Необходимость одновременного управления несколькими физическими величинами объектов регулирования – тяговых электродвигателей, других силовых агрегатов обусловливает применение многоконтурной САР, объединяющей автономные контуры (подсистемы) автоматического регулирования, в первую очередь ЭУ и ТЭД. Поэтому прежде чем рассматривать САР тягового электропривода в целом, изложим принципы работы отдельных контуров регулирования.
Автоматические системы совместного управления трансмиссий постоянного тока
При рассмотрении САР приняты следующие допущения:
– изменение возмущающего воздействия, т.е. статического момента нагрузки на двигатель, вызывающее переходный процесс, происходит мгновенно;
– влияние работы одного двигателя на другой пренебрежимо мало;
– при одновременном и равном по величине изменении моментов сопротивления на колёсах транспортного средства происходит переходный процесс, сводящийся к изменению напряжения генератора в зависимости от тока нагрузки и равномерному распределению напряжения (мощности) между двигателями;
– при составлении дифференциальных уравнений учитываются постоянные времени только тех звеньев, которые существенно влияют на переходные процессы.
САР по отклонению напряжения на двигателе.
Принципиальная схема системы управления одним двигателем приведена на рис. 7.3а, а структурная схема линейной модели – на рис. 7.3б.
Сумматором (рис. 7.3а) формируется сигнал управления
,
где к, а, в – коэффициенты пропорциональности; т – количество последовательно включённых ТЭД.
Уравнения для приращений моментов и ЭДС двигателя Ем имеют вид
ΔМ – ΔМС=JрΔω (7.1)
ΔЕм=секф(i0Δω + ω0Δiв0), (7.2)
где ΔМ=смкфI0Δiв – приращение момента двигателя; см – постоянная двигателя по моменту; кф – коэффициент пропорциональности между магнитным потоком двигателя и током возбуждения; I0 – начальное значение тока якоря двигателя; Δiв – приращение тока возбуждения; ΔМС – приращение момента сопротивления; J – приведённый к двигателю момент инерции привода; р – оператор дифференцирования; Δω – приращение угловой скорости вращения якоря двигателя; се – постоянная двигателя по ЭДС; iв0 и ω0 – начальные значения тока возбуждения и угловой скорости соответственно.
Поскольку принято считать, что САР работают практически точно, а после возникновения возмущающего воздействия ΔМС ток в цепи якоря остаётся неизменным, то приращение напряжения на двигателе ΔUм равно приращению его ЭДС ΔЕм.
Передаточные функции звеньев структурной схемы, приведённой на рис. 7.3б имеют вид:
усилитель У
,
где ку – коэффициент усиления усилителя У по напряжению; ΔUв – приращение напряжения возбуждения; Ту – постоянная времени усилителя;
обмотка возбуждения L1 двигателя
,
где rв и Тв – сопротивление и постоянная времени обмотки возбуждения;
якорь двигателя
.
В соответствии со структурной схемой
ΔЕм(р)=секфiв0(ΔМ- ΔМС)Wя(р) – секфω0ΔЕмWу(р)Wв(р)
Поскольку ΔМ=-смкфI0ΔЕмWу(р), то после преобразования получаем
, (7.3)
где
; Ем10- начальное значение ЭДС двигателя;
;
ТΣ=Тв+Ту;
;
;
;
Uв0=rвi0 .
В квазистационарном режиме (р=0) выражение (7.1) принимает вид
. (7.4)
Из приведённых выражений видно, что динамическая ΔЕм (р) и статическая ΔЕмс ошибки САР имеют положительые значения при отрицательных приращениях ΔМС, т.е. при снижениях нагрузки.
Анализ САР в общем виде при свободном и вынужденном движении возможен с помощью решения уравнения (7.3) и построения зависимости ΔЕм(t) от возмущающего воздействия ΔМС. Практический интерес представляют затухающие переходные процессы, характер которых определяется корнями уравнения р3+К1р2+К2р+К3=0.
САР по отклонению частоты вращения якоря двигателя
На рис. 7.4 представлены принципиальная и структурные схемы управленя одним двигателем постоянного тока. Управляющий сигнал, как и в схеме рис. 7.3 формируется в соответствии с выражением