Коляска А.Г.

Національний технічний університет України

„Київський політехнічний інститут“

Автоматичне регулювання швидкості обертання двигуна в керованому по статору електроприводі по системі ДС-АД

У розімкнутій структурі керованого по статору приводу по системі ДС-АД певної стійкої швидкості можна досягти тільки при навантаженні виду , а регулювання швидкості при цьому ж навантаженні - параметричним завданням моменту двигуна. При автоматичному регулюванні швидкості таке управління неприйнятне, а для навантаження неможливо.

Оскільки швидкість в області реалізації приводом властивостей джерела моменту - вільна координата, для її стабілізації в системі автоматичного управління необхідний регулятор з зовнішнім негативним зворотним зв'язком за швидкістю, виконуючої функцію внутрішнього зворотнього зв'язку, втрачену при живленні ротора стабілізованим струмом. При цьому САУ електроприводом за системою ДС-АД реалізує структуру з загальним підсумовуючим підсилювачем, в якій керуючий сигнал регулятора напруги дорівнює різниці сигналу завдання моменту і сигналу пропорційного дійсному значенню швидкості, , ( - коефіцієнт перетворення датчика швидкості ДШ):

(1)

Ланцюг зовнішнього зворотного зв'язку по швидкості показаний на рис. 1 пунктирною лінією.

Рис. 1 Функціональна схема керованого по статору приводу по системі ДС-АД

Зміна моменту навантаження на валу АД, наприклад збільшення, викликає відповідне падіння швидкості приводу ДС-АД і, як наслідок, збільшення сигналу . Це призводить до збільшення напруги на виході РН, моменту на валу АД і подальшого зростання швидкості обертання до колишнього значення. При цьому механічну характеристику такого приводу можна представити як сукупність точок, що належать ряду моментних характеристик електроприводу, що працює в режимі керованого джерела моменту[1].

Рис. 2

На рис. 2 показано сімейство швидкісних статичних характеристик електроприводу рис. 1 зі звортнім звя’зком по швидкості для .

Замкнута САУ при обмеженій швидкості зміни керуючого сигналу і прийнятих раніше допущенях описується лінеаризованою системою рівнянь 3, доповненою лінеаризованим рівнянням замикання системи .

Заданим рівнянням відповідає структурна схема приводу рис. 3, яка враховує непостійність моменту навантаження на валу двигуна і визначений виразом 5 зв'язок між зображеннями М и .

Відповідно до даної схеми рівняння для змінних і М, записані в операторної формі, мають вигляд:

(3)

. (4)

. (5)

Рис. 3

В усталеному режимі (p=0) , а .

Перепишемо останнє рівняння наступним чином:.

Член визначає швидкість холостого ходу (при ), так само як для електроприводу постійного струму за системою ДС-Д.

Жорсткість швидкісної статичної характеристики негативна і згідно даного виразу дорівнює , тобто коефіцієнту передачі замкнутої системи електроприводу (рис 3). Зменшення жорсткості характеристики при моментах, близьких до номінальних, пояснюється входженням магнітної системи двигуна в насичення, нелінійністю статичної характеристики «вхід-вихід» регулятора напруги і специфікою роботи вузла АД-U2-ДС. Тим самим забезпечується природне перемикання приводу з режиму стабілізації швидкості на режим стабілізації номінального (максимального) моменту АД, яке формує статичну механічну характеристику привода екскаваторного типу (рис. 2). Розширити можливості керованого по статору приводу ДС-АД можна, застосувавши в САУ затриманий (нелінійний) зворотний зв'язок по швидкості. Для цього формують сигнал відсічки: (6).

Сигнал відсічки віднімають від сигналу завдання моменту і результуючий сигнал використовують в якості керуючого в регуляторі напруги.

Реалізуючи ці функції отримуємо новий спосіб управління асинхронним двигуном з фазним ротором, при якому можна управляти не тільки швидкістю, а й стабілізованим моментом двигуна.

Рис. 4 Функціональна схема регульованого електроприводу ІЄП-АД для нового способу

Згорнувши два останніх рівняння отримаємо , де . Даний вираз за формою ідентичний 1, тому математичний опис перехідних і усталених електромеханічних процесів, характерний для регульованого електроприводу за схемою рис. 1 справедливий при і для приводу по схемі рис. 4.

Швидкісні статичні характеристики в системі за схемою рис. 4 аналогічні характеристикам приводу за схемою рис. 1, а їх жорсткість визначається виразом(7).

При електропривод являє собою звичайну розімкнуту структуру, в якій сигналом параметрично задається стабілізований момент АД.

Таким чином, система регульованого електроприводу (рис. 4) в області реалізацій властивостей джерела моменту дозволяє роздільно керувати швидкістю і моментом АД, формувати швидкісні і моментні характеристики, досягаючи необхідних динамічних показників системи.

Можливості регульованого електроприводу за системою ДС-АД залежать від його властивостей не тільки в усталеному режимі, але і динамічних, які суттєво впливають на конкретне застосування приводу [2].

Динамічні властивості регульованого по статору електроприводу ДС-АД при дії негативного зворотного зв'язку по швидкості визначаються характеристичним рівнянням, що одержуються з виразу 3 .

Відсутності коливальних режимів в САУ приводу відповідає позитивність дискримінанти характеристичного рівняння, тобто .

Аналогічна нерівність для схеми електроприводу з відсічкою може бути отримана множенням лівої частини цієї нерівності на співмножник. З цього випливає, що за інших рівних умовах і САУ електроприводу по схемі рис. 4 має в порівнянні з приводом по схемі рис. 1 гірші динамічні показники, оскільки наближається до межі коливального режиму і характеризується згідно з виразом 7 більшою жорсткістю статичних швидкісних характеристик. При системи мають рівні показники в динаміці і статиці, при погіршується жорсткість статичних характеристик приводу (рис. 4), але збільшується запас стійкості системи.

Таким чином, застосування зворотнього зв'язку за швидкістю розширює регулювальні можливості приводу по системі ДС-Д, дозволяючи формувати горизонтальні і вертикальні ділянки сімейства механічних характеристик і гнучко керувати обома координатами приводу - моментом і швидкістю. Динамічні властивості САУ з відсічкою досить високі і забезпечують прискорений пуск приводу.

Простота і надійність такої системи в більшості випадків компенсує витрати, пов'язані з необхідністю використання регулятора напруги у ланцюзі статора двигуна.

Література

1. Чилікин М.Г., Ключев В.І. Теорія автоматизованого електроприводу. – М.: Енергія, 1979. – 616 с.

2. Башарін А.В., Новіков В.А. Керування електроприводами. – Л.: Енергоатомвид, 1982. – 392 с.