какая система электропривода называется замкнутой и какая разомкнутой
РАЗОМКНУТЫЕ И ЗАМКНУТЫЕ САУ.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ
АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ.
СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Под управлением технологическим процессом понимается совокупность операций, необходимых для осуществления таких целей, как пуск и остановка технологического процесса, поддержание какого-либо параметра процесса на заданном уровне, изменение параметра по заданной программе и т.п.
Установку, машину, агрегат, в котором протекает исследуемый технологический процесс, называют объектом управления.Управление может быть ручным или автоматическим. В первом случае операции управления осуществляет человек, а во втором – управляющее устройство. Сочетание объекта управления и управляющего устройства образует систему автоматического управления (САУ).
Рис.11.1. К понятию системы автоматического управления
На работу системы автоматического управления влияют различные воздействия. Будем называть их входными воздействиями, входными величинами или просто входами (xвх) (рис.11.1).
Параметры процесса, которые в той или иной степени характеризуют его качество и изменяются под действием входных величин, будем называть выходными величинами или просто выходами(xвых). Входные воздействия, которые нарушают заданный закон изменения выходных величин, будем называть возмущающими воздействиями или просто возмущениями. Возмущения можно подразделить на два вида: нагрузку (Н) и помехи (П). Изменение нагрузки обычно обусловлено технологическим процессом, а помехи вызываются изменениями внешних условий (например, температуры окружающей среды) или свойств отдельных элементов системы.
Воздействие управляющего устройства на объект управления называется управляющим воздействием (У).Оно также относится к входным воздействиям.
ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ.
При построении системы автоматического управления широко применяют обратные связи.
Обратную связь называют внешней, если она соединяет выход системы с ее входом, и внутренней или местной, если она соединяет выход одного или группы элементов системы с их входом.
Если подача выходной величины элемента системы на его вход усиливает действие входной величины на выходную, то такая обратная связь называется положительной.
Обратная связь называется отрицательной, если подача выходной величины элемента системы на его вход ослабляет действие входной величины на выходную.
По характеру передачи воздействий обратные связи делятся на жесткие и гибкие. Жесткая связь действует как в установившемся, так и в переходном режиме, гибкая действует только в переходном режиме, а в установившемся режиме ее действие прекращается.
РАЗОМКНУТЫЕ И ЗАМКНУТЫЕ САУ.
Системы автоматического управления делятся на разомкнутые и замкнутые.
Разомкнутыми называются такие системы автоматического управления, в которых отсутствует внешняя обратная связь и, следовательно, отсутствует контроль результата управления.
В разомкнутой САУ с жесткой программой(рис.11.2,а) на управляющее устройство подается жесткое задание З. Управляющее устройство оказывает воздействие У на объект управления в соответствии с этим заданием. Под действием некоторого возмущенияxвх (например, изменение нагрузки) могут возникнуть отклонения выходной величиныxвых объекта от задания. Однако эти отклонения в разомкнутой САУ с жесткой программой не контролируются и не влияют на работу управляющего устройства.
Рис.11.2. Разомкнутые системы автоматического управления (САУ)
К таким системам относятся, например, системы автоматического пуска и остановки насосов, вентиляторов, компрессоров и т.п.
Замкнутыминазывают системы автоматического управления, в которых имеется обратная связь, обеспечивающая контроль выходной величины (рис.11.3,а).
При этом управляющее устройство формирует управляющее воздействие У в зависимости от отклонения входной величины xвых от задания З.
Автоматизированное управление электроприводом. Понятие разомкнутых и замкнутых систем электропривода.
http://www.studfiles.ru/preview/4258105/
Автоматизированный эл.привод – это эл.механическая система состоящая из эл. двигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенных для приведения в движение исполнительных органов рабочих машин и целенаправленного управления этими процессами.
Структурная схема приведена на рисунк
ЗУ – задающее уст-во.
УУ – управляющее уст-во.
ПУ – передаточное уст-во.
Разомкнутые схемы управления электропривода
К разомкнутым относятся схемы в которых для управления ЭП не используются обратные связи по его координатам или технологическим параметрам приводимых в движение рабочей машины или производственного механизма. Эти схемы, отличаясь простотой своей реализации, широко используются там, где не требуется высокое качество управления движением ЭП, в частности для пуска, реверса и торможения двигателей.
Разомкнутые схемы, осуществляя управление ЭП, обеспечивают и защиту ЭП, питающей сети и технологического оборудования при возникновении различных ненормальных режимов —коротких замыканий, перегрузке двигателей исчезновении питающего напряжения или обрыве фазы питающей сети и т.д. Для этого они содержат соответствующие аппараты и устройства, находящиеся во взаимодействии с устройствами управления двигателями. В разомкнутых схемах управления главным образом используется релейно-контакторная аппаратура, в состав которой входят командные маломощные аппараты, силовые коммутационные аппараты с ручным и дистанционным управлением, реле управления и зашиты.
Замкнутые схемы управления ЭП
Замкнутые структуры ЭП применяются в тех случаях, когда требуется обеспечить движение исполнительных органов рабочих машин с высокими показателями — большими диапазоном регулирования скорости и точностью ее поддержания, заданным качеством переходных процессов и точностью остановки, а так высокой экономичностью или оптимальным функционированием технологического оборудования и самого ЭП. Основным признаком замкнутых структур является такое автоматическое управление ЭП, при котором ЭП наилучшим образом выполняет свои функции при всевозможных управляющих и внешних возмущениях, действующих на рабочую машину или ЭП.
Несмотря на свою эффективность, ЭП по схеме рис. 11.1, а выполняются редко из-за отсутствия простых и надежных датчиков момента нагрузки Мс (возмущающего воздействия).
Способы пуска АД. Реверс АД
Трехфазный асинхронный двигатель (АД) является основной электрической машиной, применяемой на производстве в настоящее время. В первую очередь, это связано с его низкой ценой, надежностью и простотой.
Существует несколько способов запуска АД.
Первый способ – прямой пуск. Пуск двигателя осуществляется напрямую, подачей питания на обмотку статора. Этот способ наиболее экономичный, так как не требует дополнительных устройств для запуска. Но, чаще всего такой способ применяется для маломощных двигателей, так как пусковые моменты и токи при таком способе достигают больших значений и способны повредить не только сам двигатель, но и механические привода соединенные с ним.
Способ пуска асинхронного двигателя переключением со звезды на треугольник, применяется в установках, где нагрузка на валу минимальна или вообще отсутствует. Для того чтобы осуществить данный вид пуска, нужно чтобы основной схемой включения двигателя был треугольник. В начальный момент времени обмотка соединяется по схеме звезда, запускается, происходит разгон до некоторого значения, а затем переключают на треугольник. Таким образом, добиваются уменьшения токов в момент пуска. Но, с уменьшением токов, уменьшаются и моменты, именно поэтому не рекомендуется использовать этот способ для двигателя с нагрузкой на валу.
Еще одним способом пуска является плавный пуск асинхронного двигателя. В этом случае к статорной обмотке подключают устройство плавного пуска (УПП), или софт-стартер. С помощью устройства плавного пуска, можно запускать и останавливать двигатель без рывков. Кроме того, в зависимости от комплектации УПП в нем могут присутствовать функции регулировки и защиты. Разумеется, такой способ пуска является наиболее лучшим для самой машины и производственных механизмов, потому что он продлевает срок службы. Но и стоимость такого устройства колеблется в широких пределах и зачастую может превышать стоимость самого двигателя.
Реверсом называют изменение направления вращения электрической машины.
Направление вращения асинхронного двигателя зависит от порядка следования фаз питающего напряжения.
Рис.6.18. Схема пуска трёхфазного асинхронного двигателя от однофазной сети
На рис.6.19 изображены векторные диаграммы прямого и обратного следования фаз статорных обмоток, соединенных звездой, а также указаны направления вращения электрической машины.
Рис.6.19. Векторные диаграммы прямого и обратного следования фаз
питающего напряжения, поясняющие реверс асинхронного двигателя
Существует несколько способов управления пуском, реверсом и остановкой асинхронных двигателей.
На рис.6.20 изображены схемы управления асинхронным двигателем с помощью переключателя S и магнитного пускателя МП. Реверс и остановка двигателя при управлении магнитным пускателем осуществляется кнопками “Вперед”, ”Назад” и ”Стоп”, управляющими контакторами В и Н, которые имеют силовые контакты и контакты цепи управления, осуществляющих блокировку одновременного включения контакторов.
Рис.6.20. Схемы управления асинхронным двигателем с помощью переключателя и магнитного пускателя
Асинхронные двигатели большой мощности останавливают электроторможением методами противовоключения и рекуперации. При торможении противовключением производится переключение двух фаз статора, изменяется направление вращения магнитного поля статора, скольжение становится больше единицы, и ротор двигателя останавливается. Рекуперативное торможение производится при переводе двигателя в генераторный режим. При этом частота вращения ротора становится больше частоты вращающегося поля статора, скольжение становится меньше нуля, происходит торможение и остановка машины.
Дата добавления: 2018-02-15 ; просмотров: 2253 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Нефть, Газ и Энергетика
Блог о добычи нефти и газа, разработка и переработка и подготовка нефти и газа, тексты, статьи и литература, все посвящено углеводородам
Общие принципы построения систем управления электроприводами
Всю совокупность систем управления можно разделить на неавтоматизированные и автоматизированные. Последние, в свою очередь, делятся на разомкнутые и замкнутые.
Неавтоматизированными называются системы, в которых все операции по управлению электроприводом осуществляются человеком (оператором) с помощью простейших ручных средств управления. Обычно такие системы управления используются в нерегулируемых электроприводах машин и механизмов, выполняющих простые технологические операции.
Автоматизированными называются такие системы, в которых человек (оператор) дает только команду на начало и конец работы, а все остальные операции по обеспечению заданного технологического процесса обеспечиваются системой управления без участия человека.
Для пояснения понятия разомкнутых систем управления обратимся к рис. 2.6, а. На рисунке приняты обозначения:
В отличие от разомкнутых в замкнутых системах влияние возмущающего воздействия Х ВОЗМ на выходную координату Х ВЫХ частично или полностью устраняется. Достигается это в системе с обратной связью (рис. 2.6, б) и в системе с компенсацией возмущающего воздействия (рис. 2.6, в), а также в комбинированной системе (рис. 2.6, г).
Если вследствие действия возмущения Х ВОЗМ (нагрузки ЭП) выходная величина Х ВЫХ (скорость ЭП) изменится, то соответствующим образом изменится и сигнал рассогласования X, а это приведет к изменению режима ЭП и восстановлению с определенной точностью прежнего уровня его скорости. Если производится регулирование нескольких координат электропривода, то в системе используется и соответствующее число обратных связей.
Системы, у которых Х=0, т. е. установившееся рассогласование, обусловленное возмущающим воздействием, равно нулю, называются астатическими. Системы, у которых установившееся рассогласование не равно нулю, называются статическими.
В последнее время применение находят комбинированные системы управления (рис. 2.6, г), использующие оба принципа, но все же основную массу замкнутых систем автоматизированного электропривода составляют системы с обратными связями, которым уделяется в дальнейшем основное внимание.
Все обратные связи можно разделить на положительные и отрицательные, жесткие и гибкие, линейные и нелинейные. Положительной называется такая обратная связь, сигнал которой Х О,С направлен согласно с задающим сигналом Х З (знак “плюс” на рис. 2.6), в то время как сигнал отрицательной обратной связи направлен навстречу сигналу задания (знак “минус” на рис. 2.6).
Жесткая обратная связь характеризуется тем, что ее сигнал действует как в установившихся, так и в переходных режимах ее работы. Сигнал гибкой обратной связи вырабатывается только в переходных режимах системы и служит для формирования только динамических характеристик электропривода.
Линейной называется обратная связь, которая математически описывается линейными уравнениями (алгебраическими, дифференциальными и т.д.). Все остальные связи являются нелинейными.
В электроприводе для регулирования его выходных координат – скорости, ускорения, положения – обычно используются обратные связи по скорости, положению, току и напряжению всех перечисленных выше видов (обратная связь по моменту или усилию двигателя применяется редко из-за отсутствия, простых и надежных датчиков момента и усилия).
При регулировании двух или нескольких координат электропривода используются три основные структурные схемы, показанные на рис. 2.7–2,9.
Указанный недостаток схем с общим усилителем устраняется при использовании так называемых систем подчиненного регулирования координат с последовательной коррекцией (рис. 2.9).
Отличительной особенностью этих систем является равенство (соответствие) количества усилителей и замкнутых контуров числу регулируемых координат. При этом замкнутые контуры располагаются таким образом, что выходной сигнал внешнего контура является задающим, входным сигналом внутреннего контура. Тем самым каждый внутренний контур оказывается подчиненным внешнему контуру, откуда и произошло название таких систем. Применительно к схеме рис. 2.9 первым контуром является контур тока и момента (координата ХЗ), который подчинен внешнему по отношению к нему контуру скорости (координате Х2), который, в свою очередь, подчинен контуру положения (координата X 1 ).
1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.png” /> Хi=4
РАЗОМКНУТЫЕ И ЗАМКНУТЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
Состояние объекта управления характеризуется совокупностью физических величин, которые называют также показателями, параметрами, координатами процесса. Например: температура, давление, скорость, ток, напряжение.
Для нормального хода технологического процесса некоторые из его координат – управляемые координаты – необходимо поддерживать постоянными (напряжение генератора, скорость электродвигателя, давление компрессора и др.), либо изменять во времени по заданному закону (скорость подъёмной установки при её пуске и остановке).
Необходимость в управлении значениями координат возникает в том случае, когда нормальный ход процесса нарушается из-за различного рода возмущений, т.е. колебаний нагрузки, воздействий внешней среды или внутренних помех.
Сами машины или устройства во многих случаях не обладают способностью поддерживать постоянство координат или изменять их по заданному закону.
Управление, которое автоматически поддерживает координаты технологического процесса неизменными или изменяет их по заданному закону, называется регулированием.
Система автоматического управления, которая в течение длительного времени автоматически поддерживает координаты технологического процесса неизменными или изменяет их по заданному закону называется системой автоматического регулирования(САР).
Система автоматического регулирования является замкнутой системой, или системой с обратной связью.
РАЗОМКНУТЫЕ И ЗАМКНУТЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Автоматические системы управления отличаются одна от другой объектами и целями управления, физической природой и конструкциями элементов управляющих устройств. Тем не менее вне зависимости от их различий все системы управления можно разделить на два больших класса – разомкнутые и замкнутые.
На рис. 2.1, а показана функциональная схема разомкнутой САУ.
Рассмотрим назначение и свойства отдельных элементов функциональной схемы:
1. ОУ – объект управления. Это объект, которым управляют: электродвигатель, буровой станок и т. д.
Параметр производственного процесса 
, которым мы хотим управлять, носит название управляемой или регулируемой величины. Регулируемую величину всегда принимают за выходную величину объекта управления. Вследствие большого разнообразия управляемых объектов физическая природа регулируемого параметра производственного процесса различна. Он может представлять собой угловую скорость электродвигателя, температуру, давление и расход жидкости или газа, напряжение генератора и т. д.
На объект управления поступают два входных воздействия: возмущающее f(t ) и управляющее u(t ).
Возмущающее воздействие – это воздействие, которое не зависят от управляющего устройства.
Управляющее воздействие – это воздействие, которое вырабатывается управляющим устройством УУ и поступает непосредственно на вход объекта управления.
 |
Рис. 2.1. Функциональные схемы разомкнутой (а) и замкнутой (б) САУ
2. ИСУ – исполнительное устройство. Оно непосредственно воздействует на объект управления. Выходной величиной исполнительного устройства является управляющее воздействие u(t), поступающее на вход объекта управления. Мощность исполнительного устройства обычно велика, так как оно воздействует непосредственно на объект управления.
3. УПУ – усилительно-преобразовательное устройство. Предназначено для усиления мощности и преобразования сигналов в управляющем устройстве.
4. ЗУ – задающее устройство (задатчик регулируемой величины). Выходной величиной задающего устройства является задающее воздействие (сигнал задания) g(t).
Задающее воздействие g(t) – это воздействие, которое задаёт требуемое значение регулируемой величины .
Энергия, необходимая для установки задающего воздействия, как правило, мала по сравнению с энергией, необходимой для работы исполнительного устройства и объекта управления.
Задающее, усилительно-преобразовательное и исполнительное устройства являются основными элементами управляющего устройства УУ.
Управляющее воздействие u(t) устанавливает заданное значение регулируемой величины 
. Возмущающее воздействие f(t) вызывает отклонение регулируемой величины 
от заданного значения. Главный недостаток разомкнутых систем – отсутствие информации об объекте управления. Это может привести к значительному отклонению регулируемой величины от заданного значения при действии возмущающего воздействия и возникновению аварийной ситуации.
Несмотря на указанный недостаток область применения разомкнутых систем управления достаточно велика. Примерами разомкнутых систем являются системы автоматического пуска, остановки и реверсирования машин и механизмов, где не требуется точного регулирования скорости.
Для того чтобы автоматически уменьшить отклонение регулируемой величины от заданного значения при действии на объект управления возмущающего воздействия, необходимо применение замкнутой САУ. Замкнутая САУ содержит дополнительную связь, по которой результат измерения регулируемой величины передаётся на вход системы управления. Эта связь называется обратной связью по регулируемой величине, так как направление передачи воздействия в дополнительной связи обратно направлению передачи основного воздействия на объект.
Система управления, имеющая обратную связь по регулируемой величине, называется системой с обратной связью, илизамкнутой системой.
На рис. 2.1, б приведена функциональная схема замкнутой САУ. По сравнению с разомкнутой системой здесь управляющее устройство УУ содержит два дополнительных элемента: измерительное устройство ИЗУ и элемент сравнения ЭС.
Измерительное устройство (датчик) измеряет действительное значение управляемой величины и преобразует его в выходной сигнал, удобный для ввода в систему управления.
Выходной сигнал измерителя 
называется сигналом обратной связи по регулируемой величине, а коэффициент пропорциональности kо.с –коэффициентом обратной связи по регулируемой величине. Сигнал обратной связи y(t) подается на вход элемента сравнения ЭС, где сравнивается с сигналом задания g(t). Физическая природа сигналов обратной связи и задания должна быть одинакова.
Элемент сравнения служит для определения величины отклонения регулируемой величины от заданного значения. Выходной величиной элемента сравнения является разность e(t ) двух входных сигналов g(t ) и y(t ):
.
Величина e(t) пропорциональна отклонению регулируемой величины от заданного значения и называется ошибкой регулирования. Ошибка e(t) является источником воздействия на систему. В этом случае САУ работает таким образом, чтобы уничтожить или свести к минимальному значению отклонение регулируемой величины от заданного значения при действии на объект управления возмущения f(t).
Обратим внимание на то, что в случае замкнутой САУ сигнал обратной связи должен подаваться на вход ЭС со знаком, противоположным знаку сигнала задания g(t). В этом случае обратная связь по регулируемой величине называется отрицательной.
Если сигнал обратной связи подается на вход ЭС с тем же знаком, что и сигнал задания, т.е. складывается с ним, то обратная связь называется положительной.
При подаче на вход ЭС сигнала отрицательной обратной связи (ООС) на схеме рядом с этим входом ставится знак «–» (рис 2.1, б). В случае положительной обратной связи (ПОС) знак «+» может опускаться.
Отрицательнаяобратная связь по регулируемой величине xр уменьшает ошибку регулирования e при действии на объект управления возмущающего воздействия f.
Положительная обратная связь по регулируемой величине xр увеличивает ошибку регулирования e при действии на объект управления возмущающего воздействия f.
Только применяя отрицательные обратные связи по регулируемым величинам, возможно решить задачу автоматического регулирования – автоматически поддерживать параметры технологического процесса неизменными или изменять их по заданному закону с требуемой точностью независимо от действия возмущающих воздействий.
В зависимости от характера изменения задающего воздействия во времени все системы автоматического регулирования делятся на три класса – стабилизации, программные и следящие.
Система стабилизации – это такая система, в которой значение задающего воздействия постоянно, не меняется во времени:
Системы стабилизации применяют для поддержания постоянства физических величин, характеризующих состояние объекта управления. Примером системы стабилизации является система регулирования давления компрессорной установки.
Программная автоматическая система – это такая система, в которой задающее воздействие является заранее заданной функцией времени g(t).
Программной системой является автоматическая система управления подъемной установкой, которая должна формировать требуемую диаграмму скорости подъёмного сосуда.
Следящая автоматическая система – это такая система, в которой закон изменения задающего воздействия заранее неизвестен. Следящие системы используют обычно для перемещения объектов в пространстве. Управляемой величиной в этом случае является либо расстояние перемещаемого объекта от какой-либо начальной точки, либо угол поворота вращаемого объекта относительно начального положения.
Цель управления в стабилизирующих, программных и следящих системах – это обеспечение равенства или близости регулируемой величины к её заданному значению.