Image 013

I

W7 - 6

regulacji ma na celu zminimalizowanie czasów t_r i ti oraz uzyskanie małej wartości

przeregulowania. Powyższe wymagania są częściowo sprzeczne i konieczny jest tu pewien kompromis. Dla silnika pracującego w zamkniętym uktaclzie sterowania przykładowe przebiegi prędkości w odpowiedzi na skok jednostkowy sygnału sterującego (prędkości zadanej) oraz momentu obciążenia napędu (który możemy traktować jako zakłócenie) przedstawiono na rys. 4.3. Przebieg 1 można traktować jako optymalny. Przebieg 2 cechuje się dużym czasem regulacji, a przebieg 3 dużymi przeregulowaniami oraz także dużym czasem regulacji t_r, pomimo najkrótszego czasu p osiągnięcia po raz pierwszy wartości zadanej.

4.2, Wpływ ujemnego sprzężenia zwrotnego na parametry statyczne i właściwości dynamiczne zamkniętego układu regulacji

Aby określić wpływ sprzężeń zwrotnych na właściwości zamkniętego układu regulacji rozważymy układ przedstawiony na rys.4.4,a. Załóżmy, że obiekt regulacji jest elementem inercyjnym pierwszego rzędu o wzmocnieniu k_n oraz stałej czasowej T₀, i opisany jest • transmitancją operatorową:

G₀ (J) =",

k

O

V,(s) I + sT₀

(4.1)

Przy braku sprzężenia zwrotnego (k_sz—0) i skokowej zmianie sygnału sterującego U_z wielkość wyjściowa Y narasta ze stałą czasową T₀ (jak w otwartym układzie sterowania). Przebieg ten przedstawiony jest na rys. 4.4.b. Po objęciu obiektu regulacji ujemnym sprzężeniem zwrotnym o współczynniku wzmocnienia k_!7., transmitancja zamkniętego układu sterowania jest równa:

k

o

k

o

G, Cs) - -

Y(s)

1 + sZ

O

1 +^ko^ksz

k

u z (s)

1 + sT_z ’

(4.2)

l -1- ST₀

—*o

a.

1+ S

T

^lo

1 + k₀ k_sz

■L

(ż₅ł

i

c.

b.

Rys. 4,4. Układ z ujemnym sprzężeniem zwrotnym (a) oraz przebiegi w układzie bez sprzężenia (b) i ze sprzężeniem (c)

Wzmocnienie k_z oraz stała czasowa T_z zamkniętego układu sterowania objętego ujemnym sprzężeniem zwrotnym zmalały w porównaniu z odpowiednimi parametrami układu otwartego (J4kjc_sz) krotnie. Oznacza to, że aby otrzymać w układzie zamkniętym tę samą wartość wielkości wyjściowej Y co w układzie otwartym, wartość wielkości zadanej U_z w układzie ze sprzężeniem zwrotnym musi być {l+kjc._n) krotnie większa niż w układzie otwartym. Przebiegi czasowe w układzie z ujemnym sprzężeniem zwrotnym przedstawiono na rys. 4.4.c. Widać z nich, że w

W 6-6

Elektromagnetyczna stała czasowa obwodu wzbudzenia silników obcowzbudnych jest duża i może mieć wartość nawet kilku sekund. W celu przyspieszenia procesu zmiany kierunku prądu wzbudzenia, stosuje, szczególnie w układach z prostownikiem nawrotnym w obwodzie wzbudzenia tzw. forsowanie napięcia wzbudzenia. Polega to na zasilaniu uzwojenia wzbudzenia z prostownika o napięciu wyjściowym nawet do 5 razy większym od znamionowego napięcia wzbudzenia silnika. W czasie przełączania kierunku prądu wzbudzenia wymusza się szybkie jego opadanie i narastanie przez podanie na uzwojenie wzbudzenia pełnego napięcia prostownika, a po osiągnięciu znamionowej wartości prądu wzbudzenia wysterowanie prostownika w obwodzie wzbudzenia z takim kątem a, by stabilizować prąd wzbudzenia (napięcie wzbudzenia znamionowe). Można przez to uzyskać czas rewersji momentu w maszynach dużej mocy od 300 ms do 800 ms.

3.7.4.Obciążalność silnika zasilanego z prostownika tyrystorowego

Rys. 3.36. Przebieg prądu wirnika silnika

dla przewodzenia ciągłego

Ponieważ napięcie wyjściowe ej prostownika tyrystorowego zawiera składową zmienną, również prąd wyprostowany id zawiera oprócz składowej stałej wyższe harmoniczne. Dla przebiegu przedstawionego na rys. 3.36 można określić wartość średnią prądu:

2 ixjq

2n

(3.102)

0

oraz wartość skuteczną:

/

sk

2nq

J <d (o}t)d{a>t).

2 TU

(3.103)

0

Moment elektromagnetyczny silnika jest proporcjonalny do wartości średniej prądu wyprostowanego I_d, natomiast straty w uzwojeniach obwodu wirnika do kwadratu wartości skutecznej. Współczynnik kształtu prądu:

*/

I

sk

I

> 1.

(3.104)

Wartość średnia jest równa skutecznej tylko dla prądu idealnie wygładzonego (przebiegu niezmiennego w czasie). W rzeczywistym układzie napędowym stan taki jest nieosiągalny ze względu na ograniczoną wartość indukcyjności obwodu wirnika - jej wzrost powoduje lepsze “wygładzenie” prądu. Ze względu na nagrzewanie silnika dopuszczalna wartość skuteczna prądu wirnika I,k powinna być równa wartości znamionowej In prądu silnika: Łiędop-Łi. Dopuszczalna wartość średnia prądu I_d będzie więc w tych warunkach niższa od znamionowej (E^Mn), co ograniczy także dopuszczalny moment obciążenia do wartości niższej od znamionowej.

Zależność wartości skutecznej składowej zmiennej prądu wyprostowanego można obliczyć z zależności:

(3.105)

w której Z) i a są stałymi zależnymi od liczby pulsów q prostownika: