4. Система регулирования.

Система автоматического регулирования скоростью электродвигателя – двухконтурная, с подчиненным регулированием параметров.

Внешний контур (основной) - контур скорости. Ему подчинен внут­ренний контур - контур тока якоря. Контур тока адаптивный с по­ложительной обратной связью по ЭДС двигателя.

4.1. Контур тока якоря.

В контур тока якоря помимо тиристорного преобразователя и якорной цепи электродвигателя входят: датчик тока, регулятор тока, нелинейное звено и функциональный преобразователь ЭДС дви­гателя. Принципиальные схемы этих звеньев приведены на рисунке 4.1.

Измерителями выпрямленного тока являются трансформаторы переменного тока Т2-Т4, сигнал которых, пропорциональный току якоря двигателя, выпрямляется двумя трехфазными нулевыми выпрямителями (диодные сборки V39, V40). Для того, чтобы трансформаторы переменного тока работали в режиме, близком к короткому замыканию, выпрямители нагружены на низкоомные ре­зисторы R62, R63, имеющие величину сопротивления 24 Ом.

Подключение сигнала обратной связи нужного знака осуществ­ляется транзисторной сборкой V16. В исходном состоянии, при снятых управляющих импульсах с обоих комплектов тиристоров, ключи кл. В2, кл. Н2 открыты. Входы цепей обратной связи регулятора тока (R69 и R68) в этом режиме подключаются к общей точке источников питания, т. е. =0.

При включении комплекта "Вперед" ключ В2 запирается, и ко входу регулятора тока подключается выход датчика тока - . При включении комплекта "Назад" запирается ключ Н2 и к РТ подключается сигнал ДТ + . Общее сопротивление резисторов, включенных от источников сигнала обратной связи по току (контрольные точки 45, 46) до суммирующей точки регулятора тока 56 кОм (R64+R68 или R65+R69).

Регулятор тока ПИ - типа построен на операционном усилителе А2. Настройка регулятора осуществляется сменными элементами R22, С7 в цепи обратной связи усилителя и входным резистором R20. Выходной сигнал регулятора тока снимается с делителя напряжения, построенного на резисторах R24, R33. Сопротивления резисторов подобраны таким образом, что, не перегружая по току выход операционного усилителя А2, регулировкой R33 можно ус­тановить ограничение выходного сигнала регулятора в диапазоне (0-10) В. Следует отметить также, что изменение уровня огра­ничения не вызывает изменения настройки регулятора тока.

С целью исключения дрейфа выходного сигнала РТ на время стоянки привода цепь обратной связи шунтируется контактом реле К.

Нелинейное звено и функциональный преобразователь ЭДС необ­ходимы для построения адаптивного регулятора тока (APT).

С помощью ФПЕ организована положительная обратная связь по ЭДС двигателя. На выходе ФПЕ формируется такой управляющий сиг­нал , при котором, в режиме идеального холостого хода привода в момент формирования управляющего импульса на тиристоры, мгно­венное напряжение преобразователя равно ЭДС двигателя.

Учитывая, что в режиме идеального холостого хода в момент формирования управляющего импульса при α ≤ 30°эл.

а связь угла управления с напряжением управления при пилообразном опорном напряжении имеет вид

,

где

- амплитуда линейного напряжения;

- размах опорного напряжения;

- напряжение смещения, необходимое для установки (в БТУ 3601 =120° эл);

- сигнал управления (в режиме идеального холостого хода ), получим

Поскольку в однозонном электроприводе , то

и тогда ,

Согласно последнему выражению характеристика ФПЕ должна быть арксинусоидальна.

Кусочно-линейная аппроксимация теоретической характеристи­ки ФПЕ выполнена на операционном усилителе A3. При малом уровне выходного сигнала оба диода в цепи обратной связи (V7, V8) прогружены током смещения от источников питания ± 15 В

поэтому в обратной связи усилителя A3 помимо постоянно включен­ного резистора R27 включены еще два - R26 и R30. Суммар­ное сопротивление в цепи обратной связи = R27 II R26 II R30 = 10к определяет коэффициент передачи усилителя A3.

Когда выходной сигнал ФПЕ превысит уровень порогового зна­чения ( ), один из диодов V7 или V8 закроется и увеличится ( = R27 II R26 II (R30+R31+R32)=20к), т.е. коэффициент передачи ФПЕ увеличится почти в два раза.

Настройка ФПЕ осуществляется регулировочным резистором R16, который через сопротивление R15 подключен к цепи тахогенератора. К нелинейному звену ФПЕ подключается через сменный резистор R37.

Нелинейное звено выполняет функцию суммирования двух сигналов и . Формирование сигнала управления ( ) на выхо­де нелинейного звена осуществляется в соответствии с уравнением равновесия ЭДС в якорной цепи, т.е. соблюдается прямо пропорцио­нальная зависимость между соответствующими членами уравнений

и

, где и - коэффициенты передачи НЗ для сигналов и соответственно. Причем во всем диапазоне изменения входного сигнала коэффициент , а значение коэффициента зависит от величины тока в цепи якоря. В режиме непрерывного тока , а в режиме прерывистого (т.e.при малых нагрузках) увеличивается по мере уменьшения тока.

Реализовано нелинейное звено на операционном усилителе А4. Изменение коэффициента передачи осуществляется за счет включения в цепь обратной связи усилителя, помимо резисторов R35, R36 нелинейных элементов - диодов V9-V13. Встречно-параллельное включение диодов обеспечивает симметрию НЗ при разных полярностях выходного сигнала

В области малых входных сигналов в цепи обратной связи А4 включены R35, один из диодов V9, V10 и R39. При этом коэффициент передачи НЗ - максимальный. По мере увеличения сигнала параллельно R35 включаются R36 и цепочка из диодов V11, V12, что уменьшает . Дальнейший рост приводит к включению диодов V13, V14 и коэффициент принимает свое минимальное значение, которое соответствует режиму непрерывного тока преобразователя.

Сменными резисторами R35, R36 можно изменить форму регу­лировочной характеристики нелинейного звена. Масштаб по входу сиг­нала изменяется сменным резистором R34, по входу сигнала - сменным резистором R37. Основной выходной сигнал нели­нейного звена поступает на переключатель характеристик.

Кроме этого, с нелинейного звена на логическое устройство формируется сигнал , который в режиме прерывистого тока представляет из себя усиленный в несколько раз сигнал . От­метим, что для переключения комплектов можно было бы на логичес­кое устройство подавать непосредственно сигнал , знак которого определяет нужный для работы комплект тиристоров. Использова­ние для этой цели сигнала повышает чувствительность канала выбора комплекта реверсивного преобразователя.

Принципиальная схема переключателя характеристик приведена на рисунке 3.3. Переключатель характеристик согласует реверсивный входной сигнал нелинейного звена с однополярной регулировочной ха­рактеристикой СИФУ. В статическом режиме работы на выходе ПХ фор­мируется только отрицательная полярность выходного сигнала. Peaлизация такой характеристики ПХ осуществляется за счет изменения схемы включения операционного усилителя AI (инвертирующее либо неинвертирующее включение).

В исходном состоянии (электропривод заторможен, запрещена работа обоих комплектов вентилей) ключи кл.В и кл.Н в УЛ закрыты, поэтому оба ключа (кл.ВЗ и кл.НЗ) транзисторной сборки V1 в ПХ – открыты (в V1 использована инверсная схема включения транзисторов, при которой управление транзисторами осуществляется через переход коллектор-база). При этом схема включения AI - инвертирующий уси­литель. Поскольку в этом режиме (из-за открытых транзисторов V1) входной сигнал А1-нулевой, то и на выходе A1 будет нулевое напряжение.

Работе комплекта "Вперед" в статическом режиме соответству­ет сигнал на входе ПХ. В этом режиме сигналом с УЛ запирается ключ кл.ВЗ, а кл.НЗ остается открытьм. При этом схема включения A1 - инвертирующий усилитель с единичным коэффициентом усиления, входной сигнал - положительный, поэтому выходной сигнал - отрица­тельный. Работе комплекта "Назад" в статическом режиме соответст­вует сигнал отрицательной полярности. В этом режиме закрыт ключ кл.НЗ и открыт кл.ВЗ. Схема включения A1 - неинвертирующий усилитель с единичным коэффициентом усиления.Т.к. входной сигнал - отрицательный, поэтому выходной сигнал будет также отрицательный.

Регулировочных элементов в ПХ нет, поэтому настройка не требуется.