ЭП и технического процесса сравнивается с заданным и при рассогласовании вырабатывается управляющий сигнал воздействующий через преобразователь П на ЭП в исправлении устранения возникшего рассогласования с требуемой точностью и быстродействием.
2.Классификация АСУ ЭП, обеспечение требуемых режимов работы (скорость, положение, ток, ЭДС, момент)
АУ ЭП сводится к выполнению системами управления ЭП заданного ИО РМ режима работы без непосредственного участия оператора и представляет собой АЭП с управляемым преобразовательным устройством, обеспечивающим ИО РМ переходных и установившихся режимах в соответствии с заданным алгоритмом управления.
Классификация АСУ: 1). Релейные осуществляют управление процессами пуска, реверса и торможения двигателей – и ~ I при питании их от сети с неизменным напряжением; 2). Регулируемые осуществляют стабилизацию скорости и момента с заданной точностью в установившихся и переходных режимах при действии возмущающих воздействий; 3). Следящие представляют собой замкнутую динамическую СУ отрабатывающую произвольный закон движения с допустимой погрешностью; 4). Программно-регулируемые обеспечивают управление индивидуального или группового ЭП по заданной программе; 5). Адаптивные (самонастраивающиеся) – управление с учетом заранее неизвестных параметров ЭП при изменении внешних возмущающих воздействий.
Для обеспечения требуемых режимов работы машин, механизмов и самого ЭП некоторые переменные, характеризующие их работу, должны регулироваться. Такими переменными, часто называемыми координатами, является скорость, ускорение, положение ИО, токи, моменты и т. д.
3.Регулирование скорости. Требования с АСУ и показатели регулирования
Регулирование скорости требуется во многих РМ. С помощью ЭП обеспечивается регулирование и стабилизация скорости ИО с произвольно изменяющимся задающим сигналом или по заранее заданной программе. Скорость двигателя и ИО при его вращательном или поступательном движении связаны между собой соотношениями: ωио = ω/i или Vио = ω /ρ , где I – передаточное число; ρ – радиус приведения механической передачи при постоянной скорости двигателя. Этот способ регулирования получил название механического – коробки передач (ступенчатое регулирование), вариаторы, электромашинные муфты. Применение его ограничено из-за сложности автоматизации малого набора передач, невысокой экономичности и надёжности.
Электрическое регулирование скорости ИО – воздействие на двигатель при неизменных параметрах механической передачи.
Широкое применение из-за больших регулировочных возможностей, простоты, удобства использования в общей схеме автоматизации и экономичность.
1 – Естественная характеристика ω(М);
2 – искусственная характеристика с введением в цепь якоря Rg;
3 – искусственная характеристика с изменением напряжения на якоре
Обе искусственные характеристики обеспечивают при моменте нагрузки (Мс) снижение скорости до требуемого уровня ωн. Увеличение скорости ДПТ НВ выше номинального может быть получено за счёт уменьшения его магнитного потока.
Для количественной оценки и сопоставления различных способов регулирования скорости используют следующие показатели:
1 – диапазон регулирования скорости: Д = ωmax / ωmin;
2 – стабильность скорости характеризуется изменением скорости при колебаниях нагрузки на валу двигателя. Определяется жесткостью его механической характеристики. Чем больше жесткость, тем стабильнее скорость;
3 – плавность регулирования скорости определяется перепадом скорости при переходе с одной искусственной характеристики на другую;
4 – направление регулирования скорости. В зависимости от способа воздействия на двигатель и вид полученных искусственных характеристик скорость может увеличиваться и уменьшаться по сравнению с работой естественной характеристики. В первом случае регулирование идет вверх от основной, во втором вниз.
5 – допустимая нагрузка двигателя – расчеты электродвигателя выполняются таким образом, чтобы, работая на естественной характеристике с номинальными: моментом, мощностью, током и так далее, он не нагревается выше температуры, на которую рассчитана изоляция. При этом нагрев определяется также и условиями охлаждения двигателя. При регулировании скорости двигателя уже работает на искусственных характеристиках, т.е. отличных от паспортных и для сохранения его нормативного нагрева, и тем самым, расчетного срока службы нагрузки двигателя должна быть только такой, при которой в нем протекает ток не выше номинального. Именно такая нагрузка называется допустимой. Все способы регулирования по этому признаку делятся на две группы, для одной из которых характерна нагрузка равная номинальному моменту, а для другой номинальной мощности двигателя.
6 – экономичность регулирования – сопоставление вариантом регулирование ЭП производится по капитальным затратам, эксплуатационным расходам, сроком окупаемости.
4.Регулирование момента и тока электромеханическая характеристика при регулировании тока и момента ДПТ НВ
При формировании заданного графика движения часто бывает необходимо обеспечить требуемое ускорение или замедление. При этом возникает инерционная сила или инерционный момент, которые двигатель должен преодолевать находясь в переходном режиме.
Уравнение равновесия сил при постоянном движении:
F-Fc = m(со штрихом)•dV/dt; Где F – движущая сила;Fc – сила сопротивления; m(со штрихом)•dV/dt – инерционная сила.
Уравнение равновесия моментов для вращающегося движения:
M-Mc=J• dω/dt; Где М – крутящий момент;Mc – момент сопротивления; J• dω/dt – инерционный динамический момент.
Номинальный электромагнитный момент:
M=K•Ф•I;Где Ф – магнитный поток; I – ток якоря;К –конструктивная особенность;
К= , где P-число пар полюсов; N-число активных проводников ОЯ;
a-число пар параллельных ветвей ОЯ.
Регулирование тока и момента требуется для обеспечения нормальной работы самих двигателей. Так при пуске ДПТ для обеспечения нормальной работы коллекторно-щеточного узла ток должен быть ограничен 3Iном.. Необходимость ограничения тока возникает при пуске мощных ЭД постоянного и переменного тока т.к это ведет к недопустимому снижению напряжения в сети.
Для анализа возможностей регулирования тока используется эл.мех. характеристика двигателя (скоростная) ω=f(I). Для ДПТ с НВ при постоянном магнитном потоке скоростная характеристика повторяет механическую. Регулирование момента производится на ток двигателя изменением подводимого U или включением в его цепи Rдобав.. Это осуществляется только в динамическом (переходном) режиме ЭП.
Резистор включенный в цепь двигателя на период пуска обеспечивает работу на участке (1), а затем схемой управления выводится (шунтируется) на (2).
Регулирование тока и момента производится ступенчато и характеризуется не высокой точностью. Для повышение точности используется несколько ступеней, но при этом размах изменения тока и момента сужаются. Этот параметрический способ характеризуется простотой реализации, но не достаточно точный.
Типовая характеристика регулирования I и M в замкнутой системе за счет соответствующего воздействия:
За счет соответствующего воздействия на двигатель с помощью преобразователя формируется близкий к вертикали участок характеристики (3). Точность регулирования тока и момента таких ЭП является высокой (ток в пределе(участок 3) может быть получен в виде вертикальной линии).
5. Регулирование положения системы стабилизации скорости и момента
Регулирование положения.
Для обеспечения выполнения ряда технологических процессов требуется перемещение НОРМ и механизма в заданную точку плоскости и их фиксированной заданной точностью (роботы, манипуляторы, подъемно-транспортный механизм, клапаны, задвижки, механизмы подачи станков).
Перемещение исполнительного органа из одной точки плоскости в другую называется позиционирование. Обеспечивается регулированием положения вала двигателя, когда не требуются высокие точность и качество движения, позиционирование обеспечивается путевыми или конечными выключателями.
Для обеспечения высокой точности позиционирования формируется оптимальный или близкий к нему график движения (третий график движения).
Такой токовый график движения состоит из 3-х участков: разгона, движения с установившейся скоростью и торможением. И предусматривает формирование графиков 1, 2 и соответственно двигателя и по скорости
3-2/1 оптимального позиционирования.
Отметим, что при небольших перемещениях участок установившегося движения может отсутствовать. Такое позиционирование реализуется, как правило, в замкнутой системе преобразователь – двигатель.
Система управления регулируемая ЭП обеспечивает стабилизацию скорости двигателя с заданной точностью. Выполняются в виде замкнутых систем с питанием электрического двигателя от управляемых преобразователей напряжения и частоты и получил название УП – такие системы обеспечивают стабилизацию скорости как основной координаты ЭП с очень высокой точностью (от 0,1% до 0,001%).
Стабилизация моментов используется для ограничения тока двигателя в динамических и статических системах.
В системах стабилизации скорости и момента подразделяются по роду тока и току двигателя и преобразователя. На системных ЭП постоянного J по принципу действия на непрерывные (аналоговые) и дискретные (цифровые).
По принципу регулирования на статические и астатические.
По структуре на системы с суммирующим усилителем и с постепенным регулированием координат. В качестве управляемых преобразователей для ЭП используют вентильные преобразователи с транзисторами и тиристорами.
Наибольшее распространение у тиристорных ЭП, включающие тиристорные реверсивные преобразователи двигателей.
Тиристорные преобразователи широко применяются во всех отраслях промышленности для питания якорей и обмотки возбуждения двигателей и генератора постоянного тока и для питания двигателя постоянного тока.
6.Механика ЭП. Приведение моментов сопротивления, сил сопротивления, моментов инерции, масс.
Обычно двигатель приводит в действие производственный механизм через систему передач, отдельные элементы которой движутся с различными скоростями. Часто в РМ один из элементов совершает вращательное движение, другие поступательные. Механическая часть ЭП представляют собой сложную кинематическую цепь с большим числом движущихся элементов, каждая из которых обладает упругостью, то есть деформируется под нагрузкой, а в соединениях элементов имеются воздушные зазоры. В большинстве практических случаев в инженерных расчетах, не требующих большой точности и для механических звеньев, обладающих небольшими зазорами и незначительной упругостью (большой жесткостью) можно пренебречь зазорами и упругостью приняв механические связи абсолютно жесткими. При этом допущении движение одного элемента дает полную информацию о движении всех остальных и поэтому движение ЭП можно рассматривать на каком-либо одном механическом элементе. Обычно принимают вал двигателя.
Расчетную схему механической части ЭП можно свести к одному обобщенному жесткому механическому звену, имеющему эквивалентную массу с моментом инерции J, на которую воздействует электронно-магнитный момент двигателя М и суммарный приведенный к валу двигателя момент сопротивления МС, включающий все механические потери в системе, в том числе и в двигателе.
Момент сопротивления механизма МСМ состоит из полезной работы и работы трения. Моменты трения всегда направлены против движущегося момента двигателя. Моменты сопротивления механизма (МСМ) делятся на две категории: реактивные и активные (потенциальные) моменты.
В реактивный включаются момент сопротивления от сжатия ? момента трения, то есть препятствующие движению ЭП и изменяющие свой знак при изменении направления вращения. В активные – моменты от силы тяжести, растяжения, скручивания и сжатия упругих тел, то есть связаны с изменением потенциальной энергии отдельных элементов привода. Потенциальные моменты могут тормозить движение или наоборот способствовать этому движению, при этом активный момент сохраняет свой знак при изменении направления вращения привода (пример: подъемный механизм).
Приведение момента в сопротивление от одной оси вращения к другой выполняются на основании энергетического баланса системы.
WД, WM – угловая скорость двигателя и механизма
П – потери мощности промежуточных передач
При наличии нескольких передач in от двигателя к механизму момент сопротивления МС определяется:
Приведение сил сопротивления:
Приведение момента инерции к одной оси вращения основана на том, что суммарный запас кинетической инерции движущихся частей привода отнесенных к одной оси остается неизменным. При наличии вращающихся частей с моментами инерции , , , …, и условными скоростями , , , …, можно заменить их динамическое действие действием одного момента инерции, приведенного, например, к скорости вала двигателя.
- момент инерции ротора двигателя
Откуда результирующий или суммарный момент инерции приведенный к валу двигателя:
Иногда в каталогах для двигателей указывается маховый момент: - маховый момент
Д – диаметр инерции - сила тяжести
Приведение масс
Движущихся поступательно осуществляется также на основании равенства запасов, кинетической энергии:
Если механизм имеет вращающиеся и поступательно движущиеся элементы, то суммарный момент инерции:
7.Механические характеристики производственных механизмов (ПМ) и электродвигателей в установившихся режимах. Классификация
Зависимость между приведенной к валу двигателя скоростью и моментом сопротивления механизма ω = f (Mc) называется механической характеристикой производного механизм.
Различные рабочие механизмы обладают различными механическими характеристиками, однако можно сделать обобщающиеся выводы:
Мсх = М0 + (МСном – М0) ∙ (ω/ ωном),
Где Мс – момент сопротивления ПМ при скорости ω;
М0 – момент сопротивления трения в движущихся частях механизма;
МСном – тоже при изменении скорости;
Х – показатель степени, характеризующий изменение Мс при изменении скорости.
Классификация механических характеристик ПМ
1) не зависящая от скорости, х = 0 (краны, лебёдки);
2) линейно возрастающая, х = 1 (генераторы постоянного тока);
3) нелинейная возрастающая (параболическая), х = 2, Мс зависит от квадрата скорости. Характерно для центробежных насосов, гребенчатых винтов;
4) нелинейная спадающая, х = -1; Мс изменяется обратно пропорционально скорости, а мощность потребляемая ПМ остается постоянной. Характерно для токарных, расточных и фрезерных станков.
Механическая характеристика электродвигателя – это его зависимость угловой скорости от вращающего момента: ω = f (M), т.е. скорость является убывающей функцией момента ЭД. Это относится ко всем двигателям переменного тока. Однако степень изменения скорости с изменением момента у них различна и характеризуется так называемой жесткостью их механических характеристик и это отношение разности.
β = (М2 – М1)/(ω2 – ω1) = ΔМ/Δ ω – жесткость
1 – абсолютно жесткая; β = ∞. Характерно для горизонтальных двигателей.
2 – жесткая, скорость хоть и уменьшается, но в малой степени. Характерна для ДПТ НВ и асинхронных двигателей в пределах рабочей части механической характеристики. Для АД жесткость в различных точках механических характеристик различна и в пределе от Мкр.дв. (для двигательного режима) до Мкр.ген. (генераторного режима) имеет большую жесткость.
3 – мягкая, с изменением момента скорость изменяется значительно в ДПТ НВ, особенно в зоне малых моментов. Для этих двигателей жесткость не остается постоянной величиной на всех участках характеристики. ДПТ СВ могут быть отнесены ко второй и третьей группе, а зависимости от значения и жесткости.
4 – абсолютно мягкая (β = 0). Момент двигателя остается неизменным. ДПТ НВ при питании от источника тока или при работе в замкнутых системах ЭП в режиме стабилизации тока якоря.
Изменение момента сопротивления на валу двигателя приводит к тому, что скорость двигателя и момент, который он развивает, могут изменятся автоматически и привод будет устойчиво работать при другой скорости с новым значением момента при проектировании электромеханическая характеристика ПМ является уже заданной.
Поэтому для получения устойчивой работы в установившемся режиме для определенных скоростей и моментов ПМ необходимо подбирать механическую характеристику двигателя соответствующей формы.
8.Уравнение движения ЭП. Инерционный (динамический) момент
Во многих случаях привод ускоряется или замедляется. Тогда возникает инерционная сила инерционный момент который, двигаясь должен преодолеть, находясь уже в переходном режиме.
Причины переходных режимов изменение нагрузки, либо воздействие на привод, при управлении (к ускорению, торможению), изменение направления вращения, а так же при аварийных ситуациях (изменение направления, или частоты не симметричного направления)
При поступательном движении: инерционная сила
Для вращательного движения: инерционный динамический момент
1. M > Mc - > 0 имеет место ускорение привода
2. M ∆t
Пример: привод вентилятора от AD с короткозамкнутым ротором.
M - Mc =
Подобный метод по строения кривой скорости для определения време6ни пуска применяем и для ДПТ, если их механические характеристики не могут быть выражены аналитически. Метод применяемый и для нормальных режимов.
Кроме метода пропорции скорости ω=f(t) и определения времени пуска движения используется метод площадей сводящейся к графоаналитическому интегрированию уравнению движений задаются механическими характеристиками движения и производств механизма совмещаются, т.е. определяется кривая данных момента Мдин = М - Мс затем делятся на ряд участков равномерных на каждом из которых момент предполагается постоянным и равным среднему значению:
∆f =
При равенстве каждого участка ∆ω то общее время пуска:
Изучение переходных процессов в ЭП связано с надобностью установления линейной скорости, тока момента, а иногда от времени, при пуске, торможении, реверсировании.
9.Время ускорения и замедления привода. Определение наивыгоднейшего передаточного отношения
Время переходных режимов привода (пуска, торможения, переходной одной скорости и другой) влияют на производительность механизма. Из уравнения движения привода
И время необходимое для изменения необходимое для измерения скорости
t1,2=
Для решения этого интеграла необходимо знать зависимость моментов движения и механизма от скорости.
В простейшем случае при постоянных величины М, Мс, I получим
1.2 =
Этим уравнением можно воспользоваться для расчета времени движения.
Мп – значение момента движения в момент пуска
от состояния покоя до конечной скорости при заданном значении Мс
Из уравнения t1,2=y видно, что полное время ПП равно ∞. Действительно поскольку ПП закон заканчивается при: наступление равенства моментом (Мс = М), то величина стоящая под знаком f→ ∞. В практических расчетах считают процесс разбега заканчивается при скорости равной не ω2, а приблизительно ω = 0,95* ω2. Тогда время разбега получит конечное значение.
В тех случаях когда момент имеет “-” значение замедляется:
Привода замедляется и в том случае, когда движение развивается “+” момент по абсолютному значению текущего момента сопротивлений Время торможения tт =
При значениях M, Мс,I = const, то время tт = I .
В ряде случаев возникает необходимость в получении минимального времени разгона и торможения ПМ (дал повышения производительности следующих системах). При заданных моментах инерции Ip, производственного механизма Ic и момент сопротивления Мс уравнение движения привода относительно рабочего вала ПМ пренебрегают потери передачи: i*M-Mc(Ic+kIyi2)
Коэффициент k учитывает момент инерции ПМ
Очевидно, min время разгона имеет место разгона при наибольшем ускорении
Пользуясь правилом определения max значений и пологая MjּMc = const находим оптимальное передаточное отношение
iопт =
В том случае когда Мс оказывается значительное ω0 примет вид:
Графически механические характеристики двигателя в режиме торможения являются продолжением характеристик двигательного режима в область 2го квадрата (в приводах транспортного и подъемного механизма при спуске груза, а также при регулировании скорости двигателя переходящего к низшим скоростям). Применение ограничено, т.к. не во всех приводах ЭП невозможно соблюдать условие: ω>ω0.
15. Механические характеристики ДПТ НВ в режиме динамического торможения
Происходит при отключении якоря двигателя от сети при замыкании его на резистор.
При динамическом торможении, также происходит преобразование механической энергии в электрическую, но эта энергия в сеть не отдается определяется в виде тепла и теплоты сопротивления в цепи якоря. т.к. ЭДС двигателя сохраняет тот же знак (как и в двигательном режиме), а напряжение из вне якоря е прикладывается. Ток якоря определяется: I=-E/R (R-сопротивление якорной цепи).
Тормозной момент при данном торможении (пренебрегая реакцией якоря) выражается
-MТ = К*Ф*I = - К2*Ф2*ω/R при Ф=const
Данное торможение широко используется для остановок привода, при отключении его от сети (особенно при реактивном характере момента). Характерно при спуске грузовых подъёмов. Достаточно экономично, хотя и уступает требованиям.
16. Механические характеристики ДПТ НВ в режиме торможения противовключением
Осуществляется в том случае, когда обмотки двигателя включены для одного направления вращения, а якорь двигателя под воздействием внешнего момента или сил инерции вращается в противоположную сторону. Привод подъемника, когда двигатель включен на подъем, а момент, развиваемый грузом, заставляет привод вращаться в сторону спуска груза. Тот же режим и при переключении обмотки якоря (или ОВ) двигателя для быстрой остановки или реверса.
Механическая характеристика торможения противовключением.
Продолжение характеристики двигательного режима в области квадранта IV. Это видно из уравнения механической характеристики двигателя или полагать, что М > Мк3 и «+» по знаку.
Пуск двигателя при включении возможен тогда, когда Мс1 груза будет
Мс1 900 условие устойчивой работы нарушается, то есть при увеличении нагрузки угол возрастает, а момент уменьшается и СД выпадает из синхронизма.
23. Принцип компенсации внешних возмущений и принцип отключения (обратной связи)
Принцип компенсации ( на примере компенсации момента нагрузки при регулировании его скорости).
Основной признак – наличие в цепи, по которой на вход ЭП в месте с заданным сигналом Uзс подается сигнал пропорциональный моменту нагрузки.
UM=KM*MC
KM - коэффициент пропорциональности.
Управление ЭП осуществляется суммарным сигналом U∆ который автоматически изменяясь при колебаниях момента нагрузки обеспечивает поддержание скорости ЭП на заданном уровне. Применяется редко из-за отсутствия простых и надежных датчиков момента нагрузки МС.
Принцип отклонения характеризуется наличием цепи обратной связи, соединяющий выход ЭП с его входом, по которой информация о текущем значении скорости подается на вход ЭП, где он вычитается из сигнала задания скорости Uзс. Управление осуществляется сигналом отклонения:
U∆= UЗС-UОС
Сигнал рассогласования ошибка, который при изменении скорости от заданной автоматически изменяется и с помощью системы управления ЭП устраняет эти отклонения.
Обратные связи делятся:
1).положительные и отрицательные;
2).линейные и нелинейные;
3).жесткие и гибкие;
ПОС ( положительная обратная связь )-сигнал направлен согласно задающим, т.е. складывается.
ООС (отрицательная обратная связь) - сигнал направлен встречно.
Жесткая ОС действует как в установившемся режиме, так и в переходном.
Гибкая ОС вырабатывается точно в переходных режимах и служит для обеспечения требуемого качества установившегося движения.
Линейная ОС характерно пропорциональная зависимость между регулируемой координатой и сигналом обратной связи. При реализации же нелинейной связи эта зависимость нелинейная.
24.Функциональная схема ЭП с общим усилителем
В зависимости от вида регулирования координаты в ЭП используются связи по скорости, положению, току, напряжению, магнитному потоку, ЭДС. Для обеспечения заданного хода и качества технологического процесса на ЭП кроме указанных (внутренней обратной связи) часто подаются сигналы различных технологических датчиков (температура, положения, усилия резанья, давления). В этом случае ЭП вместе с рабочей машиной образуют систему автоматического регулирования САР. В этой системе ЭП является силовым регулирующим устройством, выходная координата которого Хвых является управляющим воздействием для рабочей машины РМ и обеспечивает заданный ход технологического процесса при изменениях задающего сигнала технологического параметра (Хзт), так и возмущающего воздействия (Хвозм).
Сигналом задания для ЭП является сигнал отклонения Хзт сигналом Хтехнол. ос. Отметим, что сигналов Хтехнол. ос может быть несколько и для выработки задающего сигнала используются ЭВМ или микропроцессор.
Иногда требуется регулирование нескольких координат ЭП (ток, момент, скорость). Здесь замкнутые ЭП выполняются по одной из следующих схем:
1) – схема ЭП с общим усилением;
2) – схема ЭП с подчиненным регулированием координат.
Схема ЭП с общим усилением.
ЭЧД – электрическая часть двигателя; МЧД – механическая часть двигателя.
Схема обеспечивает регулирование двух координат скорости и тока (момента). Здесь сигналы ОС (обратная связь) по току и скорости подаются на вход УУ вместе с задающим, где алгебраически суммируются. Схема отличается простотой, но не позволяет регулировать координаты независимо друг от друга. За счёт использования не линейных ОС (отсечек) удаётся в некотором диапазоне осуществить их независимое регулирование, что частично устраняет указанный недостаток.
25.Функциональная схема ЭП с подчиненным регулированием координат
ЭЧД – электрическая часть двигателя; МЧД – механическая часть двигателя.
Схема принципиально отличается от схемы с общим усилителем. Регулирование каждой координаты осуществляется собственным регулятором тока (РТ) и регулятором скорости (РС), которые соответствующими обратными связями образуют замкнутый контур и располагаются таким образом, чтобы входным (задающим) сигналом для контура тока (Uзт) является входной сигнал внешнего по отношению к нему контура скорости.
Т.о. внутренний контур тока будет подчинен внешнему контуру скорости – основной регулируемой координаты ЭП.
Достоинство – это возможность оптимальной настройки регулирования каждой координаты.
Схема нашла самое широкое применение в ЭП, кроме того, подчинение контуров тока контуру скорости позволяет упростить процесс ограничения тока и момента. Для чего необходимо лишь поддерживать на соответствующем уровне сигнал на входе регулятора скорости (сигнал задания уровня тока). Для регулирования положения вала двигателя в эти схемы необходимо ввести соответствующую обратную связь.
Для выработки законов управления двигателем (реализуемый силовым преобразователем) замкнутые схемы ЭП содержат определенный набор управляющих элементов:
1 – задающее устройство (программное) – определяют уровень и характер изменения регулируемой координаты;
2 – датчики регулируемых координат и технологических параметров дающих информацию о ходе техпроцесса и работе самого ЭП;
3 – регуляторы и функциональные преобразователи – вырабатывают управляющие воздействия на основе сигналов задающих устройств датчиков координат и положения;
4 – согласующие элементы позволяют соединить в единую схему все указанные элементы за счет согласования их входных и выходных сигналов по роду тока, уровням и видам сигналов и т.д.
По х-ру преобраз. сигналов УУ делятся на:
-аналоговые, х-ся наличием функц-ой (линейной или нелинейной) в зависимости от вх. и вых. сигналов. При этом вых. сигнал может принимать любое значение, у которых напряжение и частота на выходе регулируется в широких пределах в зависимости от уровня управляющего сигнала.
-дискретные, имеют нулевой или максимальный вых. сигнал, который появ-ся или исчезает при достижении вх. сигналом опр. зн-ия (реле, бесконтактные лог. элементы)
На дискретных создаются цифровые схемы управления ЭП.
26.Регуляторы и функциональные преобразователи
Основной элемент аналоговой системы - это усилитель с очень большим коэффициентом усиления (до 10 000).
Предназначение: усиление и формирование требуемых законов управления (интегрирование, дифференцирование, суммирование).
При включении во входящие цепи и цепи обратной связи резисторов и конденсаторов получаются соответствующие регуляторы.
Пропорциональный регулятор
Roc
Uвх R1 Uвых U Uвых
Uвх
t0 t
Интегральный регулятор
Сос U
Uвх R1 Uвых Uвх
Uвых
t0 t
Дифференциальный регулятор
Rос
U
Uвх с1 Uвых Uвх
t0 t
П – регулятор осуществляет масштабное пропорциональное преобразование входного сигнала с коэффициентом К=RocR1 и инвертирование его знака. Выходной сигнал повторяет входной с соответствующим коэффициентом преобразования K при подаче на него ступенчатого входного сигнала в момент времени T0.
И – регуляторы в цепи обратной связи приобретают свойства интегрированного устройства и напряжение выхода определяется от входного сигнала.
Д – регуляторы обеспечивают дифференцирование входного сигнала с коэффициентом Т=RocC1.
Пи, П, Д осуществляют комплексное преобразование входных сигналов.
Функциональный преобразователь
Входит в состав в УБСР (унифицированная блочная система регулирования) позволяет возводить в квадрат и извлекать квадрат, умножать и делить входные аналоговые сигналы, выделять модуль сигнала, осуществлять различные зависимости между входным и выходным сигналами (на базе одного или нескольких ОУс).
Рассмотрим схему включения ОУс , обеспечивающего ограничения сигналов. Для чего в схему ОС параллельно резистору РОС включаются стабилитроны VD.
VD1 VD2 Uвых
Uст Uвх
Uвх R1 Uвых
-Uст
До уровня выходного напряжения соответствующего напряжению пробоя стабилитрона ОУ работает как обычный масштабный преобразователь с линейной характеристикой Uвых=f(Uвх). При достижении выходного напряжения, равного Uстаб происходит пробой стабилитрона. Эквивалентно к сопротивлению цепи ОС коэффициент усиления становится равным нулю. Напряжение на выходе перестаёт изменяться (ограничивается). Два стабилитрона в цепи обеспечивают получение симметричных характеристик Uвых и Uвх.
27.Датчики регулируемых координат (командные устройства, датчики напряжения и тока, ускорения и положения, цифровые
Командные задающие устройства
Реализуются на базе сельсинного командно аппарата (вращающиеся тр-ры и потенциометры). Ротор сельсинного датчика (СД) командным валом с ротор сельсинный приемник СП с исполнительным валом.
Однофазная обмотка СД подключается к сети ~J с напряжением U1 к трех фазной обмотке СП и СД соединены между собой электрической связью. СП работает по такой же схеме в режиме тр-ра. Напряжение по фазной обмотке
подается в схему управления. Допустим ротор СД повернут на угол Q вх, а ротор СП на угол Qвых, т.к. имеем определенный угол рассогласования
δ= Qвх- Qвых. Тогда Uвых= Umax COS(Qвх- Qвых.)= Umax* COS δ
Umax=K U1
Величина K определяется параметром схемы. Из уравнения видно что при угле рассогласования равном нулю, выход напряжения равен max (согласованное положение роторов). Практически нужен чтобы Uвых=0 при δ =0. Это достигается преднамеренным сдвигом роторов сельсинов на постоянный угол рассогласования.
Тогда новое положение роторов принимается за начальное и уравнение получает вид: Uвых= Umax* SIN δ
Т.е. Uвых сельсинного измерителя рассогласования изменяется пропорционально синусу угла рассогласования. При изменении знака δ фазы выходного напряжения изменяется на величину П поэтому измеритель рассогласования не только измеряет величину рассогласования, но и определяет направление в котором произошло рассогласование. Сельсинные измерители рассогласования могут работать и временные непрерывного вращения. В качестве датчиков положения также используем путевые и кольцевые выключатели (бесконтактные и контактные). Контактные в свою очередь делятся на вращающиеся, рычажные и нажимные.
Кроме сельсинных используют магнесин – это бесконтактный электра - механический датчик угла поворота вала. Имеет более простое устройство, меньшую массу и габариты, высокую точность измерения.
Индуктосин для измерения линейных перемещений механических элементов ЭП и ИОРМ. По устройству напоминают линейный АД и имеет плоский статор и подвижный ротор. Первичная обмотка на статоре подключается к сети переменного тока, при этом во вторичной обмотке при перемещении ротора будет наводится ЭДС зависящее от его положения. Точность может достигаться до нескольких микрон.
Датчик напряжения ДН и датчик тока ДТ
ДН –потенциометры; ДТ -отдельные шунты; при больших токах –тр-ры тока и двигателя- J часто используют обмоткой допол. полюсов компенсационных обмоток.
Тр-р- дроссельный магнитный усилитель, сердечник которого выполнен из материала с прямоугольной петлей гистерезиса . Обмотки W2 усилителя включены в цепь измеряемого тока.
Магнитный усилитель работает временно вынужденного намагничивания и представляет собой модулятор сигнала -J, где модулятором служит выпрямительное устройство. Датчики тока в системах за приводов с тиристорным приводом включают в ряде случаев в цепи~J.
Вторичные обмотки тр-ов тока нагруженны на резистор R2 в напряжении снимаемое с этих резисторов выпрямляется трехфазным мостом и сглаживается фильтром Сф; выпрямленное рассогласования Uвых на вых. датчика снимаемого с потенциометра K1 практически пропорциональный току первичной цепи, который в свою очередь пропорционален току нагрузки транз-го преобразователя.
Для получения от датчика тока или напряжения сигнала с отсечной на выходе датчика включается стабилитрон напряжения пробой которого определяет ток (напряжение отсечки) .
Датчики дополнительного тока (датчик ускорения)
Простейшим датчиком может быть дирекционная цепочка RC , включается на выход техогенератора
Датчики скорости. Широкое распространение получили ТГ – J с независимым возбуждением и постоянными магнитами. Использование ТГ на –J обусловлено тем, что АСУ ЭП имеет вход на постоянный вход на –J до и сами приборы требуют питание от –J. ТГ ~J (асинхронный, синхронный, и индукционные) с выходом на –J через полупроводниковый выпрямитель. Асинхронный ТГ (2-3 Вт) имеют две обмотке статора сдвинутые между собой на угол П/2
Короткозамкнутый ротор выполняют в виде тонкостенного цилиндра, на одну из обмотки подают одну фазную напряжение сети, с другой снимают напряжение пропорциональное скорости ротора. Применяется в ЭП с большим диапазоном регулирования скорости при небольших диапазонах регулирования и рабочих скоростей(200-300 рад/с). хорошо работают однофазные синхронные ТГ с постоянными магнитами. При более низких скоростях 3-х фазные синхронные ТГ и индукционные высокочастотные ТГ.
Напряжение ТГ ~J перед его выпрямлением может быть повышенно с помощью тр-ров. Это уменьшает влияние нелинейности выпрямителя на характеристику ТГ.
Потенциометрические датчики положения.
С линейным и вращательным дв-ем ползунка.
При подключении ползунка к исполнительному двигателю потенциометр выполняет функции за датчика интенсивности и его Uвых будет пропорционально положению вала, кроме сельсинов принимают бесконтактный эл. мех. датчика, угол поворота вала имеет более простое устройство, высокую точность измерения, и малые габариты.
Индуктосин применяют для измерении линейных перемещении и мех. хар. ЭД или ИО РМ.
По устройству напоминает лин.АД и имеет плоский статор и подвижный ротор. Первичная обмотка на статоре подключается к 1 фазной сети ~J при этом на вторичной обмотке при перемещении ротора будет наводиться ЭДС зависящее от положения точности
Цифровой фотоэлектрический датчик положения.
Первичный элемент - кодирующий диск, соединенный с валом двигателя или рабочей машиной. Диск состоит из нескольких концентрированных колец (дорожек), каждая из которых имеет сегменты и участки (прозрачные и непрозрачные). Кольцо с минимальным радиусом имеет два таких участка и относится к старшему разряду выходного числа; в каждом последующем кольце число этих участков удваивается, что соответствует в двоичном представлении чисел к переходу к следующему разряду. Диск состоит из трех колец, что позволяет формализовать трехразрядное двоичное число.
Получение сигнала фотоэлектрическим способом. Для этого с одной стороны диска устанавливаются (по числу колец) светодиоды, а с другой стороны приемники фотодиоды. Когда между ними проходит прозрачный участок диска светодиод освещает фотодиод. Электрическое сопротивление последнего резко изменяется, что и является входным воздействием для последующей работы датчика (Д) положения. Схема одного канала Д положения соответствует одному разряду. Фотодиод включен на вход ОУс работающего времени реле. В исходном положении ОУс закрыт отрицательным опорным напряжением. При освещении фотодиода ОУс открывается и на его выходе появляется электрический сигнал, соответствующий 1 двоичного числа. Любому положению кодирующего диска в пределах 360º , т.е. одному обороту соответствует определенное сочетание нулей и единиц на выходах усилителей, т.е. определенное числовое положение угла.
Из трехразрядного датчика видно, что при повороте диска на 360º имеет место восемь комбинаций сигналов с выходов усилителей (от 000 до 111), что соответствует изменению числа в десятичной (от 0 до 7) системе.
Вместо фотоэлементов в качестве первичных датчиков положения могут применяться индуктивные датчики с индуктивными силами, позволяющие получать выходные сигналы более высокой точности. Разрешающая способность таких датчиков, характеризующая их точность, определяется Δφ = 360 / р2n , где р - число пар полюсов индуктосин
А так как это число р может составлять несколько сотен, то точность измерения может быть обеспечена в несколько единиц (десятков) угловых секунд
28.Информационные свойства АЭП
Информацию, воплощенную и зафиксированную в некоторой материальной форме, называют сообщением и передают с помощью сигналов. Природа большинства физических величин такова, что они могут принимать любые значения в каком-то диапазоне. Сигнал отображает эту информацию и возникающий на выходе соответствующего Д может иметь бесконечное число значений, т.к. в данном случае непрерывный сигнал изменяется аналогично выходной информации, его называют аналоговым, а устройство, в котором действуют такие сигналы, аналоговыми. Существуют дискретные сообщения, параметры которых содержат фиксированный набор отдельных значений, а т.к. этот набор конечен, то и объем информации конечен.
На практике непрерывные сообщения можно представить в дискретной форме. Непрерывность сообщений по величине не может быть реализована в связи с погрешностью источников приемников информации и наличием в канале информации.
Поэтому к непрерывным сигналам можно применять квантование по уровню и по времени, при этом каждая выборка будет принимать ближайшее разрешенное значение из выбранного конечного набора значений. Совокупность всех выборок образует дискретный или цифровой канал. В цифровой технике такой процесс называется кодированием, а совокупность полученных чисел - кодом сигнала. Вместо преобразования или передачи конкретных сигналов эти операции могут быть выполнены над их кодами (в устройствах цифровой техники). При этом можно оперировать и аналоговыми сигналами, которые преобразуются в цифровые с помощью АЦП.
Т.обр., дискретное сообщение состоит из чисел и символов ("+" и "-"), каждое число состоит из чисел.
Способ записи чисел с цифровыми знаками называется счислением. Значение каждой входящей в число цифры зависит от его положения в записи числа. Количество различных чисел, применяемых в позиционной системе, называется основанием системы. В зависимости от основания системы позиционные системы счисления могут быть десятичными, двоичными и т.д.
В цифровой технике наибольшее распространение получила двоичная система, содержащая только цифры 0 и 1. Значительно реже используют 8-ые и 16-ричные системы. Их в частности применяют при составлении программ для более удобной и короткой записи двоичных кодов команд, т.к. эти системы не требуют специальных операций для перевода в двоичную систему
31.Микропроцессорная система в АЭП
Состав микропроцессорной системы (МПС) наряду с МП входят устройство памяти оперативной и постоянной, интерфейсное устройство (ИУ), устройство сопряжения (УС) с внешними объектами, внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), силовая часть ЭП (СЧ ЭП), система управления ЭП, устройство ввода-вывода (УВВ), датчик (Д).
ОШ – общая шина.
Устройство памяти ОЗУ, ПЗУ служат для размещения подлежащих обработке данных и программы, в соответствии с которой эта обработка должна вестись, а также результатов обработки. Для расширения возможности МПС кроме ОЗУ и ПЗУ могут использоваться ВЗУ, к числу которых относятся накопители информации (магнитные диски, ленты). УВВ – для обеспечения взаимодействия МПС и оператора в удобной для него форме. К УВВ относится клавиатура, печатающие машины, принтеры, плоттеры, устройства визуального представления информации (дисплеи).
УС обеспечивают связь МПС с различными внешними периферийными уставами и могут иметь самые разнообразные схемные и элементные способы реализации. Например, для связи МПС с датчиками координат ЭП и блоками схемоуправления ЭП. Широко используют АЦП, ЦАП.
ИУ обеспечивает управление передачей информации между МПС, УВВ, Д и т.д.
32.Принципы измерения координат хода технологического процесса в замкнутой системе "П - Д" с ООС по скорости ДПТ НВ
Рассмотрим на принципах построения и движения замкнутых систем регулирования скорости, тока и положения двигателя с использованием различных обратных связей.
На валу ДПТ с НВ находится датчик скорости, тахогенератор, выходное напряжение которого прямо пропорционально скорости ДПТ и является сигналом ОС.
Коэффициент пропорциональности γ называется коэффициентом ОС по скорости и может регулироваться за счет изменения тока возбуждения ТГ, поэтому в цепи ставим сопротивление.
Сигнал ОС Uтг= j•ω= Uос сравнивается с задающим сигналом скорости и их разность в виде сигналов рассогласовываются, или ошибки (Uвх) подается на вход дополнительного усилителя (У), который с коэффициентом Ку усиливает сигнал рассоглосования Uвх и подает его в виде сигнала управления на вход преобразователя П.
Рассмотрим физическую сторону процесса регулирования скорости в данной системе. ДПТ работает под нагрузкой в установившемся режиме и по каким то причинам происходит увеличение момента сопротивления, так как развиваемый ДПТ момент становится меньше момента нагрузки, его скорость начинаем снижаться и соответственно будет уменьшаться сигнал ОС по скорости Uтг= j•ω , что в свою очередь вызовет увеличение сигналов рассогласования (Uвх и управления Uу) и приведет к повышению ЭДС преобразователя, а следовательно напряжение и угловая скорость ДПТ начнут увеличиваться, система придет в установившийся режим. При уменьшении нагрузки ОС действует в другом направлении. Т.о. благодаря наличию ОС осуществляется автоматическое регулирование ЭДС преобразователя, а значит и подводимого к ДПТ напряжения, за счет чего повышается жесткость характеристик ЭП.
33.Регулирование тока и момента ДПТ с помощью нелинейной ООС по току
β - коэффициент обратной связи по току (Ом).
В качестве датчика тока используются цепи Rш, падение напряжения на котором пропорционально Iя. В качестве шунта часто используется обмотки дополнительных полюсов или коллектор обмотки двигателя. Сигнал обратной связи шунта в виде Uот = β∙I поступает на узел тока ограничения (УТО) или угол токовой отсечки. Вместе с сигналом задания тока (Uзт) определяющим уровень тока отсечки (Iотс), с которого начинается регулирование (ограничение) тока.
Работа УТО происходит следующим образом, при токе в якоре меньшим заданного тока отсечки Iя ≤ Iотс сигнал обратной связи на выходе УТО равен нулю, т.к. ЭП в диапазоне тока якоря от 0 до тока отсечки является разомкнутым, поэтому имеет характеристики в зоне (I).
При токе I > Iотс на выход УТО появляется сигнал ООС. ЭП становится замкнутым и начинает работать в соответствии с характеристиками в зоне (II). Uвх = Uзс - β∙I,
т.е. при увеличении тока значение Uвх уменьшается, что вызывает уменьшение напряжения управления преобразователем и соответственно ЭДС преобразователя. При этом уменьшается напряжение на двигатель, соответственно уменьшается ток якоря. Характеристики двигателя становятся круто падающими, т.е. мягкими, что и отражает эффект регулирования тока (соответственно момента).
При увеличении коэффициента усиления системы характеристики в зоне (II) все ближе приближаются к вертикальным линиям. Уровень ограничения тока определяется сигналом (уставкой Uзт). Ток при нулевой скорости двигателя измеряется током стопорения
34.Замкнутая схема ЭП с ДПТ с обратной связью по скорости и току
Для получения жестких характеристик ЭП необходимых для регулирования скорости и мягких характеристик, требуемых для ограничения тока и М (т.е. при регулировании двух координат), применяют соответствующую обратную связь.
В схеме ЭП с нелинейными обратными связями по скорости и току для обеспечения целей ОС используется узел тока ограничения (УТО) и узел ограничения скорости (УОС), характеристики которых показаны внутри соответствующих условных изображений.
Область некоторых характеристик с делением на три зоны. В зоне (I) в диапазоне токов от 0 до Iотс действует только обратная связь по скорости, обеспечивая жесткие механические характеристики ЭП. В зоне (II) при токе большем Iотс вступает в действие ОС по току, характеристики становятся мягче. При дальнейшем увеличении тока и падении скорости отсечки, перестает действовать ОС по скорости, а за счет действия связи по току характеристики становятся еще мягче, зона (III), т.е. обеспечиваются требуемые ограниченные токи и М. После формирования требуемых статических характеристик в замкнутом ЭП, построенном по схеме с общим усилителем, может оказаться, что его характеристики не приемлемы, т.е. двигатель в переходный процесс оказывается неустойчивым, или характеризуется нерегулированием или колебаниями, или имеет место значительное время протекания.
В этих случаях требуется коррекция законов управления ЭП. Сущность коррекции характеристик ЭП заключается в том, что в схему включаются дополнительные корректирующие устройства, позволяющие нужным образом изменить эти характеристики.
Цель коррекции – в получении и использовании в схеме ЭП дополнительных сигналов управления, пропорциональных производным и интегралам от основных характеристик. Другими словами, использование дополнительных гибких обратных связей. Эти связи проявляют себя только в переходных процессах. Участвуя в формировании заданных характеристик ЭП и не изменяя в то же время полученные с помощью жестких (постоянно действующих ОС) статических характеристик.
35.Замкнутая система ЭП с подчиненным регулированием координат
Эффективное и качественное регулирование координат в системе преобразователь-двигатель обеспечивает принцип подчиненного регулирования реализуемый по схеме из прошлой лекции, где этот принцип предусматривала регулирование каждой координаты с помощью своего отдельного регулятора и соответствующей обратной связи, т.е. регулирование каждой координаты происходило в собственном замкнутом контуре. Требуемая характеристика эл. привода в статике и динамике можно получить за счет выбора схемы и параметров регуляторов этой координаты и цепи её ОС. Управление внутренним контуром с помощью выходного сигнала внешнего контура определяет еще одно ценное свойство таких систем. Оно в возможности простыми средствами ограничить любую регулируемую координаты, например, ток и М на заданном уровне. Для этого требуется всего лишь ограничить сигнал поступающий с внешнего контура. Регуляторы скорости и тока в большинстве схем ЭП этого типа выполняются на базе операционных усилителей. включение в цепь задающего сигнала регулятора скорости(РС) и его обратной связи(R1, Rос1). Обеспечивает изменение (усиление или ослабление) этого сигнала с коэффициентом усиления К1 = Rос1/R1. Аналогично изменение ОС по скорости (Иос): К2 = Rос1/R2.
Такой регулятор получил название пропорционального регулятора скорости.
При включении в цепь ОУ конденсаторов (реактивных электрических элементов). Его функциональные возможности по преобразованию эл. сигналов становится шире. Так включение в цепь ОС регулятора тока конденсатора тока Сос2 последовательно с Rос2 позволяет получить на выходе регулятора тока сигнал в виде суммы 2х составляющих
Иу =К3•Ивх + К4 ∫ Исх dt, где К3 К4 – коэффициенты усилителей сигнала.
Здесь сигнал Uу управление содержит пропорциональную и интегральную составляющую входного сигнала, т.е. регулятор тока является = ПП = регуляторам.
Основное условие желаемой (заданной) характер ПП при регулировании координат. Из всех возможных их видов обычно выбирают ПП с затухающими колебаниями, что является оптимальным в том смысле, что позволяет обеспечить устойчивость этих процессов при небольших длительностях и перерегулировании. Распространенным методом настройки регуляторов является так называемый технологический оптимум, при котором перерегулирование ∆Х = Хмах – Хуст и составляет 4,3% от установившегося уровня, а время переходного процесса tПП = 4,1 Т П(ТП – электромагнитная постоянная времени тиристорного преобразователя и принимается обычно равной 0, 01 секунды). Как уже отмечалось схема подчиненного регулирования позволяет простыми средствами ограничить координаты ЭП с заданным уровнем. Для этой цепи в цепь ОС регулятора скорости включаются стабилитроны, которые ограничивая выходное напряжение РС являющееся входным задающим сигналом (установка тока) ограничивают тем самым ток и момент двигателя с заданным уровнем.
Особенностью этих статических характеристик является наличие вертикального участка, на котором обеспечивается ограничение тока и момента, и участка (2) с жесткими характеристиками. Наклон зависит от 2х постоянных времени.
ТМ – электромеханическая постоянная времени двигателя;
ТП – электромагнитная постоянная времени преобразователя.
Такие схемы нашли самое широкое применение в регулируемых ЭП как постоянного тока, так и переменного тока.
36.Замкнутая схема управления ЭП по системе "источник тока - ДПТ"
Силовую часть этой схемы образует источник тока (ИТ) ДПТ, обмотка возбуждения которого подключена к усилителю У, имеющему два входа. По первому входу на усилитель с потенциометра ЗПМ поступает задающий сигнал момента Uзм, который определяет значение момента на вертикальном участке характеристики. На второй вход усилителя подается сигнал нелинейной отр. ОС по скорости в виде сигнала Uос, которая образует Тr обр.связь вентиль V и задающий потенциометр скорости ЗПС.
Цепь ОС собирается т.о., чтобы вентиль V начал пропускать ток по этой цепи только тогда, когда ЭДС Tr превысит задающий сигнал по скорости Uзс, что произойдет при скоростях > скорости отсечи (ωотс). При скорости
tпп = 3 ∙ Тм
Тм – электромеханическая времени
Тм = J/β = J∙ω0 /Мкз
ωуст = (Мкз – Мс)/β
44.Схема пуска ДПТ в две ступени в функции ЭДС и динамического торможения в функции времени
В качестве датчика ЭДС используют якорь двигателя, к которому подключены контакторы ускорения КМ1, КМ2. С помощью регулировочных Ry1 и Ry2 контакторы настраиваются на срабатывание при определенных скоростях движения двигателя. Для торможения предусмотрен Rg3, включение и отключение которого осуществляется контактором торможения КМ3. Для обеспечения необходимой при торможении выдержки времени используется электромагнитное реле КТ, замыкающий контакт которого включён в цепь КМ3. При подключении происходит возбуждение ДПТ. Пуск от SB1 приводит к срабатыванию КМ и подключение двигателя к источнику питания и началу разбега с резисторами в цепи якоря (Rg1 + Rg2)
По характеристике (1) по мере увеличения скорости растет ЭДС двигателя и соответственно напряжение на катушках КМ1 и КМ2. При скорости ω1 срабатывает КМ1, закорачивет первую ступень Rg1. Двигатель переключается на работу по характеристике (2). Соответственно, при ω2 срабатывает КМ2 и закорачивает вторую ступень Rg3. ДПТ переключается на работу по естественной характеристике (3) и закорачивает свой разбег в точке установившегося режима (Iн; ωн).
Режим торможения включается нажатием SB2 (стоп). КМ теряет питание и размыкает свой контакт в цепи якоря, отключает его от источника питания. Размыкающий блок-контакт КМ в цепи КМ3 замкнется и КМ3 подключит Rg3 к якорю, переводя ДПТ в режим динамического торможения по характеристике (4). Одновременно размыкается блок-контакт КМ в цепи реле времени КТ. КТ теряет питание и с этого момента начинается отсчет выдержки времени. Через интервал времени, необходимый для снижения скорости двигателя до нуля. Реле времени отключится и своим контактом разорвет цепь питания КМ3. При этом тормозной резистор Rg3 отключается от якоря, торможение заканчивается и схема возвращается в свое исходное состояние
45. Пуск ДПТ в одну ступень в функции времени и динамическое торможение в функции ЭДС
Управление ДПТ при пуске происходит по аналогии с предыдущей схемой. Отметим только, что блок-контакт в цепи КМ2 предотвращает перевод двигателя в режим торможения. SB1 включает КМ1. Торможение при нажатии на SB2 (стоп). При этом КМ теряет питание и отключает двигатель от источника питания, и своим блок-контактом включает КМ2, который под действием наведенной в якоре ЭДС срабатывает и замыкает якорь на Rg2. Процесс динамического торможения идет до тех пор, пока его ЭДС при уменьшении скорости не станет меньше напряжения отпускания КМ2 и схема вернется в исходное положение.
47.Пуск ДПТ ПВ в функции тока
Катушка реле тока КА включена в цепь якоря, а его размыкающий контакт в цепь контакта ускорения КМ2. Реле тока КА настраиваются таким образом, чтобы его ток отпускания соответствовал току I2. В схеме имеется дополнительное блокировочное реле KV с временем срабатывания больше, чем у КА. При включении SB1 срабатывает КМ1, двигатель начинает разбег. Бросок тока в якорной цепи при пуске вызывает срабатывание КА, размыкающее контакт цепи КМ2, через некоторое время срабатывает KV. Замыкает свой контакт цепи КМ2, подготавливая его к включению. По мере разбега ток якоря снижается до значения тока переключения I2. Реле тока отключится, замкнет свой контакт в цепи КМ2, главный контакт которого закорачивает пусковой резистор Rg, а вспомогательный блок-контакт КМ2 шунтирует контакт реле КА в цепи КМ2, поэтому вторичное включение КА после закорачивания Rg и броска тока не вызывает отключение КМ2. Двигатель продолжает разбег по своей естественной характеристики.
46.Пуск ДПТ в функции времени, реверсом и торможения противовключением в функции ЭДС
Предусмотрено два линейных контактора КМ1 и КМ2 обеспечивающие реверс. В якорной цепи помимо пускового Rg1, включен резистор противовключения Rg2, управляемый контактором противовключения КМ3. Управление двигателем при торможении противовключения и реверсом осуществляется двумя реле KV1 и KV2, обеспечивающие включение в цепь якоря, в дополнение к пусковому Rg1, резистора противовключения Rg2, что достигается выбором точки присоединения к Rg2 катушек реле KV1 и KV2.
Пуск ДПТ осуществляется в одну ступень в функцию времени. При пуске (SB1) срабатывает КМ1, который подключает якорь к источнику питания за счет падения напряжения на Rg1. От пускового тока срабатывает реле времени КТ, размыкающая свой контакт в цепи КМ4. Срабатывание КМ1 приводит к включению реле KV1, которая своим контактом включает контактор противовключения КМ3, что приводит к закорачиванию ненужного при пуске резистора противовключения Rg2 и одновременно катушки КТ.
Двигатель начинает разбег по характеристике (2), а реле времени КТ – отсчет выдержки времени, по истечении которой КТ замыкает свой контакт в цепи КМ4, которая закорачивает пусковой Rg1. Двигатель переходит на работу по естественной характеристике (1).
При торможении кнопкой SB2 отключается КМ1, реле KV1, контакторы КМ3 и КМ4. Включается КМ2. Напряжение на якоре двигателя изменяет полярность и он переходит в режим противовключения с двуми резисторами в цепи якоря Rg1 и Rg2. Несмотря на замыкание контакта КМ2 в цепи реле KV2 оно не включается из-за наличия в цепи двух резисторов и недает включится КМ3 и КМ4, и за шунтировать резисторы Rg1 и Rg2.
Перевод двигателя в режим противовключения соответствует его переходу с естественной характеристики (1) на искусственную (4). Во всем диапазоне скорости от ω0 до нуля этой характеристики двигатель работает в режиме противовключения.
Померим снижение скорости на катушке реле KV2 растет напряжение и при скорости близкой к нулю оно достигает значения напряжения срабатывания. Если к этому моменту SB2 отпущена, то отключается КМ2. Схема переходит в исходное состояние. Процесс торможения заканчивается.
Если же при этой малой скорости SB2 будет нажата, то включится KV2 и процесс пуска повторяется, но в противоположную сторону.
Т.о. реверс происходит в два этапа торможения и пуск в противоположном напрвлении. Второй этап реверса соответствует переходу двигателя с характеристиками (4) на (3).
48.Схема управления АД с короткозамкнутым ротором (нереверсивная и реверсивная)
Нереверсивная схема.
Нереверсивная схема обеспечивает прямой пуск без ограничения тока и момента.
Схема обеспечивает отключение от сети, от короткого замыкания, защиту от перегрузки и от минимального напряжения самой катушки.
Реверсивная схема.
Данная схема обеспечивает пуск, реверс, торможение противовключением, отключение от сети, защиту от короткого замыкания, защиту от снижения напряжения, защиту от ошибочного выключения, защиту от перегрузки.
50. Пуск АД с фазным ротором в одну ступень в функции тока и динамического торможения в функции скорости
При нажатии SB1 включается КМ1 статор подключается к сети. Бросок тока в цепи ротора вызывает вкл
Не Пропустите: