Структуры электроприводов.

В зависимости от выполняемых функций, вида и числа регулируемых переменных и степени числа регулируемых переменных и степени автоматизации технологических процессов электроприводы можно разделить на два основные группы: неавтоматические и автоматические.

Неавтоматический – это ЭП, управление которым выполняет оператор или имеется дистанционное управление.

В автоматическом электроприводе большинство операции выполняется системой управления. На оператора в этом случае возлагаются функции по включению и отключению электропривода и общему контролю за его работой.

Работа замкнутого  электропривода характеризуется тем, что все внешние возмещения частично или полностью устраняются, и не влияют на регулируемую величину.Замкнутый ЭП может быть построен по принципам отклонения с использованием обратных связей или компенсации внешних возмущений.

В разомкнутом  электроприводе все внешние возмущения влияют на выходную переменную электропривода. Разомкнутые электроприводы обычно применяются для пуска торможения  или реверса двигателя, а также для регулирования переменных электропривода с невысоким качеством.

Основным признаком замкнутого электропривода является наличие обратных связей по которым на вход электропривода подаётся вместе с задающим сигналом, сигнал с регулируемой выходной величиной. В результате этого, управление  электропривода осуществляется суммарным сигналом ошибки, который автоматически изменяется в нужную сторону при колебаниях  нагрузки и обеспечивает с помощью системы управления поддержание регулируемой величины на заданном уровне. Так как в замкнутых электроприводах устраняется или компенсируется всё внешнее возмущение, то существуют следующие схемы замкнутых электроприводов:

1) схема с компенсацией возмущения;

2) схема с обратной связью;

3) схема с общим усилителем;

4) схема с наблюдающим устройством;

5) схема с подчинённым регулированием координат.

а – с компенсацией возмущения                   б – с обратной связью

Принцип работы замкнутого электропривода с компенсацией возмущения заключается в следующем: основным признаком такого электропривода является наличие цепи.по которой на ход управляющего устройства электропривода вместе с задающим сигналом скорости подаётся сигнал пропорциональный моменту нагрузки: U_M=K_M*M_C

В результате этого с управляемого сигнала на ЭП подаётся суммарный сигнал ошибки ΔU, который автоматически изменяет  нужную сторону скорость электропривода при любых колебаниях момента нагрузки. Поддержание скорости электропривода на заданном уровне обеспечивается с помощью системы управления.

Однако, такие схемы применяются редко, так как нет простых и надёжных датчиков момента нагрузки. В связи с этим большинство замкнутых электроприводов используют принцип обратных связей. Такой ЭП характеризуется наличием цепи обратной связи, соединяющий выход электропривода с его входом.

По цепи обратной связи передается информация о текущем состоянии скорости

U_OC=K_OC*ω 

на вход электропривода, где он сравнивается или вычитается из задающего сигнала. Управление осуществляется сигналом отклонения или сигналом рассогласования.

ΔU=U_ЗС-U_OC 

Этот сигнал при отличии скорости от заданного уровня автоматически изменятся необходимым образом и устраняется с помощью системы управления. Если требуется регулирование других переменных электропривода, то используются обратные связи по этим переменным. При необходимости получения высоких показателей регулирования используется сочетание принципов компенсации и обратной связи.

Все виды переменных и применяемых обратных связей в электроприводе бывают положительные и отрицательные, гибкие  жёсткие, линейны и нелинейные.

Положительной называется такая обратная связь, сигнал которой складывается с задающим сигналом.

Отрицательной обратной связью называется такая обратная связь, при которой сигнал направлен встречно задающему сигналу.

Жёсткая обратная связь – обратная связь, параметры которой не меняются как в установившемся так и в переходном режимах.

Сигнал гибкой обратной связи вырабатывается только в переходных режимах и служит для обеспечения требуемого качества переходных режимов.

Линейная обратная связь характеризуется пропорциональной зависимостью между регулируемой координатой и сигналом обратной связи, в то время как при реализации нелинейной связи эта зависимость не является пропорциональной. В зависимости от вида регулируемых координат могут использоваться все обратные связи по скорости, положению, току, напряжению, магнитному потоку и ЭДС.

Для управления движением ИО РМ необходимо регулировать несколько переменных  электропривода, и тогда замкнутые электроприводы выполняются по схеме с общим усилителем:

Схема с общим усилителем

Д – двигатель ЭП

УУ – управляющее устройство

П – преобразователь электроэнергии

МП – механическая передача

ДТ – датчик тока

ДС – датчик скорости

УТО – устройство тока ограничения (токовая отсечка)

Данная схема обеспечивает работу двигателя при ограничении тока и скорости по следующим механическим характеристикам.

3, 4 – соответственно вертикальные и горизонтальные усечки характеристики в замкнутой системе.

В интервале скорости от 0 до ω₁ обеспечивается ограничение тока и момента за счёт действия обратной связи по току характеристика имеет вид близкой к вертикальному. При ω>ω₁ за счёт устройства токоограничения прекращает действие датчик тока и начинает своё влияние датчик скорости, характеристика двигателя становится жёсткой и обеспечивает регулирование скорости.

Совокупностью обратных связей, число которых может быть больше чем два в схеме с общим усилителем образуется модельный регулятор, а переменные этого регулятора называются переменными состояния электропривода.

Основной задачей модельного регулятора является обеспечение заданного качества динамических процессов в электроприводе – это быстродействие, устойчивость  степень затухания переходных процессов. Показатели качества достигаются выбором видов и соответствующим расчётом коэффициентов в обратной связи по переменным электропривода.