книги из ГПНТБ / Андрющенко, В. А. Автоматизированный электропривод систем управления учеб. пособие

значения до нуля, а затем нарастает в обратном направлении до заданного значения, процесс форсировки прекращается.

Для защиты системы электропривода от снижения нагрузки предназначено реле напряжения PU, а для защиты электродвига­ теля от перегрузки — реле максимального тока РМ. Срабатывание одного из указанных реле приводит к отключению системы управ­ ления от своего источника питания.

§ 1 1 . Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д С Э М У С П О П Е Р Е Ч Н Ы М П О Л Е М

В маломощных системах автоматического управления в качестве основного генератора находят весьма широкое применение электро­ машинные усилители с поперечным полем (рис. 12).

Рис. 12

ЭМУ с поперечным полем представляет собой двухмашинный агрегат, состоящий из приводного электродвигателя и специаль­ ного генератора. В отличие от обычного генератора ЭМУ попереч­ ного поля имеет две пары щеток, оси которых сдвинуты на 90°. Поперечные щетки qq замкнуты накоротко. На статоре ЭМУ рас­ полагают 2—4 управляющие обмотки УО (первичного возбуждения) и компенсационную регулируемую обмотку КО (для компенсации реакции якоря генератора).

Регулирование скорости вращения исполнительного электро­ двигателя по величине и направлению осуществляется с помощью потенциометра управления R1. Для изменения степени компенса­ ции компенсационная обмотка зашунтирована изменяемым сопро­ тивлением Rm.

ЭМУ с поперечным полем — это двухкаскадный усилитель мощности, выполненный в одной машине постоянного тока. Входом первого каскада является обмотка управления ОУ, выходом — короткозамкнутые щетки qq. Входом второго каскада служат щетки qq, а выходом этого каскада — щетки dd, которые являются си­ ловыми. Объединение в одной машине двух каскадов усиления дает возможность получить высокие коэффициенты усиления по мощности порядка 2000 -;- 10 000.

30

Внешняя характеристика ЭМУ с поперечным полем, являю­ щаяся зависимостью напряжения ud на выходе ЭМУ от величины тока нагрузки I d (рис. 13), аналитически может быть выражена как

терялась статическая устойчивость, машину делают недокомпенсированной по напряжению на 5 10%. Степень компенсации ЭМУ определяется по наклону внешней характеристики и уравнению

напряжение на зажимах ЭМУ не будет зависеть от нагрузки. В этом случае скорость вращения электродвигателя также не будет зави­ сеть от статического момента нагрузки.

Механические характеристики системы при этих условиях будут параллельны оси моментов (рис. 14). При больших значениях тока в обмотке управления и при больших нагрузках характеристики несколько искривляются вследствие насыщения магнитной системы ЭМУ. Однако это не влечет уменьшения диапазона регулирования скорости вращения электродвигателя, поскольку его ограничивают малые скорости, при которых насыщение отсутствует.

нению с ЭМУ независимого возбуждения вследствие лучших каче­ ственных показателей: меньшей инерционности и большего коэффи­ циента усиления. В табл. 3 приведены основные технические дан­ ные некоторых типов ЭМУ с поперечным полем малой мощности.

ЭМУ с поперечным полем, в первом приближении, можно пред­ ставить состоящим из двух инерционных звеньев. Инерционными звеньями являются обмотка возбуждения ЭМУ с постоянной вре­ мени Тв и цепь короткозамкнутых щеток qq (см. рис. 12) с постоян­ ной времени Tq. Тогда передаточную функцию ЭМУ с поперечным

31

полем можно записать в виде

(3.18)

(1 + 7 » (1 H- 7 »

О)

ІУ2

а — напряжение на потенциометре управления Rx;

32

•коэффициент отрицательной обратной связи по на­

я .

пряжению;

эквивалентное сопротивление цепи управляющей обмотки, которое определяется выражением

Стабилизирующее действие отрицательной обратной связи вы­ текает из выражения для тока в управляющей обмотке (3.19). При увеличении напряжения ud ток возбуждения за счет отрицательной обратной связи (ß) уменьшается, и, наоборот, при уменьшении ud ток возбуждения увеличивается. Так как ток / в мал, то достаточно небольшого изменения напряжения, чтобы произошло значительное

ния на сопротивлении R3 (IdR3). Поскольку это напряжение скла­ дывается с управляющим напряжением, увеличиваются ток в об­ мотке управления ЭМУ [формула (3.21)] и напряжение на выходе ЭМУ, в результате компенсируется падение скорости вращения электродвигателя.

Следует иметь в виду, что при значительном коэффициенте по­ ложительной обратной связи работа электропривода может быть неустойчивой.

34

по току (при R3 — 0), последняя применяется редко. К тому же обратная связь по току усложняет стабилизацию работы электро­ привода. Выражения (3.23) и (3.24) показывают, что скорость вра­ щения электродвигателя зависит от отклонения ползунка управ­ ляющего потенциометра а, т. е. м — / (а). Зависимость эта близка к линейной, так как в реальных схемах с изменением а гв э меняется мало и называется регулировочной характеристикой электропри­ вода (рис. 16). Около значения а = 0 имеется зона нечувствитель­ ности, величина которой зависит от момента нагрузки на валу элек­ тродвигателя.

Выражения (3.23) и (3.24) показывают, что скорость вращения электродвигателя зависит не только от величины ос, но и от момента

нагрузки на валу электродвигателя. Зависимость скорости враще­

В этом случае уменьшение скорости при нагрузке происходит в ос­

ветственно меняется выходное напряжение ЭМУ вследствие внут­ реннего падения напряжения. В то же время э. д. с. ЭМУ, частично компенсируя внутреннее падение напряжения, сохраняет значение ud. При этом автоматически увеличивается жесткость механических характеристик, увеличивается тем больше, чем больше значение коэффициента отрицательной обратной связи ß (рис. 17). Высокая степень жесткости механических характеристик позволяет получить

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С МАГНИТНЫМИ УСИЛИТЕЛЯМИ

§ 12. Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д С Д В И Г А Т Е Л Е М ПОСТОЯННОГО Т О К А , У П Р А В Л Я Е М Ы Й С П О М О Щ Ь Ю М А Г Н И Т Н Ы Х У С И Л И Т Е Л Е Й

Принцип данного метода управления скоростью вращения элек­ тропривода заключается в изменении при помощи магнитного уси­ лителя напряжения, которое подводится к обмотке якоря (или к обмотке возбуждения) электродвигателя. Изменение напряжения магнитным усилителем осуществляется за счет изменения индуктив­ ности при подмагничивании их постоянным током.

Магнитные усилители (МУ) применяются в системах электро­ приводов, имеющих электродвигатели как постоянного-тока, так

36

и переменного. Электропривод переменного тока с магнитными уси­ лителями часто называют дроссельным асинхронным приводом (ДАП).

Для целей управления электроприводами находят применение в основном МУ с положительной обратной связью (обычно по току), обладающие высоким коэффициентом усиления. Обратная связь может быть внешней или внутренней.

На рис. 18 представлены схемы управления скоростью вращения электродвигателей постоянного тока с независимым возбуждением при помощи МУ, имеющих внешнюю (рис. 18, а) и внутреннюю (рис. 18, б) положительные обратные связи.

Рис. 18

Внешняя обратная связь по току осуществляется с помощью дополнительной обмотки ОПОС (рис. 18, а). Ток в этой обмотке пропорционален току нагрузки. Величина тока обратной связи изменяется с помощью сопротивления г.

Управление скоростью вращения электродвигателей в приведен­ ных системах осуществляется следующим образом. Напряжение сети ис переменного тока приложено к последовательно включен­ ным якорю электродвигателя Дв и одной из рабочих обмоток ОР магнитного усилителя в зависимости от полярности напряжения ис. При изменении тока / у в обмотке управления ОУ изменяется маг­ нитная проницаемость ц сердечников МУ и, следовательно, изме­ нится индуктивность рабочих обмоток в соответствии с зави­ симостью

где w0. р — число витков рабочей обмотки;

37

S — активная площадь сечения сердечника; /с — длина средней линии сердечника.

Если принять, что, во-первых, сопротивление якоря гя элек­ тродвигателя чисто активное, во-вторых, внутреннее сопротивле­

W o . р)2 + 'я

Для обеспечения нормальной работы электродвигателей по­ стоянного тока выходное напряжение МУ предварительно выпрям­ ляется с помощью полупроводниковых диодов Дг Д4 , включен­ ных по мостовой схеме.

Выведем аналитическое выражение механической характерис, тики электродвигателя постоянного тока в системе с МУ, изобра­ женной на рис. 18, б.

При принятых выше допущениях напряжение на выходе МУ, прикладываемое к якорю электродвигателя, будет представлять собой последовательность усеченных синусоид (рис. 19). Величина среднего значения этого напряжения зависит от величины угла насыщения а сердечников МУ.

В зависимости от соотношения величин угла насыщения, стати­ ческого момента на валу электродвигателя и индуктивности обмотки якоря ток в якорной цепи электродвигателя может иметь характер либо непрерывный (в течение всего периода изменения напряжения сети), либо — прерывистый.

Рассмотрим работу электродвигателя в режиме непрерывного тока.

Дифференциальные уравнения электрического равновесия для

38

Перейдем к средним величинам токов и напряжений за период

Ф— полезный результирующий магнитный поток элек-~" тродвигателя.

39