шпора 1. Шпора 1. 1. Статические и динамические моменты. Механическая характеристика механизма. Уре движения

• Название: 1. Статические и динамические моменты. Механическая характеристика механизма. Уре движения
• Анкор: шпора 1
• Дата: 03.10.2022
• Размер: 1.35 Mb.
• Имя файла: Шпора 1.docx
• Тип: Документы; #711942
• страница: 4 из 6

е ЭП. Такие схемы получили название регуляторов. В табл. 11.1 при­ведены некоторые распространенные схемы регуляторов с исполь­зованием ОУ.

Р егуляторы получили свои названия в зависимости от выполня емых ими функциональных преобразований входных сигналов.

Пропорциональный (П) регулятор осуществляет рассмотренное выше масштабное (пропорциональное) преобразование входного сигнала с коэффициентом к = R₀J R_t и инвертированием его знака.

Интегральный (И) регулятор. Для реализации этого регулятора в цепь обратной связи ОУ включается конденсатор С_о , а во вход­ную цепь - резистор R_v В результате регулятор приобретает свой­ства интегрирующего устройства и напряжение на его выходе оп­ределяется интегралом от входного сигнала.

Дифференциальный (Д) регулятор. Схема соединения этого регу­лятора обеспечивает дифференцирование входного сигнала с ко­эффициентом Т = R_0CC_{.).

Апериодический (А) регулятор. Переходной функцией такого регулятора является экспоненциальная зависимость выходного сиг­нала во времени.

Функциональные преобразователи входят в состав УБСР-АИ и позволяют возводить в квадрат и извлекать квадратный корень из входного сигнала (ячейка ПК-1АИ), умножать и делить входные аналоговые сигналы (ячейки УМ-1АИ, УМ-2АИ, МДУ-1АИ), вы­делять модуль сигнала (ячейка ВМ-1АИ), осуществлять различные нелинейные зависимости между входным и выходным сигналами (ячейка ПФ-1АИ).

Командные (задающие) устройства реализуются на базе сельсин-ного командоаппарата типа СКА. Они выпускаются в трех испол­нениях - с приводом от рукоятки (СКАР), педальным приводом (СКАП) и маховичковым приводом (СКАЗ).

Датчики координат электрических приводов. В замкнутых ЭП, как уже говорилось, для формирования требуемых статических и динамических характеристик применяются обратные связи по скорости, положению, току и напряжению, реализуемые с помо­щью соответствующих датчиков.

Датчики напряжения для ЭП с ДПТ выполняются на основе по­тенциометра, включаемого на зажимы якоря М двигателя, как это показано на рис. 11.10, а. Уровень сигнала обратной связи по на­пряжению U_{o н}, снимаемого с потенциометра RP, а значит, и коэф­фициент обратной связи по напряжению определяются положени­ем движка потенциометра.

Датчики положения применяются для получения электрическо­го сигнала, пропорционального положению исполнительного орга­на или вала двигателя. В таких датчиках используются сельсины, потенциометры и вращающиеся трансформаторы.

48. Регулирование координат АД с помощью резисторов

Данный способ регулирования координат, называемый часто ре­остатным, осуществлятся введением добавочных активных резис­торов в статорные или роторные цепи АД (см. рис. 5.1). Он привле­кателен простотой своей реализации, но имеет в то же время невы­сокие показатели качества регулирования и экономичности.

В ключение добавочных резисторов в цепь статора применяет­ся главным образом для регулирования (ограничения) в переход­ных процессах тока и момента АД с короткозамкнутым ротором. все искусственные электромехани­ческие характеристики располагаются в первом квадранте ниже и левее естественной. С учетом того, что скорость идеального холос­того хода ю₀ при включении R_]a не изменяется, получаемые искус­ственные электромеханические характеристики можно представить семейством кривых 2... 4, которые расположены ниже естественной характеристики 1, построенной при Л_1д = 0, причем большему зна­чению R_la соответствует больший наклон искусственных характе­ристик (рис. 5.6, а). Практическая ценность этих характеристик со­стоит в обеспечении возможности ограничения токов АД при пуске.

Д



ля получения искусственных механических характеристик про­анализируем влияние R_u на координаты их характерных точек.

Скорость холостого хода со₀= Infjp не изменяется при R_la = var, т.е. все искусственные характеристики проходят через эту точку на оси скорости (скольжения).

Включение добавочных резисторов R_2д в цепь ротора применяется как с целью регулирования тока и момента АД с фазным ротором, так и для регулирования его скорости.

Искусственные электромеханические характеристики при - var имеют вид, показанный на рис. 5.6, а, и могут использоваться для регулирования (ограничения) пускового тока.
49. Датчики скорости и положения, применяющиеся в замкнуты схемах управления.

Для получения информации о скорости и положении вала дви­гателя в замкнутых ЭП применяются аналоговые и дискретные дат­чики скорости и положения.




Датчики скорости (тахогенераторы) предназначены для измерени скорости вращения вала двигателя или исполнительного органа ра­бочей машины. Они представляют собой специализированные элек­трические машины небольшой мощности, выходное напряжение кс -торых пропорционально скорости вращения их якоря (ротора), т. е £/_вых - уы, где у - коэффициент пропорциональности. Основное тре-бование к тахогенераторам заключается в максимальном приближе­нии зависимости U(м) к линейной, чт:

вых ⁴ ' ⁷

определяет точность их работы.

По принципу своего действия и уст­ройству тахогенераторы бывают пост янного и переменного тока.

Т ахогенераторы постоянного ток. представляют собой небольшие генератс -ры постоянного тока с возбуждением с независимого источника (рис. 11.16, а) иг. от постоянного магнита (см. рис. 10.7. Б) Тахогенераторы переменного тока в основном применяются асин­хронного типа и по своему устройству мало отличаются от одно­фазных асинхронных двигателей. Они имеют две обмотки (см. рис. 11.16,5), одна из которых ОВ подключается к питающей сети и служит для возбуждения тахогенератора, а другая ОИ явля­ется измерительной. Напряжение на зажимах этой обмотки Uпро­порционально скорости вращения тахогенератора ш.

Синхронные тахогенераторы представляют собой однофазный синхронный генератор малой мощности с ротором в виде много­полюсного постоянного магнита. При вращении ротора создавае­мое им магнитное поле пересекает витки обмотки статора и наво­дит в ней ЭДС, пропорциональную скорости вращения, поэтому выходное напряжение на зажимах обмотки статора оказывается про­порциональным скорости ротора.

Особенностью синхронных тахогенераторов является зависи­мость частоты их выходного напряжения от скорости ротора.

И мпульсный индукционный датчик скорости включает в себя зуб­чатый диск 1 (рис. 11.17), соединенный с валом двигателя или рабо­чей машины. Напротив зубцов этого диска располагается индук­тор 2, представляющий собой постоянный магнит с расположен­ной на нем измерительной обмоткой 3, подключенной к источнику питания U_n. Напряжение, снимаемое с обмотки, подается через конденсатор С на вход усилителя У, выполняющего одновременно роль формирователя импульсов. При вращении диска изменяется зазор между его зубцами и полюсами индуктора 2. Вследствие это­го резко изменяются магнитное сопротивление воздушного зазора и магнитный поток, проходящий через зубцы диска 7 и индуктор. Изменяющийся магнитный поток индуцирует в обмотке 3 ЭДС, ча­стота которой / = G)jV/(27i), где N - чи­сло зубцов диска; со - скорость диска (вала двигателя).

Созданное этой ЭДС напряжение переменного тока U_mчерез конденса­тор С подается на вход усилителя, ко­торый, усиливая этот сигнал, формиру­ет из него последовательность выход­ных прямоугольных импульсов, часто­та которых пропорциональна измеря­емой скорости. Далее эти импульсы при помощи цифрового блока «частота - код», имеющегося, на­пример, в УБСР-ДИ, преобразуются в двоичное число посредством их подсчета за определенный интервал времени с запоминанием по­лученного числа на время последующего интервала. При необхо­димости этот переменный по частоте сигнал можно преобразовать и в напряжение постоянного тока (например, с помощью интегри­рующего операционного усилителя) для использования в аналого­вых схемах управления ЭП.

Датчики положения применяются в замкнутых схемах управле­ния ЭП и выполняются аналоговыми или цифровыми.

Вращающиеся (поворотные) трансформаторы, являющиеся ана­логовыми датчиками положения (угла поворота) вала двигателя или рабочей машины, представляют собой индукционную электричес­кую машину малой мощности. Их работу рассмотрим на примере наиболее распространенного синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ). Этот трансформатор (рис. 11.18, а) имеет четыре обмотки, две из которых (возбуждения ОВ и компенсационная О К) расположены на статоре и две (измерительные ОИ1 и ОИ2), назы­ваемые вторичными, - на роторе. Ротор соединяется с валом двигате­ля или рабочей



50. Расчет резисторов в цепи статора. Рассмотрим наиболее распрост­раненную задачу, когда включение добавочного резистора во все три

фазы статора (симметричная схема) должно обеспечить заданную кратность пускового тока

или момента где I_1п.и ,I_1пе и М_пи,Мпе-соответственно пусковые токи и моменты АДпри включении добавочного резистора и без него.

Воспользуемся для расчета методикой, приведенной в [3], для чего введем понятия полного комплексного сопротивления короткого замыкания z,соответствующего моменту пуска АД:

(5.17)

а также активного г_%и реактивного х_ксопротивлений короткого замыкания, определяемых по формулам

(5.18)

(519)

где cos ф_п - коэффициент мощности АД в момент его пуска.

Тогда для получения заданных кратностей пусковых тока а или момента п. требуемое сопротивление добавочного резистора опре­делим по формулам
(5.20)


(5/21)

Основная трудность при использовании формул (5.18) ... (5.21) со­стоит в определении cos ф_п = cos ф_кз, значение которого обычно не приводится в справочниках и каталогах. На рис. 5.8 приведены усред­ненные зависимости коэффициента мощности асинхронных двигате­лей от их номинальной мощности в режиме короткого замыкания (пус­ка), рассчитанные по паспортным данным двигателей серий 4А (кри­вая 2), и МТК (кривая 1)для различ­ных скоростей вращения. Прибли­женно для серии двигателей 4А с ко-роткозамкнутым ротором можно принять cos ф_п = 0,3...0,5, а для АД серий MTF и МТН cos ф_п = 0,6... 0,7.

В [3] приведен также метод расче­та добавочного резистора, включае­мого в одну фазу статора (несим­метричная схема), с целью получения заданных пусковых тока и моме

51. Следящий электропривод.

Следящий электропривод, следящая система, обеспечивающая воспроизведение некоторых механических перемещений на управляемом объекте посредством исполнительного электродвигателя (ИЭ). Следящий электропривод включает в себя задающее устройство, измерительный преобразователь, орган сравнения, усилитель и ИЭ. Задающее устройство вырабатывает исходный сигнал (изменяющийся, как правило, по произвольному закону). Измерительный преобразователь непрерывно измеряет фактическое значение воспроизводимой величины на управляемом объекте, которое при помощи органа сравнения сопоставляется с заданным. Обычно измерительный преобразователь и орган сравнения объединены в одном устройстве, вырабатывающем электрический сигнал рассогласования (СР), пропорциональный разности между заданным и фактическими значениями воспроизводимой величины. СР (в виде напряжения или тока) поступает на вход усилителя, а затем на ИЭ, осуществляющий такое движение управляемого объекта, при котором СР уменьшается. В отсутствие СР ротор электродвигателя находится в покое.

Различают Следящий электропривод с непрерывным и дискретным управлением. Особенностью первого является непрерывное регулирование напряжения (мощности) ИЭ в функции СР. В простейшем случае эта зависимость линейна. Следящий электропривод с дискретным управлением подразделяются на релейные и импульсные. В релейных Следящий электропривод в качестве усилителя используют бесконтактные реле, которые при определённой величине СР включают ИЭ на полную мощность. В импульсных Следящий электропривод включение ИЭ осуществляется периодически, через определённые (равные) промежутки времени управляющими импульсами тока, амплитуда, длительность или частота которых являются функцией СР.

В большинстве Следящий электропривод задаваемой величиной является угол поворота входного вала, а регулируемой — угол поворота выходного вала, с которым связан управляемый объект. В качестве измерительных преобразователей наибольшее распространение в таких устройствах получили потенциометры и индукционные машины переменного тока типа сельсинов или поворотных трансформаторов. Следящий электропривод находят применение в различных системах управления, передачи информации и измерения.
52.Расчет регулировочных резисторов в цепи ротора асинхронного двигателя.

_{Обычно требуется определить сопротивление дополнительного резистора Я2д, при включении ко­торого АД будет иметь заданную искусственную характеристику или же она будет проходить через заданную точку с координатами}( <sub>). При этом предполагается, что естественная механическая характеристика АД известна (рассчитана или снята эксперименталь­но), а требуемая искусственная характеристика задана по условиям пуска или регулирования скорости.

Расчет сопротивления добавочного резистора R2д может быть вы­полнен несколькими способами в зависимости от формы задания требуемой искусственной механической характеристики.

Если искусственная характеристика задана полностью и опре­делена точка критического момента (например, характеристика 2 на рис. 5.7), то в этом случае расчет основывается на формуле (5.10), с помощью которой находится отношение критических скольже­ний АД на естественной 1 и искусственной 2 характеристиках:

Sк.е/Sк.и=Rр'/(Rр'+ R2д1') = Rр/(Rр + R2д1), (5.22)

где Rp - сопротивление фазы обмотки ротора АД. Из (5.22) определим искомое значение

R2д1=Rр(sк.и /sк.е -1). (5.23)

Формула (5.23) справедлива не только для критического момен­та Мк , но и для любого фиксированного момента Ми. Таким обра­зом, если задана некоторая точка искусственной характеристики 3 (см. рис. 5.7) с координатами Ми , sи , то искомое сопротивление резистора можно найти по формуле

R2д2=Rр(sи /sе -1). (5-24)

где sе - скольжение АД на естественной характеристике 1, соответ­ствующее моменту Ми .

Отметим, что значение сопротивления обмотки ротора можно найти приближенно по следующей формуле с использованием пас­портных данных АД:

Rр=E2ksном / (корень из 3*I2ном) (5.25)

Если искусственная характеристика задана своей рабочей час­тью, то для расчета резисторов можно использовать метод отрез­ков, который подробно рассматривался в гл. 4 применительно i ДПТНВ. На рис. 5.7 выполнено такое построение, для чего прове­дена вертикальная линия, соответствующая номинальному момен­ту М , и отмечены характерные точки а, Ь, с, d, е. Тогда сопротиБ ление искомого резистора для получения характеристики 2

R2д1=Rномbc/ae (5-26)

где Rном=E2k/( корень из 3*I2ном )- номинальное сопротивление АД; Е2k -

ЭДС ротора при s=l; I2ном- номинальный ток ротора.

С помощью метода отрезков и рис. 5.7 при необходимости по естественной характеристике 1 можно найти и сопротивление фазы обмотки ротора

Rр =R2номab/ae (5.27)</sub>


53-Регулирование скорости ад изменением напряжения.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением напряжения на статоре

Изменение напряжения, подводимого к обмотке статора асинхронного двигателя, позволяет регулировать скорость с помощью относительно простых технических средств и схем управления. Для этого между сетью переменного тока со стандартным напряжением U1ном и статором электродвигателя включается регулятор напряжения.

При регулировании частоты вращения асинхронного двигателя изменением напряжения, подводимого к обмотке статора, критический момент Мкр асинхронного двигателя изменяется пропорционально квадрату подводимого к двигателю напряжения Uрет (рис. 3), а скольжение от Uрег не зависит.
Рис. 1. Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором при различных сопротивлениях резисторов, включенных в цепь ротора
Рис. 2. Схема регулирования скорости асинхронного двигателя путем изменения напряжения на статоре



Рис. 3. Механические характеристики асинхронного двигателя при изменении напряжения подводимого к обмоткам статора

Если момент сопротивления рабочей машины больше пускового момента электродвигателя (Мс > Мпуск), то двигатель не будет вращаться, поэтому необходимо запустить его при номинальном напряжении 17ном или на холостом ходу.

Регулировать частоту вращения короткозамкнутых асинхронных двигателей таким способом можно только при вентиляторном характере нагрузки. Кроме того, должны использоваться специальные электродвигатели с повышенным скольжением. Диапазон регулирования небольшой, до nкр.

Для изменения напряжения применяют трехфазные автотрансформаторы и тиристорные регуляторы напряжения.

Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том, что, изменяя частоту питающего напряжения, можно в соответствии с выражением при неизменном числе пар полюсов р изменять угловую скорость nо магнитного поля статора.

Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью.

Для получения высоких энергетических показателей асинхронных двигателей (коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности) необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение. Закон изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки Мс. При постоянном моменте нагрузки напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте.


54. Замкнутые электроприводы с подчиненным регулированием координат..

<sub>Замкнутые электроприводы с подчиненным регулированием коор­динат. Эффективное и качественное регулирование координат в сис­теме П - Д обеспечивает принцип подчиненного регулирования, ре­ализуемый по структурной схеме, приведенной на рис. 11.4. Напом­ним, что этот принцип предусматривает регулирование каждой ко­ординаты с помощью своего отдельного регулятора и соответству­ющей обратной связи, т. е. регулирование каждой координаты про­исходит в собственном замкнутом контуре и требуемые характерис­тики ЭП в статике и динамике можно получить за счет выбора схемы и параметров регулятора этой координаты и цепи ее обратной связи.

У правление внутренним контуром с помощью выходного сиг­нала внешнего контура определяет еще одно ценное свойство та­ких систем. Оно заключается в возможности простыми средствами ограничивать любую регулируемую координату, например ток и момент, на заданном уровне. Для этого требуется всего лишь огра­ничить сигнал, поступающий с внешнего контура.

Рассмотрим схему ЭП (рис. 11.26, а) с подчиненным регулиро­ванием, выходной регулируемой координатой которой является скорость. Управляющая часть схемы состоит из двух замкнутых контуров: контура регулирования тока (момента), содержащего регулятор тока РТ и датчик тока ДТ, и контура регулирования скорости, содержащего регулятор скорости PC и датчик скорости (тахогенератор) ТГ.

Р егуляторы тока и скорости в большинстве схем ЭП этого типа выполняются на базе операционных усилителей. Включение в цепь задающего сигнала скорости U3C регулятора скорости PC и его об­ратной связи резисторов R1 и Rос1 обеспечивает изменение (усиле­ние или ослабление) этого сигнала с коэффициентом k1=Rос1/ R1 Аналогично изменение сигнала обратной связи по скорости Uос . про­исходит с коэффициентом k2- Roс1/R2. Такой регулятор получиг. название пропорционального регулятора скорости.

П ри включении в цепь ОУ конденсаторов (реактивных электри­ческих элементов) его функциональные возможности по преобра­зованию электрических сигналов становятся шире. Так, включение в цепь обратной связи регулятора тока РТ конденсатора Сос после-
Будем считать что у крали сёдня разгрузочный день=)

д овательно с резистором Roc2 позволяет получить на выходе РТсиг­нал в виде суммы двух составляющих:
Uy = k3Uвх+k4∫Uвхdt,

где k3 k4 - коэффициенты усиления сигналов.

Здесь сигнал Uу содержит пропорциональную и интегральную составляющие входного сигнала Uвх т.е. РТ является в этом случае пропорционально-интегральным (П - И) регулятором.

По каким же критериям и условиям выбираются схема и пара­метры цепей того или иного регулятора? Основным условием здесь является желаемый (заданный) характер переходных процессов при регулировании координат. Из всех возможных их видов обычно выбираются переходные процессы с затухающими колебаниями (см. рис. 11.26, б), что является оптимальным в том смысле, что по­зволяет обеспечить устойчивость этих процессов при небольших длительностях и перерегулированиях</sub>
55.Замкнутые схемы управления ЭП с ДПТ с обратными связями по скорости и току.

<sub>з амкнутая схема электрического привода с двигателями посто­янного тока с обратными связями по скорости и току. Для получен жестких характеристик ЭП, необходимых для регулирования с роста, и мягких характеристик, требуемых для ограничения тока момента, т. е. при регулировании двух координат, применяются . ответствующие обратные связи. В схеме ЭП с нелинейными обр_ ными связями по скорости и току (рис. 11.25, а) для обеспечения :-; линейности цепей обратных связей используются узел токоогра:-чения УТО и узел ограничения скорости УСО, характеристики i торых показаны внутри соответствующих условных изображен Приведенная схема соответствует схеме с общим усилителем и линейными обратными связями (см. рис. 11.3), которые опре ют разделение области механических характеристик (см. г 11.25, б) на три зоны -1, II и III.

В зоне I в диапазоне токов от 0 до Iотс действует только обрат -связь по скорости, обеспечивая жесткие характеристики ЭП. В зоне

II при I > Iотс вступает в действие обратная связь по току и харак­теристики становятся мягче. При дальнейшем увеличении тока и падении скорости ниже скорости отсечки шотс перестает действовать обратная связь по скорости, а за счет действия связи по току харак­теристики становятся еще мягче (зона III), т.е. обеспечивается тре­буемое ограничение тока и момента.

После формирования требуемых статических характеристик в замкнутом ЭП, построенном по схеме с общим усилителем, может оказаться, что его динамические характеристики неприемлемы -движение в переходных процессах или оказывается неустойчивым, или характеризуется перерегулированием и колебаниями, или име­ет значительное время протекания. В этих случаях требуется кор­рекция законов управления ЭП.

Сущность коррекции динамических характеристик ЭП заклю­чается в том, что в его схему включаются дополнительные (коррек­тирующие) устройства, позволяющие нужным образом изменять эти характеристики. Определение схемы (структуры), параметров и места включения корректирующих устройств, или, как говорят, их синтез, производится по заданным критериям качества переходных процессов методами, разработанными в теории автоматического регулирования и ЭП [6, 9]. Не останавливаясь на описании этих методов и схем используемых корректирующих устройств, отметим, что цель коррекции состоит в получении и использовании в схеме

ЭП дополнительных сигналов управления, пропорциональных про­изводным и интегралам от основных сигналов. Другими словами, коррекция динамических характеристик ЭП предусматривает ис­пользование дополнительных гибких обратных связей. Эти связи по принципу своего действия проявляют себя только в переходных процессах, участвуя в формировании заданных динамических ха­рактеристик ЭП и не изменяя в то же время полученные с помощью жестких (постоянно действующих) обратных связей статические характеристики

57. Регулирование скорости электропривода. Общие положения и основные понятия.</sub>

Регулирование скорости электропривода применяют в установках с переменной нагрузкой для изменения производительности холодильных компрессоров.

Регулирование скорости электропривода осуществляется одновременным изменением частоты и напряжения, подводимого к ротору МДП. Предполагается, что статический преобразователь частоты безынерционен, и заданные частота и напряжение, связанные определенным законом, устанавливаются мгновенно.

П оказатели регулирования.

1. Диапазон регулирования - это отношение наибольшей скорости вращения, получаемой в ЭП, к наименьшей:

D = ωmax / ωmin

2. Плавность регулирования, определяемая как отношение скоростей на двух соседних ступенях регулирования:

К = ωK / ωK+ 1, при этом ωК > ωК + 1

Плавность тем выше, чем К ближе к единице.

3. Стабильность скорости вращения при изменении нагрузки соответствует отношению приращения момента на данной характеристике к приращению скорости:

C = ΔM / Δω.

Стабильность тем выше, чем меньше изменение скорости при увеличении нагрузки на валу двигателя.

4. Потери энергии при регулировании в регулирующих элементах. Для их снижения регулирующие элементы избегают включать в главные цепи.

5. Допустимая нагрузка на валу двигателя, определяемая нагревом его обмоток и скоростью вращения двигателей с самовентиляцией. Различают регулирование скорости в двух зонах: с постоянным моментом 1 и с постоянной мощностью 2.

Направление регулирования скорости вверх или вниз от основной (номинальной скорости).
58. Замкнутые схемы управления ЭП с АД.

- Замкнутая схема управления Асин. ЭП, выполненного по сис. ”тиристорный регулятор напряжения-двигатель”(ТРН-АД)
З амкнутый ЭП с частотным управлением АД.

-Замкнутая схема импульсного регулирования скорости АД с помощью резистора в цепи ротора.