СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Системы управления электроприводами подразделяются на два вида:

· разомкнутые системы, обеспечивающие автоматизацию процессов пуска, торможения, изменения скорости, защиту и т. д.;

· замкнутые системы, в которых используются обратные связи: по скорости, току, ЭДС и т. д.

Основным недостатком разомкнутых систем регулирования является невозможность обеспечения высокой точности регулирования выходных координат.

Для осуществления автоматического регулирования в замкнутых электроприводах необходимо измерить сигнал обратной связи, затем этот результат в виде напряжения сравнить (произвести алгебраическое суммирование) с заданным и направить результат сравнения к регулируемому объекту. Обычно энергии измерительного органа оказывается недостаточно для воздействия на регулирующий орган, поэтому возникает необходимость в применении усилительного устройства.

Обратные связи совместно с задающим - управляющим сигналом позволяют формировать статические и динамические характеристики электроприводов в соответствии с заданными технологическими требованиями. Обратные связи могут быть положительными и отрицательными, жесткими и гибкими, линейными и нелинейными. Обратные связи могут формировать сигналы (напряжения), пропорциональные значению или пропорциональные производной от значения напряжения, тока, частоты вращения, угла поворота и т. д. В этих случаях они называются жесткими или гибкими, положительными или отрицательными обратными связями соответственно по напряжению, току, частоте вращения, углу поворота и т.д.

Для осуществления управлением процессами пуска, реверса и торможения используются релейные схемы. Они выполняются как с контактными (реле, контакторы) так и с бесконтактными (логические элементы) электрическими аппаратами. Как правило выпускаются в виде станций управления.

Требования к регулированию скорости зависят от особенностей технологических процессов и устройства рабочих машин. Поэтому электроприводы подразделяются по характеру изменения параметров: регулируемый (когда параметры изменяются под воздействием управляющего воздействия); нерегулируемый (когда параметры изменяются только под воздействием возмущающих воздействий).

Способы регулирования частоты вращения могут быть разделены на две основные группы:

· параметрические способы;

· способы, связанные с применением регулируемых источников электрической энергии.

При параметрических способах регулирование частоты вращения осуществляется за счет изменения тех или иных параметров электродвигателей или их электрических цепей. Так, например, у двигателя постоянного тока параметрические способы регулирования сводятся к регулированию изменений сопротивления в цепи якоря и изменений магнитного потока. У асинхронных двигателей переменного тока параметрические способы осуществляются: изменением активного сопротивления в цепи ротора, индуктивного сопротивления в цепи статора, фазового напряжения, переключением числа пар полюсов.

Существенным условием, определяющим выбор системы управления автоматизированного электропривода, является требование к регулированию скорости по показателям качества регулирования (диапазон, плавность, точность поддержания заданной скорости), а также к динамическим показателям качества процесса регулирования (быстродействие, перерегулирование и др.).

Для машин и механизмов, не требующих регулирования скорости, применяются электроприводы переменного тока с асинхронными и синхронными двигателями. Для механизмов, допускающих ступенчатое регулирование в 2-4 ступени и при небольшой мощности (до 50 кВт), возможно использование многоскоростных двигателей с переключением числа пар полюсов.

К группе способов, основанных на применении регулируемых источников, относятся способы, требующие использования специальных генераторов или статических преобразователей. Так, в электроприводах постоянного тока используются способы регулирования изменением напряжения в цепи якоря с помощью систем «генератор-двигатель», «тиристорный преобразователь-двигатель». В электроприводах переменного тока с асинхронными двигателями используются способы регулирования на базе статических преобразователей частоты и каскадных установок, вводящих добавочную ЭДС в цепь ротора.

При требовании плавного регулирования скорости применяются системы непрерывного управления на постоянном или переменном токе. В зависимости от диапазона и требуемой точности регулирования эти системы могут быть разомкнутыми и замкнутыми.

Использование в современных электроприводах полупроводниковых преобразователей требует обеспечения электромеханической совместимости привода с механической частью машины. Пульсации тока, вызванные дискретностью работы преобразователей, могут вызвать пульсации момента, что неблагоприятно сказывается на механизмах, имеющих зубчатые передачи.

В быстродействующих тиристорных электроприводах используется программное управление скоростью машин и динамических моментов в переходных периодах.

В настоящее время в приводах используются преобразователи частоты переменного тока второго поколения на биполярных транзисторах с изолированным затвором. Они обеспечивают высокую частоту коммутации, и, следовательно, минимальные потери в двигателе. Эта особенность дает возможность иметь 100% нагрузочную способность двигателя в диапазоне частот от 40 до 50 Гц. Пусковой момент, достигающий 180% от номинального момента двигателя, гарантирует его надежный пуск даже при полной нагрузке. Трехуровневое регулирование тока обеспечивает высокую нечувствительность двигателя к изменения нагрузки, что исключает возможность «опрокидывания». Высокая частота коммутации сводит к минимуму шум двигателя. Преобразователи частоты обеспечиваются предварительно программируемыми прикладными макропрограммами.

Таким образом, автоматизированный привод делится на:

· программно-управляемый;

· следящий, который отрабатывает перемещение исполнительного органа рабочей машины в соответствии с произвольно меняющимся сигналом;

· позиционный, предназначенный для регулирования положения исполнительного органа рабочей машины;

· адаптивный, автоматически избирающий структуру или параметры системы регулирования при изменении условий работы.