Замкнутые системы привода двигателя по скорости, току

Основу данной системы составляет разомкнутая схема П - Д.
На валу ДПТНВ находится датчик скорости - тахогенератор ТГ, выходное напряжение которого UTГ=γω пропорционально скорости ДПТ и является сигналом обратной связи.
Коэффициент пропорциональности γ называется коэффициентом обратной связи по скорости и может регулироваться за счет изменения тока возбуждения тахогенератора Iвтг.

Сигнал обратной связи UTГ =γω = Uoc сравнивается с задающим сигналом скорости Uзс, и их разность в виде сигнала рассогласования (ошибки) Uвх подается на вход дополнительного усилителя У, который с коэффициентом Ку усиливает сигнал рассогласования Uвх и подает его в виде сигнала управления Uу на вход преобразователя П.

Рассмотрим физическую сторону процесса регулирования скорости в данной системе.
Предположим, что ДПТ работает под нагрузкой в установившемся режиме и по каким-то причинам увеличился момент нагрузки Мс. Так как развиваемый ДПТ момент становится меньше момента нагрузки, его скорость начинает снижаться и соответственно будет снижаться сигнал обратной связи по скорости, что в свою очередь вызовет увеличение сигналов рассогласования и управления и приведет к повышению ЭДС преобразователя, а следовательно, напряжения и скорости ДПТ.
При уменьшении момента нагрузки обратная связь будет действовать в другом направлении, приводя к снижению ЭДС преобразователя.

Таким образом, благодаря наличию обратной связи осуществляется автоматическое регулирование ЭДС преобразователя, а значит, и подводимого к ДПТ напряжения, за счет чего повышается жесткость характеристик ЭП.
В разомкнутой же системе при изменении момента нагрузки ЭДС преобразователя не изменяется, в результате чего жесткость характеристик электропривода меньше.

Уравнения механической характеристики в разомкнутой и замкнутой по скорости системах имеет вид:

где Uзс – задающее напряжение; принимается максимальное значение Uзс = 15 – 20 В
- коэффициент передачи обратной связи по скорости;
- коэффициент передачи всей системы;
- коэффициент усиления усилителя и преобразователя

Статическое падение скорости на естественной характеристике
Статическое падение скорости в замкнутой системе

Коэффициент передачи системы, обеспечивающий при данном Uзс скорость холостого хода, как и в разомкнутой системе.

Замкнутая система с отрицательной обратной связью по напряжению предназначена для стабилизации напряжения. Датчиком является потенциометр, включенный параллельно якорю.

Регулирование (ограничение) тока и момента двигателя постоянного тока с помощью нелинейной отрицательной обратной связи по току

В качестве датчика тока в этой системе ЭП используется шунт с сопротивлением Rш, падение напряжения на котором пропорционально току якоря. В результате сигнал обратной связи по току
Uот = βI,
где β - коэффициент обратной связи по току.
Отметим, что в качестве резистора Rш часто используется обмотка дополнительных полюсов или компенсационная обмотка двигателя.

Сигнал обратной связи Uот поступает на узел токоограничения УТО, называемый также узлом токовой отсечки, вместе с сигналом задания тока Uзт, определяющим уровень тока отсечки Iотс, с которого начинается регулирование (ограничение) тока.

Работа УТО в соответствии с его характеристикой Uот(I) происходит следующим образом.
При токе в якоре меньше заданного тока отсечки, т.е. пока I < Iотс, сигнал обратной связи на выходе УТО равен нулю. Другими словами, ЭП в диапазоне тока якоря от 0 до Iотс является разомкнутым и имеет характеристики, изображенные в зоне I.
При I > Iотс на выходе УТО появляется сигнал отрицательной обратной связи Uот = βI, ЭП становится замкнутым и начинает работать в соответствии с характеристиками в зоне II.

Замкнутая схема электрического привода с двигателями постоянного тока с обратными связями по скорости и току

Для получения жестких характеристик ЭП, необходимых для регулирования скорости, и мягких характеристик, требуемых для ограничения тока и момента, т. е. при регулировании двух координат, применяются соответствующие обратные связи.
В схеме ЭП с нелинейными обратными связями по скорости и току для обеспечения нелинейности цепей обратных связей используются узел токоограничения УТО и узел ограничения скорости УСО, характеристики которых показаны внутри соответствующих условных изображений.

Приведенная схема соответствует схеме с общим усилителем и нелинейными обратными связями, которые определяют разделение области механических характеристик на три зоны - I, II и III.
В зоне I в диапазоне токов от 0 до Iотс действует только обратная связь по скорости, обеспечивая жесткие характеристики ЭП.

В зоне II при I > Iотс вступает в действие обратная связь по току и характеристики становятся мягче.
При дальнейшем увеличении тока и падении скорости ниже скорости отсечки ωотс перестает действовать обратная связь по скорости, а за счет действия связи по току характеристики становятся еще мягче (зона III), т.е. обеспечивается требуемое ограничение тока и момента.