Принцип роботи системи г-д
Загальні відомості про систему Г-Д із підсумовуючим силовим магнітним підсилювачем. Крім здійснення плавного пуску, зручного реверсування, зупинки в різних режимах електричного гальмування та регулювання швидкості двигуна, система Д-екскаватора Е-2503 забезпечує двигуну механічні екскаваторні характеристики необхідних форм. З цією метою в схему управління вводять різні види зворотних зв'язків (див. нижче), що контролюють задані параметри руху робочого механізму. Зазначені сигнали зворотних зв'язків поряд з керуючим впливом машиніста надходять на обмотки управління підсумовує силового магнітного підсилювача і тільки потім у вигляді результуючого впливу керуючого подаються в незалежну обмотку збудження генератора, утворюючи сигнал збудження генератора.
З метою пояснення дії окремих вузлів у структурній схемі автоматичного керування електроприводом екскаватора типу Е-2503, а головне основні поняття техніки управління (регулювання) нижче розглядається умовно керування електроприводом вручну.
При ручному регулюванні машиніст, бажаючи підтримати певну частоту обертання двигуна, впливає на ланцюг збудження генератора, тобто. змінює величину струму в обмотці збудження генератора за допомогою реостата, командоконтролера чи іншого пристрою.
Таким чином, має місце спрямований ланцюг впливів: машиніст за допомогою реостату або іншого пристрою впливає струм (потік) збудження генератора; останній викликає зміну напруги на якорі генератора; від величини напруги генератора залежить частота обертання двигуна. Цей ланцюг впливів, званий основний, має одну мету - керувати частотою обертання двигуна. Початок цього спрямованого ланцюга впливівназивається входом системи управління, кінець - виходом. Відповідно розрізняють вхідні та вихідні величини системи.
Вхідною величиною (вхідним впливом) є величина струму або напруги, що подається на обмотку збудження генератора, вихідною величиною частота обертання робочого механізму.
Машиніст, впливаючи на вхід системи (на ланцюг збудження генератора), змінює частоту обертання двигуна і показання вимірювального приладу або швидкості ходу робочого механізму визначає її величину.
Як вимірювальний прилад використовується вольтметр, що включається на затискачі якоря генератора, оскільки швидкість двигуна пропорційна напрузі генератора. По вольтметру машиніст постійно спостерігає за швидкістю двигуна і у випадках відхилення її від заданої величини відповідно до цього відхилення надає той чи інший вплив на систему.
Звідси видно, що з підтримки незмінним заданого напруги генератора (частоти обертання двигуна робочого механізму) вручну, без застосування автоматики машиніст мав би, по-перше, спостерігати показаннями вольтметра, по-друге, порівнювати ці показання із заданою величиною (припустимо, задано підтримувати напругу на генераторі 500 в) і, по-третє, при різниці між заданою і спостерігається величинами пересувати ручку реостата, змінюючи тим самим струм в обмотці збудження і напруга генератора, щоб ця різниця стала рівною нулю.
За показаннями іншого приладу - амперметра, включеного в силовий ланцюг Г-Д, машиніст спостерігав би за величиною струму в якірному ланцюзі і у випадках, коли ця величина струму ставала б вищою за допустиму, знижував напругу генератора і тим самим зменшував струм в якірному ланцюзі.
Система автоматичного управління (рис. 1) повинна виконувати тіж функції. Для підтримки заданого значення вихідної величини (напруги генератора) без участі машиніста необхідно, щоб у системі безперервно порівнювалося дійсне значення вихідної величини із заданим. В результаті порівняння має впливати на вхід системи, яке відновлювало б задане значення вихідної величини.
Отже, для автоматичного регулювання необхідно передусім вплив вихідний величини системи її вхід. Цей вплив називається зворотним зв'язком.
При ручному регулюванні зворотний зв'язок здійснюється машиністом на підставі показань вольтметра. Машиніст постійно порівнює показання вольтметра із заданою величиною напруги і тому приймає рішення про те, як змінити вхідну величину (струм в обмотці збудження). Очевидно, що при збільшенні напруги генератора понад допустиме значення машиніст зменшував би струм в обмотці збудження, а при зменшенні напруги генератора збільшував би його.
Отже, зворотний зв'язок (як і машиніст) в автоматичній системі регулювання з метою підтримки заданої величини напруги генератора повинна діяти зустрічно вхідної величини: знижувати її зі збільшенням вихідної величини і збільшувати при зменшенні вихідної величини. Такий зворотний зв'язок, що діє зустрічно з основним впливом, називається негативним.
Виходячи із сказаного, структурна схема системи автоматичного регулювання та управління повинна мати такі елементи: 1. Вимірювальний елемент (датчик), який вимірює величину, що підлягає управлінню (регулюванню) в даному об'єкті, і перетворює її на величину іншого виду, більш зручну для впливу на елемент порівняння. 2. Елемент порівняння, де сигнали датчика порівнюються звказаним значенням регульованої величини (із завданням) та за наявності розбіжності їх передає відповідні командні на виконавчий орган. 3. Задає елемент для встановлення заданого значення регульованої величини. 4. Виконавчий орган, який виконує командний вплив та відповідно відновлює задане значення регульованої величини.
У наведеному вище прикладі при ручному регулюванні об'єктом управління є двигун механізму, регульованої величини - частота обертання двигуна (вірніше, напруга генератора), Штчик - вольтметр, виконавчим органом - гене-Длтор, задаючим елементом - реостат, а функції управляючого органу (елемент порівняння ) виконував чоло-
Вузол обмотки підсилювача. У системі автоматизованого електроприводу екскаватора, що представлена на рис. 1 вимірювальним елементом служить обмотка управління магнітного підсилювача ВІН, включена на напругу генератора. При змінах напруги генератора у ній змінюється величина струму, т. е. сигнал зворотний зв'язок.
В результаті порівняння виробляється на виході магнітного підсилювача результуючий вплив, що управляє (сигнал збудження). Значення і знак вихідного сигналу БМЗ залежить від того, наскільки і в якому напрямку дійсне поточне значення вихідної (регульованої) величини системи відхилилося від заданого. Цей сигнал надходить у незалежну обмотку збудження генератора, тобто виконавчий орган, який і відновлює колишнє значення напруги. Як це здійснюється, видно з наступного.
Припустимо, що з якихось причин збільшився момент опору обертанню робочого механізму, тобто статична навантаження у системі Г-Д. Збільшення моменту викличе як зростання струму, що споживаєтьсядвигуном Д, і зниження регульованої величины—напряжения на затискачах генератора Р рахунок збільшення втрати напруги у ньому. У цьому випадку зменшиться напруга на затискачі обмотки ВІН підсилювача, а отже, її струм і н. с. гн- Тоді при незмінному значенні командного сигналу F3 (н. с. обмотки, що задає 03) збільшиться результуюча н. с. магнітного підсилювача, а результаті і струм його виходу. При цьому струм збудження в незалежній обмотці генератора Гонг і напруга генератора зростуть, тобто регульована величина буде прагнути попереднього заданого значення. Так відбувається автоматична підтримка (стабілізація) заданої швидкості обертання робочого механізму.
Система регулювання, де вихідна величина пов'язана з її входом через зворотний зв'язок, називається замкнутою системою, а такий зворотний зв'язок — головний, основний. Крім неї, бувають інші (допоміжні, проміжні) зворотні зв'язки для стабілізації системи та поліпшення якості регулювання, а також для обмеження моменту при стопорінні двигуна.
Загалом зворотний зв'язок може бути позитивним, негативним, жорстким, гнучким і затриманим.
При позитивному зворотному зв'язку її сигнал діє згідно з вхідним впливом (складається), при негативному - зустрічно (віднімається). Якщо вплив вихідний величини безперервно і пропорційно значенню регульованої величини, зворотний зв'язок називається жорсткою. У схемі управління екскаватором Е-2503 головний зворотний зв'язок жорсткий негативний і називається зворотним безперервно діючим зв'язком по напрузі генератора.
Якщо вплив вихідний величини пропорційно швидкості її зміни, вона називається гнучкою. Сигнал гнучкого зворотного зв'язку не залежить безпосередньо від вихідної величини (як це маємісце при жорсткому зворотному зв'язку), а залежить від швидкості зміни. Тому гнучкий зворотний зв'язок діє еельК0 в перехідному режимі і зникає в режимі роботи системи, що встановився. Гнучкий зворотний зв'язок нігда називають зникаючою, тоді як жорсткий зворотний зв'язок діє у всіх режимах роботи системи.
На рис. 1 ланцюг обмотки ВІН паралельно установочному опору 4СУ підключена ємність З, завдяки чому обмотка ВІН, крім функції негативного зворотного зв'язку по напрузі, виконує ще додаткову функцію - гнучкої негативного зворотного зв'язку але напрузі генератора. Дійсно, в режимі роботи системи Г-Д, що встановився, конденсатор заряджений (струм через нього не проходить); тоді обмотка ВІН виконує роль тільки жорсткої зворотної зв'язку по напрузі генератора. І тут величина її зв. с. FB за інших умов визначається лише опором 4СУ. При перехідних процесах (у моменти зміни напруги генератора) конденсатор або заряджається або розряджається, тобто пропускає струм заряду. Тому в перехідних режимах в обмотці ОН з'являється додаткова зв. с. Fсн, спрямована у бік зниження інтенсивності зміни е. д. с. генератора, тобто Fy = F3-FH±FCB. За допомогою обмотки ВІН здійснюються регулювання темпу перехідних режимів (затягування процесів наростання та спадання напруги генератора) та стабілізація системи від появи стійких коливань напруги генератора.
Вузол обмотки підсилювача ВІД. Якщо вплив вихідний величини на вхід починається тільки після досягнення регульованої величиною певного наперед заданого значення, зворотний зв'язок називається затриманою. Прикладом такого затриманого зворотного зв'язку в схемі управління екскаватором Е-2503 є жорстка струмова зворотна зворотназв'язок, t-e дія затримується належним чином включеним через напівпровідникові вентилі незалежною напругою порівняння Ucv. Затриманий зворотний зв'язок по струму навантаження двигуна вступає в дію-сгвие тільки тоді, коли її напруга UR (падіння напруги на опорі при проходженні струму /я) перевищить напругу порівняння Ucv (рис. 1).
Затриманий зворотний зв'язок по струму часто називається негативним зворотним зв'язком по струму з відсіканням (скорочено — струмовим відсіканням).
Розглянемо докладніше роботу струмового вузла в системі, зображеній на рис. 1, у статичному режимі зі збільшенням навантаження на валу двигуна.
Вузол негативного зворотного струмового зв'язку з відсіканням складається з обмоток ВІД, германієвих або кремнієвих напівпровідникових випрямлячів 1ВГ і 2ВГ і струмового потенціометра порівняння 1СУ. Робота вузла в руховому режимі та положення КК «Вперед»! пояснюється рис. 19. При проходженні струму в головному ланцюгу на опорі R (що умовно позначає опору обмоток ДПР і ДПД) створюється, як уже зазначалося, падіння напруги UR. Ця контрольована напруга UR безперервно порівнюється із зовнішньою зустрічною «напругою порівняння» (еталонною напругою або замикаючим потенціалом)
Отже, для схеми на рис. 1 екскаваторна характеристика практично горизонтальна доти, доки зберігається умова. У цьому випадку початкова (робоча) частина характеристики двигуна обумовлюється дією тільки одного зворотного зв'язку за напругою, оскільки зв'язок струму не працює; тому жорсткість характеристики дільниці ad визначається дією лише зв'язку з напрузі генератора.
При UR=UCр відбувається злам у характеристиці (точка d). Струм головного ланцюга, що відповідає цьому моменту, називається струмом відсічення/0тс, а сам момент Моте - початком роботи струмового вузла (струмового відсікання).
Нарешті, при Uр настає процес розмагнічування генератора і характеристика має крутопадаючу частину (dc). Струм головного ланцюга в точці з де закінчується розмагнічування генератора і напруга на його виході стає близьким до нуля (двигун зупиняється), називається стопорним струмом I ст. Величина напруги генератора в цьому режимі упору визначається падінням напруги при проходженні струму /ст ланцюга якоря двигуна, т. Е. Добутком
З викладеного вище випливає, що початок дії струмового вузла залежить від величини напруги, що замикає, на ділянці порівняння або потенціометра струмового вузла. Отже, регулювання величини граничного (стопорного) струму під час експлуатації та налагодження можна здійснювати шляхом зміни величини опору ділянки потенціометра. При цьому змінюється положення точки екскаваторної характеристики, а кут нахилу крутопадаючої ділянки майже не змінюється (він залежить від інтенсивності дії обмотки ВІД).
Вузол обмотки підсилювача ОСТ. Стабілізуюча обмотка підсилювача, що виконує роль гнучкого негативного зворотного зв'язку по струму головного ланцюга, підключається через опір на спеціальну стабілізуючу (вторинну) обмотку, розміщену на додаткових полюсах генератора, де первинною обмоткою є основна обмотка додаткового полюса. Під час перехідних процесів та при змінах струму головного ланцюга у вторинній (стабілізуючій) обмотці наводиться е. д. е., що створює струм і н. с. в обмотці. Дія останньої спрямована проти змін струму якоря, а ступінь її протидії тим більше, чим різкіше відбуваються зміни струму. При цьому зменшуються поштовхи при різких змінах навантаження та досягаєтьсястабілізація (стійкість) роботи системи у динамічному режимі.
Таким чином, поєднання різних зворотних зв'язків ВІН, ВІД, ОСІ, ОСТ з введенням в негативний зворотний зв'язок по струму відсічки створює в схемі системи Г-Д зі СМУ (УМГ-Д) екскаватора Е-2503, що розглядається, можливість автоматичного забезпечення заданих статичної і динамічної екскаваторних характеристик руху робочого механізму