Тема 3.2.3. Схема и принцип работы САР скорости вращения двигателя постоянного тока (ДПТ).

Данная САР предназначена

- для автоматического поддержания скорости вращения двигателя при изменении нагрузки на его валу;

- для автоматического ограничения пусковых и тормозных токов двигателя.

 

Назначение элементов схемы и действующих в схеме напряжений

U_зс – напряжение задания по скорости двигателя;

U_ос – напряжение обратной связи по скорости двигателя;

U_вх.с. – напряжения на входе регулятора скорости РС;

U_зт – напряжение задания по току двигателя;

U_от – напряжение обратной связи по току двигателя;

U_{вх.т .} – напряжение на входе регулятора тока РТ;

U_у - напряжение управления;

U_α – последовательность коротких прямоугольных положительных импульсов с регулируемым углом α;

U_вых.тв – выходное напряжение тиристорного управляемого выпрямителя ТУВ.

М – обмотка якоря ДПТ;

ОВ – обмотка возбуждения ДПТ;

ВR – тахогенератор (датчик скорости вращения ДПТ);

R_ш – шунт (на нем происходит падение напряжения, пропорциональное току двигателя);

ДТ – датчик тока двигателя (усилитель постоянного тока);

R₁, R₂ – сравнивающее устройство – делитель напряжения, со средней точки которого снимается сигнал рассогласования между U_зс и U_ос;

РС – регулятор скорости – усилитель постоянного тока – усилитель постоянного тока – усиливает сигнал рассогласования U_зс и U_ос;

R₃, R₄ – сравнивающее устройство – делитель напряжения, со средней точки которого снимается сигнал рассогласования между U_зт и U_от;

РТ – регулятор тока – усилитель постоянного тока – усиливает сигнал рассогласования между U_зт и U_от;

VD1 и VD2 – пороговое устройство – стабилитроны;

СИФУ – система импульсно-фазового управления – автоматически изменяет угол α, открывания тиристоров ТУВ в зависимости от величины напряжения управления U_у;

ТУВ – тиристорный управляемый выпрямитель - выпрямляет переменное сетевое напряжение U_с и регулирует величину постоянного напряжения U_{вых.тв .}

Принцип работы схемы в режиме ограничения пускового тока

При пуске двигателя на холостом ходу U_ос мало, поэтому на входе РС присутствует большой по величине сигнал U_вх.с:

↑U_вх.с = U_зс – U_ос↓ ≈ U_зс.

Поэтому, в одном из стабилитронов VD₁ или VD₂ (в зависимости от полярности U_зс) произойдет обратимый пробой р-n-перехода, а, следовательно, между входом и выходом регулятора скорости возникает перемычка, т.е. срабатывает пороговое устройство. На вход РТ через регулятор R₃ поступает большое U_зт:

↑U_зт = U_вх.с ≈ U_{зс .}

Напряжение обратной связи по току U_от в момент пуска двигателя большое, поэтому на входе РТ присутствует малое напряжение U_вх.т:

↓U_вх.т = ↑U_зт – ↑U_от.

Поэтому, напряжение на выходе РТ (напряжение управления U_у) на входе СИФУ также мало, что вызывает появление на выходе СИФУ коротких положительных прямоугольных импульсов с большим углом α открывание тиристоров ТУВ – сигнал U_α (см. диаграмму работы СИФУ).

 

В результате, выходное напряжение U_вых.тв становится меньшим, а значит, ток, протекающий по обмотке якоря двигателя во время пуска двигателя мал:

Вывод: Таким образом, на время пуска двигателя ток в момент пуска якоря автоматически уменьшается (ограничивается). Аналогично САР работает и при возникновении тормозных токов двигателя.

 

Принцип работы схемы в режиме поддержания скорости вращения двигателя на заданном уровне

По мере разгона двигателя U_ос увеличивается, поэтому U_вх.с постепенно уменьшается:

↓U_вх.с = U_зс – U_ос↑.

Поэтому, в стабилитроне пробой прекращается, перемычка между входом и выходом РС пропадает, и регулятор скорости РС вступает в действие.

Предположим, что САР работает в установившемся режиме на холостом ходу при таких значениях U_{у ,} U_{α ,} U_{вых. тв ,} которые обеспечивают заданную скорость вращения двигателя ω (в соответствии с U_зс – напряжением задания по скорости двигателя).

По мере увеличения нагрузки на валу двигателя его скорость будет стремитьсяк уменьшению. Поэтому, U_ос также будет стремиться уменьшиться, а U_вх.с будет стремиться увеличиваться, но не до уровня пробоя стабилитрона:

↑U_вх.с = U_зс - U_ос↓.

Последовательно усилившись в РС и в РТ, этот сигнал в качестве напряжения управления U_у большой величины поступает на вход СИФУ. По этому сигналу СИФУ уменьшает угол α открывания тиристоров ТУВ, а выходное напряжение U_вых.тв при этом увеличится. Это вызовет увеличение скорости вращения двигателя до заданного значения в соответствии с напряжением задания U_зс ^.

САР вновь приходит в установившийся режим до следующего изменения нагрузки на валу двигателя, а значит и изменения скорости вращения двигателя.

Таким образом, в этом режиме САР автоматически поддерживает заданную скорость вращения двигателя при увеличении и уменьшении нагрузки на его валу.

Резистор R_ос1 и цепочка R_ос2, С_ос представляют собой местные обратные связи для операционных усилителей РС и РТ.

 

ЗАЧЕТ по модулю 3.2 (САР).

По имеющейся схеме САР и диаграммах работы СИФУ описать работу контура регулирования:

1 вариант – скорости двигателя при увеличении нагрузки на его валу;

2 вариант – тока двигателя при пуске;

3 вариант – скорости двигателя при уменьшении нагрузки на его валу.

 

Модуль 3.3. Системы автоматического управления.