угловой скорости в системе генератор-двигатель (Г-Д) с обратной связью по скорости и токовой отсечкой Упрощенная схема системы Г-Д Она содержит двигатель постоянного тока…
Угловой скорости в системе генератор-двигатель (Г-Д) с обратной связью по скорости и токовой отсечкой Упрощенная схема системы Г-Д Она содержит двигатель постоянного тока иссависимого воз( ужения М; генератор постоянного тока G, от которого получает питание якорь Уси титель мощности УМ, к выходу которого подключена обмотка возбуждение OBG гератора; регулятор, выполненный на операционном усилителя DA; частоты вражения RP; тахогенератор BR; датчик тока якоря - шунт Rh; стабилитроны VD1, VD2. Генератор G приводится в движение приводным (гонным) двигателем (на схеме не показан). Регулирование угловой скорости двигателя в схеме осуществляется изменением напряжения U, на якоре двигателя М. Изменение U, осуществляется за счет регулирование напряжения U на обмутке возбужления генератора. Для согласования между напряжением и мощностью на выходе регулятора с потрооной мощностью и напряжением питания обмотки ОВ служит усилитель мощности, например, тран исторный усилитель. Стабилизация скорости двигателя достигается за счет отрицательной обратной связи по скорост. Так, если под действием возмущений с начинает снижаться, то уменьшается сигнал обратной связи по скорости Voco, а сигнал ошибки увеличивается. При этом повышается напряжение на выходе регулятора, на выходе УМ и на якоре двигателя. В результате со стремиться к заданному значению. Для ограничения тока якоря служит узел токовой отсечки. Один из возможных вариантов его реализации включает шунт Rh и стабилитроны VD1, VD2. Пока ток якоря I, меньше тока отсечки Lomc, стабилитроны имеют большее сопротивление и не оказывают влияние на работу схемы. Если ток I, превышает отс сопротивление стабилитрона резко снижается и на выход регулятора через резистор R4 начинает поступать дополнительный сигнал (Uocm - Uz). При этом сигнал ошибки Us = Usò - Uoco - (Uocm - Uz). По мере увеличения тока якоря I, растет напряжение Vom. Как следствие, снижается Us Uo, Ur» @о. В результате достигается ограничение тока якоря (второй участок характеристик на рис. 2.40) достоинствам схемы можно отнести простоту реверса двигателя и реализации рекуперативного торможения. Реверс осуществляется изменением полярности напряжения на задатчике RP, что в конечном счете ведет к изменению полярности напряжения на якоре двигателя. Система Г-Д имеет очевидные недостатки. Прежде всего, это большая установленная мощность электрических машин: мощность генератора и гонного двигателя должны быть не меньше мощности двигателя. Т.е. общая установленная мощность электрических машин равна или превышает мощность двигателя в 3 раза. Кроме того, наличие дополнительных вращающихся машин приводит к снижению надежности, значительным затратам на профилактику и ремонт. Значительная инерционность генератора затрудняет достижение высоких динамических характеристик системы. В связи с этим в настоящее время система Г-Д используется в основном в автономных устройствах, а в промышленных установках, получающих питание от электрических сетей, такая заполни пункты: Характеристика, анализ Назначение Принцип действия Достоинство Недостатки
Ниже заполнены пункты для двух вариантов применения Г-Д системы с обратной связью по скорости и токовой отсечкой.
Коротко о системе
- Принцип: двигатель постоянного тока M приводится в движение генератором G. Выход G подает на якорь M регулируемое напряжение U через регулятор DA и усилитель мощности UM. Скорость измеряется тахогенератором RP и подается в систему отрицательной обратной связи; ток якоря ограничивается узлом токоотсечки с шунтом Rh и стабилитронами VD1, VD2. Переключение направления осуществляется изменением полярности задатчика RP. Регулирование скорости достигается за счет изменения возбуждения генератора, следовательно — напряжения на якоре двигателя.
- Важные замечания: устанавливаемая суммарная мощность машин (генератора и гонного двигателя) как правило не меньше мощности двигателя, часто в 3 раза; наличие двух вращающихся машин усложняет обслуживание и снижает надежность; инерционность генератора ограничивает динамики.
- Автономные устройства (stand-alone, автономные установки)
Назначение
- Обеспечение управляемого привода в условиях отсутствия сети электропитания или при необходимости независимой, автономной энергетической схемы.
- Встроенная регуляция скорости и возможность рекуперативного торможения позволяют работать на заданной скорости независимо от внешних источников.
- Применение: транспортные средства и механизмы в удалённых районах, подвижные комплексы, автономные приводы в шахтах, геологоразведке, ремонтно-строительные устройства без надёжного подключения к сети.
Характеристика
- Две связанные машины: DC-двигатель и DC-генератор; регулятор на основе операционного усилителя; токовая отсечка через шунт Rh и стабилитроны; обратная связь по скорости через тахогенератор; возможность реверса за счёт RP.
- Значительная масса установленной мощности; высокая инерция генератора; простая схема управления, но требует точной подгонки параметров для устойчивой регуляции.
- Требуется внешняя механическая установка для привода (гонный двигатель), а также узлы торможения и разворота.
Принцип действия
- Скорость контролируется через изменение возбуждения генератора, что стабилизирует U на якоре двигателя M.
- При снижении скорости сигнал ошибки увеличивается, усиливается выход регулятора, растёт ток и скорость возвращается к заданной.
- Токоограничениеprotects: при росте тока через Rh и VD1/VD2 сигнал об ошибке Us перераспределяется через усилитель.
- Реверс осуществляется за счет изменения полярности на RP, что приводит к смене направления вращения.
Достоинства
- Простая реализация регулятора скорости и возможность прямого регенеративного торможения.
- Возможность автономной эксплуатации без сети.
- Гибкая схема торможения и изменения направления движения.
Недостатки
- Требуется высокая установленная мощность машин (генератор и гонтик) по отношению к мощности двигателя; обычно ≥ 3× мощности двигателя.
- Сложность обслуживания и повышенные требования к надёжности из-за наличия нескольких вращающихся элементов.
- Значительная инерционность генератора ограничивает динамические характеристики и быстроту регулирования.
- Энергоёмкость и стоимость системы выше по сравнению с более современными приводами, не всегда удобна для крупных промышленных задач.
- Промышленные установки, питаемые от электрических сетей (grid-powered)
Назначение
- Использование для управляемых приводов в промышленности там, где доступна сеть питания; цель — обеспечить управляемый привод с возможностью рекуперации и разбивки по скорости.
- Применение там, где требуется плавное изменение скорости и торможение с рекуперацией, а также возможность использования существующей инфраструктуры для контроля.
Характеристика
- Система остаётся по сути двумя машинами (M и G) с гальванической связью через регулятор и цепи тока, но питание для возбуждения/якоря может поступать от электрической сети.
- В сетевых условиях динамические ограничения сохраняются (большая инерция генератора), однако наличие сети может уменьшить требования к автономному источнику энергии и позволить более точную стабилизацию по напряжению.
- Необходимость согласования с grid-условиями (гармоники, фильтрация, защита, соответствие требованиям электробезопасности).
Принцип действия
- Принцип действия остаётся тем же: регулятор через возбуждение генератора управляет напряжением на якоре двигателя, скорость держится на заданном уровне за счёт обратной связи по скорости. Токоограничение по-прежнему работает через Rh и VD1/VD2.
- Режимы торможения и разворота реализуются так же через RP, но связь с сетью требует учёта влияния сети на динамику и качество питания.
Достоинства
- Возможность рекуперации энергии обратно в энергосистему при торможении, особенно при наличии соответствующих схем и мощности.
- Лучше управляемость и совместимость с автоматизированными системами по сравнению с автономной транспортной реализацией.
- Меньшие требования к автономности и запасу энергии, поскольку есть сеть питания.
Недостатки
- Все ещё высокая стоимость и масса из-за двух вращающихся машин.
- Непривлекательность по сравнению с более современными приводами в рамках крупных предприятий: из-за инерции и дополнительных узлов система медленно реагирует на резкие изменения нагрузки.
- Необходимость сложной защиты и согласования с сетевыми требованиями (энергетические потери, гармоники, качество питания, требования к пуску и подключению к сети).
- Наличие генератора в цепи создаёт дополнительные узлы обслуживания и потенциальные точки отказа, даже если сеть доступна.
Итог
- Автономные устройства: подход с Г-Д полезен там, где нужен автономный, регулируемый привод с возможностью регенерации, но цены, вес и инерция делают такую схему непрактичной для широкого применения.
- Промышленность с сетью: использование Г-Д в сетевых условиях остаётся возможным, но чаще выбирают более современные решения (например, электронные регуляторы скорости двигателя без двух вращающихся машин) из-за сложности, затрат и ограничений динамики, хотя рекуперация и простота разворота сохраняют ценность в отдельных нишах.
Если нужно, могу привести конкретные примеры параметров (мощности, диапазоны скоростей, значения элементов схемы) под заданные условия вашего экзамена или задачи.
