5. Основы электропривода

5.1.Применение обратных связей для управления электродвигателями

К современным электроприводам предъявляют высокие технические требования по точности, быстродействию, стабильности статических и динамических характеристик. Удовлетворить эти требования возможно лишь при применении обратных связей в электроприводах по углу, ускорению, моменту и.т.я

Электропривод с обратными связями в общем случае состоит из следующих узлов

рис. 1.1.

1. Системы автоматического управления, которая вырабатывает сигнал рассогласования между задающим сигналом и сигналом обратной связи, корректирует и фильтрует сигналы управления для необходимых статических и динамических характеристик.

2. Преобразования электрической энергии сети, преобразует электрическую энергию тока, напряжения, частоты сети для управления кабиной электродвигателя.

3. Преобразователь электрической энергии в механическую, представляющий собой электродвигатель постоянного тока.

4. Исполнительная механическая часть редуктора, передачи винт-гайка, объекты управления.

5. Измерительная часть с обратными связями, обеспечивающая измерение и обработку параметров объекта управления и передачи этой информации по каналам обратной связи в систему автоматического управления.

З адающий сигнал Сеть

Рис. 1.1.Функциоеальная схема электропривода

Влияние обратной связи по скорости на статические и динамические . характеристики электропривода.

Рассмотрим электропривод с отрицательной связью по скорости рис. 1.2. и сравним статические и динамические характеристики с обратной связью и без нее. Упращенная система уравнений, описывающая работу электродвигателя имеет вид:

(1.1)

Решая эту систему уравнений с учетом и без учета обратной связи по скорости U_осс получим:

Без обратной связи: С обратной связью:

(1.2) (1.3)

из 1.3. видно, что при увеличении К_ТХ, К_У, в электроприводе с обратной связью колебания скорости вращения двигателя в зависимости от нагрузки уменьшается рис. 1.3., увеличивается жесткость механической характеристики.

Рис. 1.2. Структурная схема электропривода

(а) (б)

Рис. 1.3. Ступенчатое изменение

нагрузки от М1 до М2

Увеличение жесткости механической характеристики приводит к увеличению диапазона регулирования скорости.

Жесткость механической характеристики:

; (1.4)

Диапазон регулирования скорости:

; (1.5)

При анализе динамических характеристик электропривода опишем работу исполнительной механической части следующим уравнением:

; (1.6)

где I – момент инерции механизма;

Мс(f’_дв) – момент сопротивления.

Для упрощения решения дифференциального уравнения будем считать, что Мс(f’_дв) представляет собой линейную функцию скорости:

; (1.7)

Мс(f’_дв)=0;

Подставим эти выражения в (1.6), получим:

; (1.8)

; (1.9)

где Т_м=I/b – электромеханическая постоянная времени.

Решая дифференциальное уравнение (1.9) при начальных условиях получим уравнение переходного процесса скорости вращения электропривода:

; (1.10)

Из уравнения (1.9) видно, что увеличение жесткости b при наличии обратной связи по скоростям уменьшает электромеханическую постоянную времени Т_м , существенно увеличивает быстродействие работы (рис.1.4), улучшая динамические характеристики электродвигателя.

Рис. 1.4. Переходной процесс в электроприводе.