электромеханическая система обратной связи по моменту

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПО МОМЕНТУ
ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Пасечник С.Н. 361-3, Чех В.А. 361-2 ПрЭ-0910
В системе электропривода постоянного тока задача поддержания постоянного
момента на валу решается введением отрицательной обратной связи по моменту. Система
управления, воздействуя на регулятор напряжения на основе трехфазного тиристорного
полностью управляемого выпрямителя, позволяет решить эту задачу.
Тиристорный преобразователь имеет возможность ручного и автоматического
управления. Автоматическое управление реализуется с использованием аппаратнопрограммного комплекса на основе среды "Многоканальный осциллограф", которая
позволяет как задавать режимы работы электропривода, так и наблюдать переходные
процессы. Нагрузкой является маховик и асинхронный двигатель, подключенный к
приводу в режиме динамического торможения и регулируемый питающей сетью
переменного тока.
Изменение момента нагрузки осуществляется с помощью
автотрансформатора.
Источником питания данной схемы является трехфазная сеть.
С целью согласования напряжения сети и напряжения питания привода установлен
трехфазный согласующий трансформатор.
Блок неуправляемых выпрямителей 332 (Приложение А рисунок А.3) выполняет
роль питания обмотки возбуждения двигателя постоянного тока.
Тиристорный преобразователь предназначен для питания двигателя постоянного
тока[4].
Блок дросселей использован для уменьшения пульсаций тока в цепи якоря ДПТ.
Датчик момента реализован на блоке, содержащем датчик тока с выходом на
операционном усилители ISO124P, который предназначен для получения нормированных
гальванически не связанных с сетью сигналов, пропорциональных току якоря. В блок
подаётся ток цепи якоря двигателя постоянного тока, который затем преобразуется в
напряжение. Напряжение, полученное в блоке, используется для формирования сигнала
управления системой с отрицательной обратной связью по моменту [3]. С целью
устранения перерегулирования параллельным включением конденсатора на входе блока
330 реализовано апериодическое звено первого порядка. Данный блок установлен в цепи
якоря двигателя постоянного тока после якоря, с целью подавления помех, которые
создаются коммутацией щёток [2].
Результаты проделанной работы представлены в виде основных характеристик
системы с обратной связью по моменту.
Результаты проделанной работы представлены в виде основных характеристик
системы с обратной связью по моменту.
На рисунке 1 представлена зависимость скорости двигателя постоянного тока при
изменении момента на его валу. Изменение момента производилось путем изменения
напряжения противо–э.д.с. на асинхронном двигателе. Двигатель постоянного тока
соединён с асинхронный двигатель через маховик жесткой связью.
2
Рисунок 1 - График зависимости скорости вращения двигателя w от тока якоря I, который
пропорционален моменту на валу двигателя.
Замыкая систему обратной связью по моменту наблюдаем установившееся
значение тока якоря, который пропорционален моменту на валу двигателя (рисунок 2).
Рисунок 2 - График зависимости скорости вращения двигателя w от тока якоря I с
включенной обратной связью по моменту.
Далее, путем изменения параметра обратной связи, получена характеристика
времени переходного процесса (восстановления двигателем заданного тока якоря),
которая представлена на рисунке 3.
Рисунок 3 - График зависимости времени переходного процесса в системе при различном
параметре обратной связи по моменту.
3
Минимальный коэффициент обратной связи по моменту определен опытным путем
и составляет около 10.
Используя полученные результаты построена характеристика перерегулирования
системы от параметра обратной связи.
Рисунок 4 - График зависимости перерегулирования системы от параметра обратной
связи.
Изменяя параметры программного регулятора добились минимального времени
переходного процесса и минимального значения перерегулирования системы. При
попытке дальнейшего увеличения быстродействия в системе увеличивалось
перерегулирование вплоть до момента, когда система становилась неустойчивой.
После замыкания обратной связи по моменту, момент на валу двигателя перестал
являться функцией зависимости от скорости вращения вала двигателя. Это подтверждает
то, что обратная связь по моменту успешно реализована и может использоваться в
дальнейшем. Для реализации полной замкнутой модели необходимо, что бы обратные
связи по моменту и по скорости не были включены одновременно. Обратная связь по
моменту работает только в момент пуска двигателя и аварийных ситуациях, чтобы
ограничить ток. Когда двигатель работает в номинальном режиме необходимо отключить
обратную связь по моменту и включить обратную связь по скорости[1].
Из рисунков 3 и 4 наблюдается оптимальная работа системы при коэффициенте
обратной связи K=25÷30. При дальнейшем увеличении данного параметра
быстродействие не изменяется, а перерегулирование увеличивается вплоть до
неустойчивости системы.
Из вышесказанного следует отметить, что реализация замкнутой системы с
обратной связью по моменту очень важна для практического применения, пуска двигателя
и защиты от аварийных режимов работы двигателя.
Таким образом был разработан датчик момента, реализован на имеющейся
элементной базе. Вышеуказанный датчик внесен в систему управления двигателем,
согласованы параметры его выходных сигналов с требуемыми для оптимальной работы
замкнутой системы.
4
Список литературы:
1. «Теория автоматического управления», Методические указания по выполнению
курсовой работы, В. П. Обрусник, Ю. М. Лебедев, Томск 2007.
2. «Теория автоматического управления», учебное пособие, Б. И. Коновалов, Ю. М.
Лебедев, Томск 2003.
3. «Электрические машины», учебное пособие, В. П. Обрусник, Томск 2007.
4. «Основы преобразовательной техники», учебное пособие, И.М.Чиженко,
В.С.Руденко, В.И.Сенько
5
Приложение А
Структурная и электрическая принципиальные схемы
установки
Рисунок А.1 - Структурная схема установки
6
Рисунок А.2 - Схема электрическая - принципиальная установки.
Рисунок А.3 - Схема электрическая - принципиальная установки (продолжение).