Электропривода и системы управления электроприводами шахтных подъемных установок

Фрагмент конспекта по курсу «Специальный электропривод»

ст. преподаватель Корниенко А. П.

Особенности синтеза системы автоматического управления приводом шахтной подъёмной установки на основе систем подчинённого регулирования параметров.

      Важнейшим вопросом разработки системы автоматического управления шахтной подъёмной установки является выбор рациональной структурной схемы системы автоматического управления. Решение этой задачи для системы генератор-двигатель с тиристорным возбудителем и тиристорный преобразователь - двигатель возможно в такой последовательности: а) выполнить оценку постоянных времени, разделив их на группы с малыми и большими постоянными времени, затем с учётом определённых упрощений найти характеристическое уравнение и выбрать тип регулятора; б) выбрать контуры регулирования и типы их регуляторов в связи с выдвигаемыми технологическими задачами, которые можно и необходимо решить применением определённого контура регулирования. Рассматриваемая система состоит из звеньев с различными постоянными времени. Постоянные времени обозначаются следующим образом: Tm - постоянная времени тиристорного преобразователя, TГ - постоянная времени обмотки возбуждения генератора; Тя - постоянная времени якорной цепи двигателя, ТМ - электромеханическая постоянная времени двигателя.

      Пример: Tm=0.01 с; ТГ=1…3 с в зависимости от мощности генератора; Тя=0.04..0.09 с в зависимости от мощности двигателя; ТМ=0.3…1.5 с в зависимости от типа машины. В этом ряду малой постоянной времени можно считать Tm, а большими ТГ, Тя, ТМ. Постоянная времени Тя при её меньших значениях можно было бы отнести к малой некомпенсируемой постоянной времени, но при этом уменьшится быстродействие системы до вступления в действие контуров ограничения таких параметров как ускорение и рывок. Структура системы автоматического управления может изменяться в зависимости от включения постоянных времени в один из контуров регулирования. Постоянные времени могут быть объединены в различные контуры регулирования, что и определит структуру системы автоматического управления.

      Варианты объединения постоянных времени.

      1. Двухконтурные системы.
      1.1 (Tm, ТГ, ТяГ, ТяД), ТМ - регулирование тока якоря и скорости двигателя.
      1.2 (Tm, ТГ, ТяГ), (ТяД и ТМ) - регулирование ЭДС генератора и скорости двигателя.

      В этих системах типы регуляторов обоих контуров могут быть различными в связи с различными требованиями по ограничению параметров. Если для внутреннего контура регулирования ставится задача компенсации постоянной времени ТяД и ограничение величины тока якоря, то может быть применён пропорционально-интегральный регулятор тока. Если требуется ограничение темпов нарастания якорного тока dIя/dt то должен быть применён пропорционально-ингегрально-дифференциальный регулятор тока.

      2. Трёхконтурные системы.
      2.1 (Tm и ТГ), (ТяГ и ТяД), ТМ - регулирование ЭДС генератора, тока якоря и скорости двигателя.
      2.2 (Tm и ТГ), (ТяГ и ТяД), ТМ - регулирование токов якоря и возбуждения, и скорости двигателя.

      Если ставится задача компенсации постоянной времени ТГ, то применяют пропорционально-интегральный регулятор ЭДС. При необходимости ограничивать темп нарастания тока возбудителя генератора (dIв/dt или duв/dt) должен быть применён пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор ЭДС (тока возбуждения). Включение двух больших постоянных времени в один контур регулирования нежелательно, так как при этом теряются свойства раздельного регулирования напряжения и тока. Теряется также возможность ограничения рывка. В статических системах управления применяют пропорциональный регулятор скорости.

      При выборе структурной схемы системы автоматического управления контуров регулирования и типов регуляторов нужно учитывать технологические требования:

      а) требование обеспечения программирования движения определяет необходимость применения либо задатчика интенсивности с изменяющимися темпами нарастания напряжения на выходе при подачи путевых импульсов либо устройства программирования скорости по пути;
      б) требование безопасности определяет ограничение максимальной скорости движения;
      в) требование выполнения оптимальной диаграммы движения, уменьшение динамических ошибок регулирования определяет необходимость осуществления в системе автоматического управления компенсации больших постоянных времени ТГ, Тя и ТМ; в соответствии с теорией подчинённого регулирования наиболее простым оказалось такое построение системы автоматического управления, при котором обеспечивается компенсация большой постоянной времени отдельным регулятором и контуром регулирования; из этого вытекает целесообразность применения для системы тиристорный преобразователь - двигатель трёхконтурных систем для управления приводом шахтной подъёмной установки;
      г) требование обеспечения высокой статической точности регулирования скорости определяет необходимость применения двухкратноинтегрирующих систем; при неизменной статической нагрузки на основных периодах разгона и замедления величину ускорения можно ограничивать регулятором тока: Iяmax-IC=const; однако при нагрузках, меньше номинальной ускорение будет больше заданного; чтобы этого избежать, нужно применить регулируемое токоограничение.

      Так как в первый момент подачи управляющего импульса машина неподвижна и обратная cвязь по скорости не действует, то для ограничения темпа нарастания тока якорной цепи и рывка, в систему автоматического управления должен быть введён контур регулирования напряжения тиристорного преобразователя или ЭДС генератора. Наиболее часто применяют следующие системы автоматического регулирования:

      1. Трёхконтурные.

      1) [АП]+[РС-П]+[РТ-ПИ]+[РН-ПИ] - ТГ, Тя и ТМ (в каждый контур регулирования входит одна постоянная времени).
      2) [АП]+[РС-ПИ]+[РТ-ПИ]+[РН-ПИ] - ТГ, Тя и ТМ.

      2. Двухконтурные.

      1) [АП]+[РС-П]+[РТ-ПИ] - ТГ, Тя и ТМ (компенсируемые постоянные времени).
      2) [АП]+ [РС-ПИД]+[РТ-ПИ] - ТГ, Тя и ТМ.

      Выше обозначены: [АП] - устройство автоматического программирования по пути или задатчик интенсивности с изменяющимся темпом нарастания напряжения UЗИ при подаче путевых импульсов; [РС-П] - пропорциональный регулятор скорости; [РС-ПИ] - пропорционально-интегральный регулятор скорости; [РС-ПИД] - пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор скорости; [РТ-ПИ] - пропорционально-интегральный регулятор тока; [РН-ПИ] - пропорционально-интегральный регулятор напряжения.