Разработка аналоговой системы автоматического управления следящим электроприводом (стр. 4 из 9)
Станция управления состоит из регулируемого тиристорного выпрямителя, выполненного по мостовой трехфазной схеме, а также блоков управления и регулирования, обеспечивающих создание автоматизированного регулируемого электропривода постоянного тока.
Рисунок 1.5 – Структурная схема комплектного тиристорного преобразователя серии ШУВ3501-12АУ4
Блок БЛ преобразует реверсивный сигнал
в однополярный для управления нереверсивным усилителем.Введение блокировки по выходному напряжению усилителя позволяет переключать импульсы только при нулевом напряжении усилителя, соответствующем
, что исключает броски тока при реверсе и торможении привода. При смене полярности задающего напряжения 
меняет знак, давая БЛ команду на переключение ключей, однако БЛ не изменяет своего состояния из-за наличия блокировок по току и напряжению усилителя. Начинается быстрый спад напряжения на выходе усилителя и тока в силовой цепи. При снижении напряжения и тока до нуля БЛ выдает команду на переключение ключей в БКЛ, при этом также меняется полярность управляющего сигнала на входе нереверсивного усилителя.Реверс двигателя осуществляется переключением полярности питания в цепи якоря двигателя.
2. СТАТИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ САУ ЭП
2.1 Построение естественной электромеханической характеристики(при питании от сети), характеристики в разомкнутой системе (при питании от ТП)
Уравнение механической характеристики двигателя постоянного тока независимого (параллельного) возбуждения имеет вид [1]:
,где UC – напряжение, подводимое к якорной цепи электродвигателя, UC=UH=220 В; kФН – конструктивный коэффициент двигателя (по потоку), kФН=1,96 В·с; M – электромагнитный момент, развиваемый двигателем:
;RДВ – сопротивление цепи якоря:
;ω0 – скорость идеального холостого хода:
;Δω – перепад скорости, с-1.
Приведенное уравнение преобразуют в уравнение электромеханической (скоростной) характеристики:
,где I – сила тока в нагрузке, I=16,9 А.
Для построения электромеханической характеристики необходимо определить номинальную скорость вращения ωН:
.Естественная электромеханическая характеристика представляет собой прямую линию, поэтому для её построения достаточно воспользоваться двумя точками с координатами (ω0, I=0; ωН, I=IH). Естественная электромеханическая характеристика электродвигателя при питании от сети представлена на рисунке 2.1.
При изменении напряжения на якорной цепи двигателя его характеристики перемещаются параллельно естественной (т.е. жесткость не меняется). Скорость идеального холостого хода ω/0 при напряжении отличном от номинального, можно найти по соотношению:
,где ω0 – скорость идеального холостого хода, ω0=112,244 с-1;
UН – номинальное напряжение, подводимое к якорной цепи электродвигателя, UH=220 В;
U – напряжение, подводимое к якорной цепи электродвигателя, U=0,5·UН В; Таким образом
.Проведя прямую через ω/0 параллельно естественной характеристике, получают искусственную механическую характеристику при сниженном напряжении U=0,5·UН, которая представлена на рисунке 2.1.
Характеристика при минимальном напряжении должна быть такой, чтобы при изменении в необходимых пределах момента на валу двигателя, последний не останавливался. Проведя прямую через точку ω=0; I=2IH, параллельно естественной характеристике, получаем искусственную характеристику при минимальном напряжении, представленную на рисунке 2.1 и находим скорости ω0min=15,38 с-1, и ωmin=7,79 с-1.
Тогда минимальное напряжение будет равно:
.С учетом условий нагрева, при регулировании скорости ослаблением магнитного потока, ток в якорной цепи не должен превышать номинального значения.
Построение искусственной характеристики в данном случае можно выполнить в следующей последовательности:
Скорость холостого хода:
Номинальная скорость при 0,5·kФН:
.Искусственная механическая характеристика при снижении величины потока до 0,5·kФН приведена на рисунке 2.1.
Диапазон регулирования скорости в первой зоне (изменением напряжения)
.Диапазон регулирования скорости во второй зоне (изменением магнитного потока)
.Полный диапазон регулирования
.Жесткость механической характеристики при изменении напряжения
.Статизм характеристики определяется следующим образом:
.Построение электромеханических характеристик двигателя при питании от преобразователя в разомкнутой системе и при допущениях непрерывности тока вплоть до I=0 можно осуществить по формуле:
.Характеристики следует строить при углах управления αН (обеспечивает получение номинальной скорости
Н при номинальном токе нагрузки), α=1,5 α H и α = α max (обеспечивает минимальную скорость при номинальной нагрузке).Значение αН определим из следующей формулы:
.Задаваясь токами I, находят им соответствующие скорости и строят электромеханическую характеристику при α=αН.
Результаты расчётов для электромеханической характеристики при α=αН представлены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Результаты расчётов для электромеханической характеристики при α=αН
 | Н = 40,4° | 1,5  Н = 60,6° | max= 67,1° | ||||||
| I | 0 | IH | 2IH | 0 | IH | 2IH | 0 | IH | 2IH |
| | 140,57 | 104,67 | 68,76 | 90,62 | 54,71 | 18,81 | 71,82 | 35,91 | 0 |
Для построения характеристики при максимальном угле управления через точку (ω=0, I=2IН) параллельно характеристике при α=1,5αн проводится прямая до пересечения с осью скорости.
Электромеханические характеристики электродвигателя при питании от тиристорного преобразователя в разомкнутой системе регулирования представлены на рисунке 2.2.
Результат сравнения рисунков 2.1 и 2.2 следующий: качественные показатели характеристик при питании электродвигателя от тиристорного преобразователя в разомкнутой системе хуже, нежели при питании его от сети (жёсткость характеристик при питании электродвигателя от тиристорного преобразователя в разомкнутой системе ниже за счёт увеличения сопротивления якорной цепи). Максимальный угол регулирования:
.Жесткость характеристик можно определить по известному соотношению:
.Статизм определяется следующим образом:
.2.2 Построение электромеханической характеристики РЭПв 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 КС·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; kФн – конструктивный коэффициент электродвигателя.