Синтез системы регулирования скорости “Тиристорный

преобразователь - двигатель постоянного тока”

Тиристорные системы регулирования скорости электроприводов постоянного и переменного тока в структурном плане представляют собой двухконтурные САР с подчиненным контуром регулирования тока (электромагнитного момента). Применение внутренних контуров САР обеспечивает оптимальное регулирование и простоту ограничения подчиненных координат на допустимых уровнях.

Синтез САР скорости осуществляют в 2 этапа.

8.1.1. Синтез контура регулирования тока якоря

Структурная схема контура регулирования тока якоря приведена на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Структурная схема контура регулирования тока якоря

Допущение при синтезе: пренебрегаем влиянием обратной связи по э.д.с. двигателя, т. е. полагаем e _д = 0. Допущение вполне оправдано, поскольку изменение скорости (э.д.с.), как правило, происходит гораздо медленнее в сравнении с током якоря. В качестве условия, гарантирующего обоснованность такого пренебрежения, принимают следующее: T _м ³ 10 T _m. Если это условие не соблюдается, то пренебрежение влиянием обратной связи по э.д.с. при синтезе приводит к тому, что контур тока якоря становится статическим и электропривод недоиспользуется по перегрузочной способности при пуске и торможении. В этом случае необходимо вводить компенсацию э.д.с. двигателя [2].

Применим типовую методику структурно-параметрического синтеза, рассмотренную выше в гл. 7.5. Этапы синтеза:

1. Параметрическая декомпозиция объекта управления:

- большие постоянные времени (БПВ): T _э ;

- малые постоянные времени (МПВ): T _тп, T _фрт, T _фдт ;

- эквивалентная малая постоянная времени контура (ЭМПВ):

T _mт = T _тп + T _фрт + T _фдт ;

2. Задание критерия качества в виде желаемой передаточной функции разомкнутого контура (настройку замкнутого контура регулирования тока якоря будем осуществлять на технический оптимум - ТО):

3. Синтез структуры и параметров регулятора.

Передаточная функция регулятора тока якоря

.

Таким образом, структура регулятора тока - ПИ, обеспечивает компенсацию одной БПВ - T _э.

Параметры регулятора тока:

- коэффициент передачи регулятора

- постоянная времени интегрирования

- постоянная времени изодромного звена T _из = T _э.

Заметим, что здесь имеют место лишь 2 независимых параметра, поскольку K _рт = T _из / T _и.

4. Расчет параметров регулятора.

Большинство регуляторов реализуются на основе операционных усилителей в интегральном исполнении. В системах управления электроприводами наибольшее применение нашли серии микросхем К140 (К140УД5, К140УД6, К140УД7, К140УД8, К140УД14), К153 (К153УД1, К153УД 2), КР553 (КР553УД1, КР553УД2), КР157 (КР157УД1, КР157УД2) и др.). Питание этих микросхем унифицировано - ±15 В.

Принципиальная схема регулятора тока на основе операционного усилителя приведена на рис. 8.2. Расчету подлежат значения резисторов R _зт, R _от, R _т и емкости конденсатора C _от, а также величина напряжения U _зт, обеспечивающего ограничение тока якоря на допустимом уровне. Заметим, что число параметров принципиальной схемы регулятора (их 5) значительно превышает число независимых параметров регулятора, полученных в результате синтеза (их только 2). Очевидно, что неоходимо задаться какими-то тремя параметрами, условиями или соотношениями. Введем следующие допущения:

а) зададимся значением емкости C _от в пределах (1…2)10^-6 фарады;

Рис. 8.2. Принципиальная схема ПИ – регулятора тока

б) примем, что максимальное напряжение задания, обеспечивающее ограничение тока якоря на допустимом уровне, U _{зт, max} = 10 В, т.е. несколько меньше напряжения насыщения операционных усилителей; фактически заданием этого напряжения мы однозначно определяем величину контурного коэффициента усиления, т. е. 1 / K _т = i _max / U _{зт, max} = i _max / 10.

в) используем соотношения, справедливые для статических режимов любых операционных усилителей перечисленных серий (с собственным коэффициентом передачи свыше 20000):

U _{зт, max} / R _зт = U _{дт, max} / R _т = K _т / K _дт.

Тогда порядок расчета резисторов будет следующим:

1. R _от = T _из / C _от = T _э / C _от.

2. R _зт = T _и / C _от = 2 T _mт K _тп K _т / R _э C _от = K _т R _т / K _дт,

откуда R _т = 2 T _mт K _тп K _дт / R _э C _от.

3. R _зт = R _т U _{зт, max} / U _{дт, max},

где U _{дт, max} = K _дт i _max, U _{дт, max} £ 10 В.

Если рассчитанные величины резисторов R _зт и R _т окажутся менее

1 кОм, необходимо изменить соответствующим образом значение C _от.

Примечание: величины резисторов и емкостей выбираются из стандартных рядов.

Передаточная функция синтезированного замкнутого контура регулирования тока якоря (ЗКРТ), настроенного на технический оптимум, имеет вид:

где T _т - постоянная времени замкнутого контура тока якоря, аппроксимированного апериодическим звеном 1-го порядка, . Величина T _т зависит, прежде всего, от пульсности тиристорного преобразователя и обычно находится в пределах 0,01…0,03с.