Регулирование скорости двигателя за счет изменения потока возбуждения применяется в основном в системах двух зонного регулирования, в которых часть полного диапазона регулирования до номинальной (основной) скорости обеспечивается за счет изме­нения напряжения на якоре от нуля до номинального значения при номинальном потоке возбуждения, а регулирование в верхней части диапазона при значениях скорости выше основной — за счет воздействия на поток прн постоянном напряжении на якоре или ЭДС двигателя.

Возможности двигателя, работающего в системе двухзонного регулирования, могут быть охарактеризованы графиками рис. 2-14.

По оси абсцисс отложены значения скорости в о. е. <5=

где (ооСП = й>н — основная скорость, а по оси ординат — предель­ные значення длительно допустимых тока якоря Д = /„//„.н* мо­мента двигателя №д — Мл/Мн =- Мл/(сл1ЯшКФ„) и мощности Р, при­нятой в первом приближении равной Р = UJH. Везде индекс «н» обозначает номинальное значение величины. При обеспечении тре­буемого режима охлаждения во всем диапазоне длительно допустимым для двигателя значением тока якоря явля­ется его номинальный ток/я =

= 1. Поскольку на всех ско* ростях до основной (<5 - 1)

поток остается номинальным (Ф = 1), то н допустимое зна­чение момента двигателя оста­ется равным номинальному Мд = 1. На скоростях выше основной допустимое значение момента уменьшается в соот­ветствии с выражением Мя =

= I/ф, а допустимая мощность остается постоянной, так как ия 1 =• const. Таким образом, применение двухзоииого регу­лирования целесообразно в тех случаях, когда момент нагрузки механизма на верхних скоростях меньше, чем на скоростях ниже основной. В этом случае установленная мощность двигателя полу­чится меньше, чем прн обеспечении всего диапазона за счет изме­нения напряжения прн Ф = 1.

В замкнутой системе регулирования скорости переход от ре­жима регулирования напряжением к режиму регулирования пото­ком возбуждения обеспечивается за счет того, что на скоростях выше основной с помощью специального регулятора, воздейству­ющего на цепь возбуждения, поддерживается равенство ЭДС двига­теля номинальному значению. Поскольку ЭДС двигателя есть ел = = СдФо) в условиях, когда ел = Ел = const, а значение ш задается входным сигналом, поток возбуждения будет изменяться обратно пропорционально скорости двигателя. ЭДС преобразователи в уста­новившемся режиме выше ЭДС двигателя и а значение падения напряжения в якорной цепи от тока ія. Если момент нагрузки воз­растет, то в условиях, когда скорость и ЭДС двигателя поддержи­ваются своими системами регулирования постоянными, возросшее падение напряжения в цепи якоря будет покрыто за счет соответ­ствующего увеличения ЭДС преобразователя при неизменном зна­чении потока возбуждения.

65

Пуск двигателя может осуществляться под контролем скорости или тока якоря. Если в процессе пуска поддерживается = =* h. макс = const, то При Мс = Const В ТЄЧЄНИЄ Времени 0 — ti

3 А. В. Башарна
до момента достижения о = 1 (рис. 2-15, а) разгон двигателя идет с постоянным ускорением, значение которого определяется дина­мическим моментом Лід,,,, = /я. „акс — Мс. Начиная с момента вре - мени і-l ЭДС двигателя поддерживается постоянной, а поток ’воз­буждения уменьшается. Динамический момент Мят1 — /я. максФ — — Мс падает, что приводит к снижению темпа разгона привода и на участке разгона (tt — tz) — к отклонению зависимости со = / ({) от линейной. После достижения заданного значения скорости «омакс разгон прекращается н ток якоря становится равным значению ]9 С = MJФиин. ЭДС преобразователя £т<п во время пуска превы­шает ЭДС двигателя ёл на постоянное значение падения напряже­ния в якорной цепи от пускового тока /я. накс-

Если луск осуществляется при контроле скорости и на вхо­де контура скорости действует линейно-нарастающий сигнал (рис. 2-15, б), то при Мс = const момент двигателя должен оста­ваться постоянным и равным Мл = А1дин 4 Мс. В процессе ослаб­ления потока возбуждения ток якоря линейно нарастает до зна­чення /я. макс — Лїд/Фмип. Соответственно увеличивается н ЭДС преобразователя. Если в процессе увеличения скорости момент нагрузки уменьшается, то и значение /я. накс будет меньше показан­ного на рисунке. Разгон с постоянным ускорением может быть реа­лизован лишь тогда, когда значение якорного тока /я. макс не пре­вышает предельно допустимого для двигателя и преобразователя значения.

В системе двухзонного регулирования (рис. 2-16) двигатель М питается от тиристорного преобразователя (ТП), а его обмотка возбуждения (ОВМ) — от тиристорного возбудителя (ТВ). Система управления электроприводом включает в себя две взаимосвязан­ные системы: а) воздействующую на напряжение ТП систему регу­лирования скорости с регулятором PC и подчиненным контуром регулирования тока якоря с регулятором РТЯ, аналогичную изо­браженной иа рис. 2-13 (задатчик интенсивности не показан); б) си­стему регулирования ЭДС с регулятором ЭДС РЭ и подчийей -

ным контуром регулирования тока возбуждения с регулятором РТВ.

Подчиненный контур регулирования тока возбуждения замкнут приходному напряжению датчика тока возбуждения (ДТВ), при­чем на входе РТВ по каналу обратной свизи предусмотрен фильтр с постоянной времени Тф, образованный резисторами и /?'.в и конденсатором CY в. Входным сигналом для контура тока возбуж­дения является выходное напряжение регулятора ЭДС. Последнее

Л3.с |----------- Л5.Г. Я г—і рскгу-ргя

Рис. 2-16

ограничено с помощью блока ограничения Б02 на значении Up, bmOTpi соотвегствуюіцем номинальному току возбуждения. На входе РЭ сравниваются постоянное значение задающего напряжения Ua с напряжением датчика ЭДС ДЭ.

Этот датчик представляет собой суммирующий усилитель, на один вход которого через фильтр, образованный резисторами R[ и и конденсатором Сг, подается напряжение ид. в датчика напряже­ния (ДН), а на второй — с резистором R2 — напряжение «л. т.и датчика тока якоря (ДТЯ)- Напряжение на выходе суммирующего усилителя датчика ЭДС может быть записано в виде

ВІК Ri

где + RU Тя

— постоянная времени фильтра

н^р'ходе суммирующего усилителя.

Имея В виду, ЧТО «д,„ = kX' иИя, Ид. т.я = &д. г.я[2]’я» МОЖНО ПОЛу- чить, что

І?! Ад. Т. Я _

D Т ( д. эР~Ь1)^» ff

Ко. с и *д-и

1-1 »V л Н ГЭТ

Д'9 І?1 Д-Н Гд. зР+І

Между тем ЭДС двигателя связана с напряжением на якоре и током якоря выражением

ея — ия ц_ д (Т^,. др ~}~ 1) ія.

Сравнение двух последних формул показывает, что, выбрав

'^'х. э =s Т'я. ц.д, •^1^д, т.я/(-^2^д. н) Ря. ц. д ^ ОбОЗНаЧИВ $о. с^д. н/^?1

= можно выходное напряжение суммирующего усилителя за­писать как

Ад. 9

“лэ-77^п^-

Таким образом, ДЭ воспроизводит ЭДС с запаздыванием, рав­ным постоянной времени якорной цепи двигателя. Так как при из­менении направлення вращения двигателя знак их э меняется на противоположный, в то время как знак сигнала на входе РЭ ме­няться не должен, на выходе ДЭ предусмотрен блок выделения модуля (БВМ).

Пока двигатель работает на скорости ниже основной, значе­ние ЭДС двигателя меньше номинального. Задающее напряжение U3 выбирается равным выходному напряжению ДЭ при номиналь­ной ЭДС двигателя: U3 = | Ux 9 !11. Поэтому при о) <. о)оск, когда 1ид.»1<1|^д. э и!» выходное напряжение регулятора ЭДС равно напряжению ограничения. Последнее выбирается исходя нз при­близительного равенства

^р. з.огр Ад. т-п^тэ-к йз, т. в Дт. в

где 6д, т.в — передаточный коэффициент датчика тока возбужде­ния; „ —номинальный ток возбуждения; /?3>ТіП и Rr в = Rt, b +

Rt. b —сопротивления на входе РТВ по каналу задания и ка­налу обратной связи по току возбуждения.

Благодаря этому при со < w0CH ток возбуждения двигателя поддерживается равным номинальному. Когда скорость двигателя станет примерно равной сйлсн, а ЭДС двигателя достигнет значения еа = Ел напряжения Цл и I нд 9 | сравняются, регулятор РЭ выйдет из ограничения и контур регулирования ЭДС замкнется. С этого момента система перейдет в режим поддержания постоян­ства ЭДС двигателя и дальнейшее увеличение скорости происходит за счет ослабления потока возбуждения при ед = ЕЛшП — const.

Для рассмотрения вопросов динамики системы в зоне, где w > (йосн, обратимся к структурной схеме рнс. 2-17, составленной на основе схемы рис. 2-16 с учетом структурной схемы двигателя рис. 2-3. Тиристорный возбудитель с тем же допущением, что н преобразователь в якорной цепи, представлен апериодическим зве­ном с постоянной времени Тт в = Тт п‘ Тд т в — постоянная вре­мени фильтра на выходе ДТВ, образованного резистором s = = ^т. в + и конденсатором Сг. в. За базовые значения тока якоря, потока возбуждения, скорости, момента и ЭДС приняты их номинальные значения: /я б = /я>н; Фб — Фн; = юа = ыоск

Мб = сяФпТяЯТіП_б — £д б = б'дФ„о)н. Базовьш током возбуж­дения считается ток, соответствующий Фн по кривой намагничива­ния. Другие базовые величины определяются в соответствии с фор­мулами. ^Д. т. я. б бд. Л.н, ^р, т.я. б ‘ ^т. п. б/^г, п» ^р. с. в " ^д. т.я. б X ^ ^Э. Т. я/^т. я» ^Д. С.б ^Д. с ^й» ^д. с. б^?з. с/^?с» ^д. т.в. б 3=1 ^д. т, в^в. б» ^р. э.б ^д. г. в.б^з. т.в/^т. в» ^д. э.б := ^з == ^д. а-^я. б» ‘^»,б -^в. б^о. в> р. т-в-б ^к. в/^т, в» где ^д, т,в передаточный коэффициент датчика тока возбуждения, #0iB — сопротивление обмотки возбуждения; кл в — передаточный коэффициент тиристор­ного возбудителя. Блоки ограничения на PC и РЭ не показаны, так как прн рас - «едртрении настройки регуляторов считается, что сигнал PC не

ограничивается вследствие малости входного сигнала, а регулятор ЭДС не входит в ограничение при w > соОС11 согласно принципу действия системы. Но даже при этих условиях система нелинейна, что определяется, как минимум, тремя факторами: контур скорости нелинеен вследствие того, что значение Мд получается как произ­ведение относительных значений тока якоря и потока; контур ЭДС нелинеен, поскольку ЭДС есть произведение скорости и потока; контур тока возбуждения нелинеен вследствие нелинейности кри­вой намагничивания двигателя. Кроме того, могут быть нелиней­ными регулировочные характеристики 777 и ТВ, однако для упро­щения рассмотрения вопроса будем считать, что k:n = const и ~ const.

Настройка контура тока якоря ничем не отличается от таковой в системе без регулирования потока. Регулятор тока должен быть пропорционально-интегральным с хртй = Гяд. Динамический ко­эффициент усиления в о. е. в соответствии со структурой токового контура на рис. 2-17 определится как

В — ^я. ц

Гр. Т. Я fyp Ря. Ц*

Как показано в п. 1-2-1, наличие операции перемножения при линеаризации в рабочей точке приводит к появлению в контуре регулирования звена с передаточным коэффициентом, значение которого определяется выбором начального режима*_При рассмот­рении контура скорости этот коэффициент равен Фкач и может меняться от 1 до Фмин. Обычно, настраивая контур скорости на ОМ, за настроечный режим принимают режим работы на основной ско­рости, когда Фнач = 1, Тогда

В качестве регулятора тока возбуждения применен Л#-регуля - тор с фильтром, имеющим постоянную времени Тф, в канале обрат­ной связи. После линеаризации структурной схемы с учетом пер­вого из выражений (2-10) передаточная функция разомкнутого контура запишется в виде

Wn (Р) =

= в ’Гр-т-'р+1_____________ !_____________ т,,р+л

Рр-Т-В гр. т.вР(г, ФР+1)(7’,./+|)(7'д. т.,Р+1)(7'в+7'в. т)Р+1' 1 ’

Входящие сюда постоянные времени возбуждения и вихревйх токов (Тв — Т„ &кф н Тл г = 7В Т 6&ф) зависят от режима работы, т. е. от значения £Ф> которое меняется в Пределах < 1 < ^Фиакс (см. рис. 2-2)^Принимая режим, в котором k® = 1, за настроечный

и полагая fSp. T.B - (Г,.в + 7VT. e)/(27V/B), *p. Til = ТВш6 + Гв. т.в,

Тф = і в. т.б» где Тр1в = Гт<в + ТХ'ТЛ можно получить, что в этом

режиме

W'lAP)~2Tl4,r’(Tr.,P+')(T,.r. J’ + 'Y

NT Передаточная функция замкнутого контура тока возбуждения будет иметь вид

(Ттд. т.в/7+1) (Тфр-- 1).

При Лф ф 1 передаточная функция контура будет отличаться от стандартной. Ее конкретный вид определится выражением (2-39) при принятых параметрах регулятора. Если кф меняется немного, т. е. характеристика намагничивания близка к линейной, то и переходные процессы во всех режимах будут близки к стандартным.

Если, как это бывает обычно, Тф = Тп тЛ ;> ГЛТВ) то при рас­смотрении контура ЭДС, вводя эквивалентную постоянную вре­мени контура тока возбуждения = 2ГЙ^В1 можно считать

WiB.* (р) ^ т О'

/в. У ~

На основании выражений (2-10)

ДФ (р) %ф

7'в. т.бЙфР + 1'

Тогда передаточная функция, связывающая приращение потока возбуждения двигателя с напряжением на выходе РЭ, получится в виде:

АФ(Р) _ Гфр + l Ъф

Лйр. э (Р) ^ Г/В.^ + 1 ГВ. т.б*ФР+ 1

В настроечном режиме при £ф = 1 выполняется равенство Тфр + 1 = Т^г-6кфр - f-1 н запаздывание ДФ по отношению к Дыр.9 определяется только эквивалентной малой постоянной времени. Во всех остальных режимах компенсация влияния вихревых токов в контуре ЭДС за счет действия фильтра на входе РТВ будет но­сить приблизительный характер.

В контуре ЭДС существуют две нелинейности: нелинейность в виде кривой намагничивания, что иаходнт свое выражение в пере­менности коэффициента кф в выражении для АФ/Дмр<9, и нели - > Я£Йность, появляющаяся в результате умножения Ф на а для по­лучения ёя (рис. 2-17). Передаточную функцию разомкнутого кон­тура ЭДС после линеаризации можно записать как

We (p)~WP. Ap)

:--------- г • =------- М,

При С5нач = ©макс поток равен минимальному значению' _ы„ин,

ЧТО соответствует — ^Фмаксі ПрИ (Онач = 1 ПОТОК Ф = 1 И £ф = — £фаин. Таким образом, коэффициент неизменяемой части кон - тура ЭДС kaE меняется в пределах

к Финн feuE ^Фыакс^макс ■

Поскольку в контуре иет больших постоянных времени, для настройки на ОМ должен быть применен интегрирующий регуля­тор с передаточной функцией

W,.9(P) = ?P. JP - За настроечный режим обычно принимают режим работы на

максимальной скорости и выбирают рр 9 = 1/(2гд9£фиакс<3м4кс).

На скоростях ©н„ < ©макс частота среза ЛАЧХ контура ЭДС будет уменьшаться пропорционально уменьшению &фй. Для регу­ляторов тока и скорости передаточные коэффициенты в а. е. рр. т и кр<с определяются выражениями (2-33) н (2-37) при Твн = ^..ц7(СдФн„)в. Д™ регулятора тока возбуждения

п "п ^р. Т.В. б 7’в. б'Г ^В. Т.б Q

Pp. Т. В ~ Рр - Т. В 77 = ОТ ь Ь *>о. в«

У ^д. т.в. б ЦІ» Т. В Д.1.В

Для регулятора ЭДС

а 1 -^з. т. в ^д. т. в

Рр.9^27^ J? T.B *ФмаЛ_вС/д_э®иЛ“*