Jak działa układ?
Układ zawiera dwa regulatory: podrzędny prądu oraz nadrzędny prędkości. Wartość zadana prędkości zostaje przetworzona na napięcie sterowania, na podstawie którego generowane są impulsy. Odpowiednio wzmocnione powodują załączenie tyrystorów prostownika sterowanego. W taki sposób otrzymane regulowane napięcie zasila sinik prądu stałego, który napędza maszynę roboczą. W układzie twornika dokonane zostają pomiary prędkości oraz prądu, wykorzystywane w sprzężeniu zwrotnym do wyliczenia uchybów.
Zastosowanie takiego układu daje możliwość (przy odpowiednim doborze nastaw) płynnej regulacji prędkości silnika przy jednoczesnym ograniczeniu przeciążeń.
Regulator PI
Regulator PI zapewnia sprowadzenie uchybu w stanie ustalonym do zera. Uchyb = wartość zadana – wartość na wyjściu. Uchyb jest sygnałem wejściowym regulatora, a wyjściowym jest sygnał sterujący, który trafia na wejście obiektu sterowania, a wyjściem obiektu sterowania jest wartość wyjściowa. Regulator ma co najmniej jedno wejście i jedno wyjście. Regulator pracuje zawsze w układzie z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego - tylko wtedy możliwy jest proces regulacji.
Po co stosować filtr dolnoprzepustowy w regulacji prądu i prędkości ?
Filtry dolnoprzepustowe stosuje się w celu ograniczenia przeregulować, zmierzone wartości wejściowe regulatorów poddane zostały filtracji. W celu zasymulowania filtru dolnoprzepustowego wykorzystano czwórnik RC. Przepuszczający częstotliwości sygnału poniżej ustalonej częstotliwości granicznej, tłumi składowe widma leżące w górnej jego części
Jak działa przekształtnik dwukwadrantowy?
Elementy półprzewodnikowe zostały zastąpione tyrystorami. Daje on możliwość zasalania twornika napięciem stałym o regulowanej wartości przy pomocy zmiany kąta załączania tyrystorów. Działa on tak, że wyznaczane są impulsy załączające, które sterują załączaniem par tyrystorów. U nas zamodelowane zostało to tak, że Wartość kąta jest porównywana z dwoma przebiegami piłokształtnymi utworzonymi na podstawie napięcia zasilającego.. W zależności od jej przecięcia z danym przebiegiem, podawany jest impuls załączający odpowiednią parę tyrystorów .
Działanie maszyny obcowzbudnej prądu stałego.
Stojan maszyny składa się z cylindra do którego przymocowane są bieguny główne i pomocnicze. Na biegunach głównych jest umieszczone uzwojenie wzbudzenia w którym płynie prąd stały ( prąd wzbudzenia). Uzwojenie wzbudzenia jest w maszynie źródłem strumienia i zasilane jest z obcego źródła prądu. Kiedy zasilimy uzwojenia twornika to przez nie popłynie prąd, który wraz ze strumieniem spowoduje powstanie momentu pod wpływem którego wirnik zacznie się obracać. Powoduje to indukowanie się w uzwojeniu wirnika napięcia E.
Wpływ parametrów.
Zwiększenie rezystancji Ra uniemożliwia osiągnięcia przez maszynę zadanej prędkości. Zmiany prądu twornika nie są gwałtowne
zmniejszenie indukcyjności twornika La - Ze względu na dławik Ld=150 [mH] zmiana indukcyjności twornika La nie przynosi zmian. Stosunek Ld do La jest zbyt duży, L=La+Ld
zwiększenie indukcyjności dławika Ld - zmiana indukcyjności dławika na 250 [mH] powoduje zmniejszenie amplitudy prądu, a zatem zmniejszenie indukcyjności dławika spowoduje wzrost tejże amplitudy.
zwiększenie rezystancji wzbudzenia Rf - Prędkość nie osiąga wartości zadanej, a kąt wysterowania albo utrzymuje wartość średnią około 90 albo po 4 sekundach oscylacje zanikają i regulator alfa przyjmuje graniczna wartość 20.
zmniejszenie indukcyjności wzajemnej stojan-wirnik - strumień nie osiąga odpowiedniej wartości i silnik nie osiąga zadanej prędkości, kąt wysterowania się zwiększa a co za tym idzie jest większy prąd twornika
napięcie wzbudzenia - powoduje zmianę strumienia oraz zmniejszenie prędkości obrotowej. Przy mniejszym napięciu wzbudzenia prąd wzbudzenia się zmniejsza i analogicznie jest gdy zwiększamy napięcie. Pąd twornika przy wzroście napięcia wzbudzenia maleje, podobnie jak kąt wysterowania tyrystorów, spowodowane to jest przez układ regulacji chcący utrzymać zadaną wartość.
Zmniejszenie zasilania powoduje zmniejszenie kątów wysterowania w celu utrzymania odpowiedniego napięcia na silniku. Po wprowadzeniu większego obciążenia w chwili 8.75s do przebiegów zostały wprowadzone oscylacje, szczególnie widoczne w przebiegu prądu twornika o stosunkowo dużej amplitudzie. Spowodowane jest to tym, że silnik nie może wypracować odpowiedniego momentu przy niskim napięciu.
Zmiana częstotliwości źródła zasilania, wpływa na zmianę częstotliwości zasilania tyrystorów. Zwiększenie f powoduje zmniejszenie oscylacji prądu, gdyż zmniejsza się okres przewodzenia, a więc czas w którym prąd może narastać. Odwrotnie układ zachowuje się przy mniejszej częstotliwości. Zmiana częstotliwości niema oczywiście wpływu na zmianę prądu wzbudzenia oraz prędkości.
Zmniejszenie momentu bezwładności powoduje zmniejszenie się prądu twornika oraz zwiększenie kąta wysterowania w celu utrzymania zadanej wartości prądu. Natomiast zwiększenie momentu bezwładności powoduje dłuższy rozruch oraz osiągnięcie chwilowo prędkości większej od znamionowej maszyny lecz układ regulacji przywraca odpowiednią wartość. Aby układ regulacji tego dokonał zmuszony jest na wymuszenie gwałtownego skoku prądu twornika.
Zwiększenie wzmocnienia regulatora obrotów skutkuje poprawą dynamiki oraz zmniejszeniem przeregulowań. Lecz przy zbyt dużym zwiększeniu pojawiają się niepożądane oscylacje prądu.
Stała czasowa regulatora obrotów wpływa na szybkość powrotu prędkości po przeregulowaniu do wartości zadanej co jest widoczne na przebiegu prędkości. Przy rozsądnym dobraniu parametrów, nie wprowadza istotnych zmian do innych przebiegów
Zmiany wzmocnienia regulatora prądu powodują oscylacje prędkości co szczególnie widoczne jest przy zmniejszeniu wzmocnienia. Podczas zbyt dużego wzmocnienia regulator prądu nasyca się gwałtownie, kat wysterowania tyrystorów osiąga graniczne wartości
Zmniejszenie stałej czasowej filtru dolnoprzepustowego prędkości powoduje znaczne oscylacje o dużej amplitudzie. Zwiększenie stałej czasowej skutkuje wygładzeniem przebiegów. Brak filtru prowadziłby do bardzo dużych oscylacji prądu w całym zakresie pracy.
Po zmniejszeniu stałej czasowej można zauważyć brak tłumienia(filtracji) prądu w pewnych częstotliwościach. Co skutkuje niedopuszczalną w warunkach pracy silnika oscylacją prędkości. Jak możemy zauważyć oba filtry są niezbędne do działania układu automatycznej regulacji prędkości silnika prądu stałego.