Построение электромеханической характеристики РЭП в замкнутой системе

 

Структурная схема РЭП приведена на рисунке 2.3. На рисунке приняты следующие обозначения: ЗИ – задатчик интенсивности; Uз – напряжение задания; Uу2 – напряжение управления во внешнем контуре, определяемое разностью между Uз и сигналом обратной связи по скорости К_С·ω, где Кс=Ктг·Кпу; НЭ2 - нелинейный элемент в регуляторе скорости – зона насыщения; РС – регулятор скорости; Крс – коэффициент усиления регулятора скорости, Uрс – выходное напряжение РС; Uос – обратная связь по скорости; Uу1 – напряжение управления во внешнем контуре; РТ – регулятор тока; Uрт – выходное напряжение РТ; ТП – тиристорный преобразователь; Ud – напряжение на выходе ТП; Д1 – статорная часть электродвигателя; Мс - момент сопротивления; Id – ток двигателя; Д2 – якорная часть электродвигателя; ДТ – датчик тока ; НЭ1 – нелинейный элемент в контуре тока – зона нечувствительности; ω – угловая скорость – выходной регулируемый параметр; Uср1 – напряжение сравнения в контуре тока; ТГ – тахогенератор – реализует обратную связь по скорости; Ктг – коэффициент передачи по скорости; ПУ – промежуточный усилитель в цепи обратной связи по скорости или делитель напряжения; kФ_н – конструктивный коэффициент электродвигателя.

 

Рисунок 2.3 – Структурная схема двухконтурной САУ РЭП

 

В схеме используется отрицательная обратная связь по скорости и отрицательная обратная связь по току с отсечкой [1].

Цепь обратной связи по току выполнена нелинейной с зоной нечувствительности Uср1, а входной каскад усилителя насыщается при Uсн2.

Требуемый коэффициент усиления разомкнутой системы, необходимый по соображениям заданного статизма σ_З, определяется следующим образом:

 

.

 

Перепад скорости в замкнутой системе:

 

,

 

где δ_З – заданный относительный перепад двигателя при номинальной нагрузке; δ_З=0,05…0,1;

D – заданный диапазон регулирования скорости, D=40.

Перепад скорости в разомкнутой системе:

 

.

 

Таким образом, требуемый коэффициент усиления разомкнутой системы, необходимый по соображениям заданного статизма σ_З, составит:

 

.

 

Необходимый коэффициент обратной связи по скорости

 

.

 

где k_ТП – коэффициент передачи тиристорного преобразователя, k_ТП=55;

k_Д – коэффициент преобразования двигателя, k_ТП=0,51;

k_РС, k_РТ – коэффициенты усиления регуляторов скорости и тока соответственно,

 

Тогда .

 

По полученному значению К_{С,НЕОБХ} из приложения Д [ист. 1] выбираем тахогенератор АТ – 161 с параметрами, приведенными в таблице 2.2.

 

Таблица 2.2 – Параметры тахогенератора АТ – 161

UВОЗБУЖД, В	ωМАКС, об/мин	kТГ	f, Гц	m, кг
110	4000	0,096	400	0,9

 

Согласующий промежуточный усилитель в цепи ОС (см. рис. 2.3) рассчитывается исходя из формулы:

 

, откуда

.

 

Скорость идеального холостого хода определяется из уравнения статической характеристики для замкнутой САУ [1]:

 

.

 

На упорной характеристике выделено пять характерных точек (Т1, Т2, Т3, Т4, Т5), каждая из которых определяется двумя координатами – значением угловой скорости ω и заданным значением силы тока I:

Т1 ( I = 0, ω= ω₀) – точка идеального холостого хода;

T2 ( I = I_Н, ω= ω_Н) – точка номинального режима;

Т3 ( I = I_НАС , ω= ω_НАС) – точка, в которой регулятор скорости переходит в режим насыщения (отрицательная обратная связь по скорости прекращает свое действие). I_НАС = (1,3...1,4)·I_Н – по выбору проектировщика;

Т4 ( I = I_ОТС , ω= ω_ОТС) – точка, в которой вступает в действие отсечка по току I_ОТС = (1,7…1,8)·I_Н – по выбору проектировщика;

Т5 ( I = I_СТ , ω= ω_СТ=0) – точка, в которой наступает стопорный режим: двигатель работает на упор при I=I_СТ=2·I_Н, а скорость ω равна нулю.

Для дальнейших расчётов принимаем следующие значения токов:

I_Н=16,9 А;

I_НАС=1,3· I_Н=1,3· 16,9=21,97 А;

I_ОТС=1,8· I_Н=1,· I_Н=30,42 А;

I_СТ=2·I_Н=2·16,9=33,8 А.

Просадка скорости при номинальной нагрузке:

 

 

Номинальная скорость:

 

 

Просадка скорости при токе насыщения:

 

 

Скорость в точке насыщения:

 

.

 

Просадку скорости при наступлении токовой отсечки для замкнутой системы определим по формуле:

 

.

 

Значение скорости в момент включения отсечки:

 

.

 

Статическая электромеханическая характеристика в замкнутой САУ ЭП при I_НАС<I_ОТС представлена на рисунке 2.4 и состоит из трёх участков.

На участке I действует обратная связь по скорости (ООС). Величина сигнала U_У2<U_СР2, k_T·· I _Я <U_СР1, система находится в режиме поддержания постоянства заданной скорости.

На участке II I _ДВ > I _НАС, U _У2 > U _СР2, I _ДВ · k _Т < U _СР1, перестает действовать обратная связь по скорости. Система превращается в разомкнутую. Наклон характеристики заметно увеличивается.

На участке III I _ДВ ≥ I _НАС, U _У2 > U _СР2, I _ДВ · k _Т > U _СР1. Вступает в действие отрицательная обратная связь по току (ООТ), под влиянием которой формируется крутопадающая часть характеристики.

 

 

Определяем статизм системы:

 

.

 

Произведём сравнение параметров регулирования во всех вариантах питания электродвигателя: как видно из рисунка 2.4 замкнутая система регулирования обладает самыми лучшими параметрами регулирования, а именно жёсткость рабочей части характеристики стремится к абсолютно жёсткой, следствием чего является малая просадка в скорости даже при больших нагрузках.